Efeito de elementos substitucionais e intersticiais na microestrutura, dureza e módulo de elasticidade de ligas Ti-Nb

Abstract

Recent scientific advances have led to a significant increase in life's quality and consequantly, longevity. As a result, the elderly population has increased considerably and thus age-related diseases such as osteoporosis lead the government to spend considerable sums of money with orthopedic prostheses. There is also a great demand for orthopedic prostheses due to accidents. The most used Ti-based alloy for biological applications is the Ti-6Al-4V alloy, but some studies associate the V to cytotoxic effects and adverse reactions in tissues , while Al has been associated with neurological disorders. To solve this problem, new Ti-based alloys that have in their composition elements such as Nb, Ta, Zr, Fe and Mo are being researched. The development of new Ti-based alloys containing Nb for orthopedic application is a topic of great social and technological relevance, as this element is a non-toxic, non-allergenic, has high biocompatibility and has Brazil as its biggest producer, hence the importance of development of science and technology using this material. The processing steps, the concentration of substitutional solute and the presence of interstitial elements (O, C, N and H) changes signficantly the mechanical properties of the alloy, particularly its elastic properties, causing hardening or softening of the alloy. This work presents the effects of processing steps, the concentration of interstitial oxygen and niobium in solid solution in some mechanical properties of alloys of Ti-NB system, prepared by arc melting and characterized by density measurements, X-ray diffraction, optical microscopy, Scanning Electron Microscopes, microhardness, quantitative chemical analysis, analysis of the oxygen content and modulus of elasticity. Observed trend of increasing oxygen content, while increasing in the niobium content tends to stabilize the B phase, which presents values lower of elasticity modulus than the presented by the a phase

Os recentes avanços científicos resultaram em melhor qualidade de vida e consequente aumento da longevidade. Por conta disso, a população de idosos aumentou e doenças relacionadas à idade como osteoporose levam o governo a ter que gastar consideráveis quantias em próteses ortopédicas. Há também uma grande demanda devido aos acidentes de transito. A liga de Ti mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V, porém alguns estudos associam efeitos citotolóxicos e reações adversas em tecidos e desordens neurológicas à presença de Al e V. Para sanar este problema, novas ligas de Ti que apresentam em sua composição elementos como Nb, Ta, Zr, Fe e Mo estão sendo pesquisadas e o desenvolvimento de novas ligas de Ti contendo Nb para aplicação ortopédica é um tema de grande importância social e tecnológica, pois o Nb é um elemento não tóxico e não alergênico, possui elevada biocompatibilidade e tem o Brasil como seu maior produtor, daí a importância de desenvolvimento de ciência e tecnologia utilizando tal maneira. As etapas de processamento, a concentração de soluto substancial e a presença de elementos interticiais (O, C, N e H) alteram significativamente as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga. Este trabalho apresenta os efeitos das etapas de processamento, da concentração de nióbio e de oxigênio intersticial em solução sólida na dureza, módulo de elasticidade e microestrutura de ligas do sistema Ti-Nb, preparadas por fusão a arco e caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microdureza Vickers, análise química quantitativa, análise do teor de oxigênio e módulo de elasticidade. Observa-se tendência de aumento da dureza e do módulo de elasticidade com o aumento do teor de oxigênio, enquanto o aumento do teor de nióbio tende a diminuir...