STRUCTURAL, MECHANICAL AND BIOACTIVE PROPERTIES OF CoCr ALLOYS DOPED WITH B and Ta, OF INTEREST FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS

Autor: SANTOS, Emanuella Fabrícia Carvalho dos
Přispěvatelé: SILVA, Luzeli Moreira da, ALENCAR, Luciana Magalhães Rebêlo, CARVALHO, Rossano Lang
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
instacron:UFMA
Popis: Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2022-11-30T19:28:07Z No. of bitstreams: 1 Emanuella Fabricia C..pdf: 35263874 bytes, checksum: 5a79b095eaaca35ec1ca08c2711261c4 (MD5) Made available in DSpace on 2022-11-30T19:28:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Emanuella Fabricia C..pdf: 35263874 bytes, checksum: 5a79b095eaaca35ec1ca08c2711261c4 (MD5) Previous issue date: 2020-07-29 IFPA- CRMB CAPES FAPEMA UFMA In this study new Co-Cr alloys were synthesized using Boron (B) and Tantalum (Ta) as alloying elements, in the compositions (Co1-xTax)0.72Cr0.28 with x = 0, 0.02, 0.04, 0.06 and 0.1 and Co0.71Cr0.29By with y = 0.02 and 0.04%, with mass concentrations. The stoichiometric quantities of each sample were arc melted, under an argon atmosphere, and subsequently thermal annealing. X-ray Diffraction (XRD) measurements and Rieltveld refinement analysis show that Co0.72Cr0.28 sample crystallize with the Co compact hexagonal structure (Co phase, space group P63 / mmc) and Co0,23Cr0,77 secondary phase with the tetragonal structure ( phase, space group P42/mnm). B or Ta addition induces secondary phases such as Cr2B and Co2Ta, respectively, concomitantly reduces the  phase fraction. B atoms possibly occupying interstitial position induces Co unit cell volume expansion of ~ 1%. On the other hand, an expansion of ~ 3.1% in the Co phase unit cell volume is observed for Ta doped samples (except for Ta6 sample) possibly because Ta atoms are 19% bigger then Co atoms. The alloys average density oscillates between 7.3 and 8.7 g/cm3 . The presence of alloying elements Ta or B increases the samples Vickers hardness by 33% (for x = 0.06) and 100% (for y = 0.04), respectively. Atomic Force Microscopy measurements show precipitates on the samples surface. The high roughness values were observed for samples with boron 2% and tantalum 6%. The alloy with boron 4% shows greater interaction with the SBF in the first 120 minutes of exposure. Scanning Electron Microscopy (SEM) measurements showed different microstructures over the alloys surface, while Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) measurements indicate O, Ca, O, P, Cl, Na and traces of Mg and S elements in some regions, showing the presence of ions expected for biological apatite. XRD results after SBF test shown diffraction peaks around 31.5 degree indicating hydroxyapatite presence in the sample surface. This study provides evidence that Ta and B alloy elements improve mechanical and bioactivity properties of the CoCr alloy. This study provides evidence that the elements Ta or B improve the mechanical properties and favored the bioactivity of Co-Cr-B and Co-Cr-Ta alloys. Neste trabalho foram sintetizadas ligas ternárias de Co-Cr usando Boro (B) e Tântalo (Ta) como elementos liga, nas composições (Co1-xTax)Cr28 e Co0,71Cr0,29By com x=0, 2, 4, 6 e 1% e y = 2 e 4%, respectivamente, com as concentrações em massa. As amostras foram sintetizadas por fusão em forno a arco voltaico seguido de tratamento térmico. Medidas de Difração de Raios-X e análises dos difratogramas pelo método de Rieltveld mostram que Co0,72Cr0,28 cristaliza-se com uma fase majoritária de estrutura hexagonal compacta do Co (fase Co, grupo espacial P63/mmc) e uma fase secundária de estrutura tetragonal com estequiometria Co0,23Cr0,77 (fase , grupo espacial P42/mnm). A adição de B ou Ta na amostra induz o surgimento de outras fases como a Cr2B e a Co2Ta, respectivamente, que concomitantemente provocam redução da fase . Observa-se uma expansão de ~1% no volume da célula unitária da fase Co devido possivelmente à presença de átomos de B nos interstícios. Já na substituição do Co por Ta observa-se uma expansão, ~3,1% no volume o que pode ser devido à diferença no tamanho dos átomos de Ta (19% maior) em relação ao Co. A densidade média das ligas oscila entre 7,3 e 8,7 g/cm3 . A adição dos elementos liga Ta ou B promovem aumentos de 33% (para concentração x=0,06) e 100% (para concentração y=0,04), respectivamente, na dureza Vickers. Medidas de Microscopia de Força Atômica mostram a presença de precipitados na superfície das amostras sendo que a maior rugosidade foi observada para as amostras com 2% de B e 6% de Ta.Já a liga com 4% de B apresenta maior interação com o SBF nos primeiros 120 minutos de exposição. As análises de bioatividade das ligas foram realizadas por meio de testes in vitro usando Simulated Body Fluid (SBF) por 28 dias, após as amostras serem previamente submetidas a um tratamento termoquímico. Medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostraram a presença de diferentes microestruturas na superfície das ligas enquanto que medidas de Espectroscopia de Raios X por Dispersão em Energia (EDS) mostraram regiões com presença de O, Ca, P, Cl, Na e traços de Mg e S indicando a presença de ions esperados para constituições de apatitas biológicas. Estes dados complementam os resultados das medidas de DRX após a exposição ao SBF que mostraram a presença de picos de difração em torno de 31,5 graus (mais intensos nas amostras B4 e Ta6) indicando a presença de hidroxiapatita na amostra. Este estudo fornece evidências de que os elementos Ta ou B melhoram as propriedades mecânicas e favoreceram a bioatividade das ligas Co-Cr-B e Co-Cr-Ta.
Databáze: OpenAIRE
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