Preparação e caracterização estrutural, mecânica e anelástica de ligas do sistema Ti-Ta contendo oxigênio intersticial, para uso biomédico

Abstract

Com o envelhecimentoda população, os problemas de saúde relacionados à idade aumentam, como osteoartrite e a osteoporose, doenças que afetam articulações e ossos, e muitas vezes exigem cirurgia para aliviar a dor e aumentar a mobilidade, requerendo o uso de biomateriais. Além disso, há também uma busca por próteses ortopédicas devido a acidentes no trânsito e una prática de esportes. O titânio e suas ligas têm se destacado entre os biomateriais metálicos por possuir propriedades adequadas para tal fim. Para este trabalho, foram preparadas ligas de titânio com 19 e 23% em peso de tântalo, utilizando um forno a arco voltaico, e posteriormente as amostras passaram por tratamento térmico de homogeneização, laminação, tratamento térmico de alívio de tensões e tratamentos térmicos em atmosfera de oxigênio com o objetivo de que as amostras fossem dopadas, uma vez que a introdução deste elemento pode melhorar diversas propriedades do titânio. Para caracterizar as amostras, foram efetuadas análises da composição química e de gases, medidas de densidade, difração de raios X (DRX), com análise pelo método de Rietveld, microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), com microanálises via Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Também foram efetuadas medidas de microdureza e módulo de elasticidade, com a finalidade de estudar o efeito de oxigênio em algumas propriedades mecânicas das ligas. Os resultados de composição química e EDS mostram que as ligas possuem boa qualidade. Os difratogramas de Raios X apresentaram estrutura hexagonal compacta para todas as amostras estudadas, corroborando com as micrografias, onde foi possível observar a formação de agulhas, características da fase ?' (matensítica). A liga com 23% em peso de Tântalo apresenta uma dureza maior do que a liga com 19% em peso de tântalo. As variações nos valores da dureza das ligas foram atribuídas ao processamento...

With the population aging, health related to increasing age, such as osteoarthritis and osteoporosis, diseases that affect the joints and bones, and often require surgery to relieve pain and increase mobility, requiring the use of biomaterials. In addition, there is also a search for orthopedic prostheses due to traffic accidents and sports. Titanium and its alloys have been highlighted among metallic biomaterials because have suitable properties for the purpose. For this study, were prepared titanium alloys with 19 and 23% in weight of tantalum, using an arc-furnace, and after the samples have undergone by homogenization heat treatment, cold rolling, solubilization heat treatment, and heat in oxygen atmosphere in order to doping the samples, since the introduction of this element can improve various properties of titanium. To chacarcterize the samples, were performed analysis of chemical and gas composition, density, X-ray diffraction (XRD) with Rietveld analysis, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM), with microanalysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) measurements. Microhardness and elastic modulus measurements were also made, in order to study the effect of oxygem on some mechanical properties of the alloys. The results of the chemical composition and EDS showed that the alloys have good quality. The X-ray diffraction showed hexagonal compact structure for all samples, where could be observed the formation of needles, characteristics of phase ?' (martensite). The alloy with 23 wt% of tantalum has higher hardness than the alloy with 19 wt% of tantalum. The variations in hardness values of the alloys were atributed to processing; it is not possible to observe variations in the values due to the addition of oxygen. The values of elastic modulus did not change due to the increase in the concentration of tantalum, oxygen addition and processing, remaining constant