Obtation and characterization of less rigid coatings of Ti-Nb and Ti-Nb-Cu alloys processed by laser for application as biomaterial

Autor: Lisiane Rocha Azevedo de Carvalho
Přispěvatelé: Fogagnolo, João Batista, 1964, Santana, Maria Helena Andrade, Bertazzoli, Rodnei, Rigo, Eliana Cristina da Silva, Afonso, Conrado Ramos Moreira, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
ISSN: 3300-3017
Popis: Orientador: João Batista Fogagnolo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O titânio e suas ligas são amplamente utilizados na produção de implantes ortopédicos e dentários, pois possuem alta resistência mecânica específica, são biocompatíveis e apresentam menor módulo de elasticidade em comparação a outros biomateriais metálicos. Entretanto, ainda se busca a redução do módulo de elasticidade para valores mais próximos ao do osso humano, assim como superfícies mais aptas à osseointegração e com propriedades bactericidas, visando evitar falhas, infeções e perdas de implantes. Através de modificações de superfícies por laser, pode-se criar revestimentos de liga Ti-Nb com menor rigidez, com a finalidade de retardar o início de trincas de fadiga e diminuir o efeito stress-shielding. Além disso, adições de Cu ao revestimento têm atraído interesse em tornar a superfície bactericida. O objetivo desse trabalho é a produção e caracterização de tais revestimentos, utilizando a técnica laser surface alloying, visando sua aplicação no campo médico. A caracterização dos revestimentos mostrou que a técnica escolhida possibilitou a formação de revestimentos Ti-Nb e Ti-Nb-Cu contínuos e com ondulações superficiais. O Nb foi introduzido no revestimento em teores em torno a 40%, enquanto que o Cu apresentou teores em torno de 6%. A adição de Nb provocou a estabilização de fases ? e ?", o que consequentemente reduziu o módulo de elasticidade dos revestimentos. A presença de elementos intersticiais e substitucionais levou ao endurecimento dos revestimentos. O processamento por laser provocou uma composição mista de óxidos nas superfícies, o que foi a principal responsável pelo aumento da resistência à corrosão em relação ao Ti c. p. A química de superfície alterou a molhabilidade dos revestimentos tornando-os mais hidrofílicos em relação ao Ti c. p. Concluiu-se que os revestimentos de ligas Ti-Nb e Ti-Nb-Cu foram citocompatíveis, quando incubados com MSC-AT, e possibilitaram a adesão, proliferação e viabilidade celular. Dessa forma, são candidatos viáveis a futuros ensaios de osseointegração, de modo a avaliar de maneira mais específica sua aplicação como biomaterial para dispositivos de implante ortopédico/dentário Abstract: Titanium and its alloys are widely used for orthopedic and dental implants manufacture, since they have high specific mechanical strength, they are biocompatible and they have a lower elastic modulus compared to other metallic biomaterials. However, reduction of the elastic modulus to values closer to that of the human bone is still required, as well as more suitable surfaces for osseointegration and with bactericidal behavior, in order to prevent failure, infection and implant loss. Through laser surface modifications, it is possible to create less-rigid coatings of Ti-Nb alloy, with the purpose of delaying the onset of fatigue cracks and decreasing the stress-shielding effect. Copper additions to the coatings have attracted interest to make the surface bactericidal. The objective of this work is the production and characterization of such coatings, applying the laser surface alloying technique, aiming its application in the medical field. The coatings characterization showed that the chosen technique allowed the formation of continuous Ti-Nb and Ti-Nb-Cu coatings, with topography with ripples. A Nb content around 40% was introduced in the coating, while the Cu content which was introduced was around 6%. The addition of Nb stabilized the ? and ?" phases at room temperature, consequently reducing the elastic modulus of the coatings. The presence of interstitial and substitutional elements led to the coatings hardening. Laser alloying processing resulted in the formation of mixed oxides on the surfaces, which was the mainly responsible for the increasing in corrosion resistance when compared to Ti c. p. Surface chemistry altered the wettability of coatings making them more hydrophilic than Ti c. p. It was concluded that Ti-Nb and Ti-Nb-Cu alloy coatings were cytocompatible when incubated with MSC-AT, and allowed cell adhesion, proliferation and viability. Thus, they are viable candidates for future osseointegration assays in order to more specifically evaluate their application as biomaterial for orthopedic/dental implant devices Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutora em Engenharia Mecânica CAPES 33003017
Databáze: OpenAIRE
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