Dissertação
Caracterização microestrutural, mecânica e eletroquímica de ligas Ti-35Nb-xY, com potencial aplicação biomédica
Microstructural, mechanical and electrochemical characterization of Ti-35Nb-xY alloys with potential biomedical application
Registro en:
BARRETO, Brendon Costa. Caracterização microestrutural, mecânica e eletroquímica de ligas Ti-35Nb-xY, com potencial aplicação biomédica. 2023. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2023.
Autor
Barreto, Brendon Costa
Institución
Resumen
Due to their peculiar properties, β-type Ti alloys have attracted notable interest for
applications in several types of biomaterials, especially when compared with the
properties of α and α+β type alloys. However, interdisciplinary efforts are still needed to
promote the continuous search for materials that jointly have high resistance to corrosion
in the body fluid, minimal release of metal ions harmful to the human body and bioactivity
between the surrounding tissues and the biomaterial. Optimizing the composition of the
alloy appears as an alternative and, in view of this, Nb is a promising element, due to its
effectiveness in stabilizing the β phase, which has the lowest modulus of elasticity, by
providing the TiO2 oxide film with greater resistance to corrosion. corrosion in simulated
body fluids, as well as being non-toxic and non-allergenic. For this system, an ideal
composition that integrates all the required properties has not yet been found. In view of
this, Y, which is a rare earth element, gained prominence to be added to Ti, since it
promotes the formation of Y2O3 and α-Y particles when reacting with interstitial oxygen
and due to the effect of solute segregation, respectively. Such particles are correlated with
microstructural refinement, oxide dispersion reinforcement and precipitation
reinforcement, cell growth and greater stability to the protective oxide film. However, it
is still necessary to understand in detail the relationship of Y additions in the Ti-35Nb
system and its effects on phase formation, mechanical properties and corrosion resistance.
Therefore, Ti-35Nb alloys were developed with the addition of 0.15%, 0.35% and 0.55%
of Y (% by mass) in as-cast conditions and cooled in an oven after homogenization,
highlighting the analogy between microstructure and properties. The results reveal that
the additions of Y in the as-cast alloys promote the distribution of Y2O3 inside and at the
grain boundaries, providing significant grain refinement and reduction in hardness. In
furnace-cooled alloys, additions of Y promote the formation of Y2O3, ω and the formation
of a eutectoid (α-Ti+α-Y) is suggested. In these alloys, the ω phase was mainly
responsible for increasing hardness and modulus of elasticity. The addition of Y and heat
treatment did not significantly influence the corrosion resistance of the alloys. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Em virtude de suas propriedades peculiares, as ligas de Ti do tipo β tem atraído notável
interesse para aplicações em diversos tipos de biomateriais, sobretudo quando
comparadas com as propriedades das ligas do tipo α e α+β. No entanto, esforços
interdisciplinares ainda são necessários para promover a busca contínua por materiais que
disponham conjuntamente de elevada resistência à corrosão no fluido corporal, mínima
liberação de íons metálicos nocivos ao corpo humano e bioatividade entre os tecidos
circundantes e o biomaterial. Otimizar a composição da liga surge como alternativa e, à
vista disso, o Nb é um elemento promissor, em razão de sua eficácia na estabilização da
fase β que possui o menor módulo de elasticidade, por conferir ao filme de óxido de TiO2
maior resistência à corrosão em fluidos corporais simulados, além de ser atóxico e não
alergênico. Para esse sistema ainda não foi encontrada uma composição ideal que integre
todas as propriedades requeridas. Diante disso, o Y, que é um elemento terra rara ganhou
destaque para ser adicionado ao Ti, já que promove a formação de partículas de Y2O3 e
α-Y ao reagir com o oxigênio intersticial e por efeito da segregação de soluto,
respectivamente. Tais partículas são correlacionadas com refinamento microestrutural,
reforço por dispersão de óxido e reforço por precipitação, crescimento celular e maior
estabilidade ao filme de óxido protetor. Todavia, ainda é preciso compreender
detalhadamente a relação das adições de Y no sistema Ti-35Nb e seus efeitos sobre a
constituição de fases, propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Portanto, foram
desenvolvidas ligas Ti-35Nb com a adição de 0,15%, 0,35% e 0,55% de Y (% em massa)
nas condições brutas de fusão e resfriadas em forno após homogeneização, com destaque
para a analogia entre a microestrutura e as propriedades. Os resultados revelam que as
adições de Y nas ligas brutas de fusão promovem a distribuição de Y2O3 nos contornos e
dentro dos grãos, propiciando significativo refinamento de grão e redução na dureza. Nas
ligas resfriadas em forno, as adições de Y promovem a formação de Y2O3, ω e sugere-se
a formação de um eutetóide (α-Ti+α-Y). Nessas ligas, a fase ω foi a principal responsável
por aumentar a dureza e o módulo de elasticidade. A adição de Y e o tratamento térmico
não influenciaram significativamente na resistência à corrosão das ligas. São Cristóvão