Obtenção e caracterização de ligas à base de Ti-Nb-Zr-(Ta) processadas por metalurgia do pó para aplicação como biomaterial [thesis]

Narayanna Marques Ferreira Mendes
Versão Original disponível no IPEN AGRADECIMENTOS Ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP) pela oportunidade da realização do curso de pós-graduação em nível de Doutorado no Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Nuclear -Materiais. Ao Dr. Hidetoshi Takiishi, meu orientador, pela confiança depositada, pela compreensão e tempo despendido em discussões que valorizaram esse trabalho. À Dr a . Ana Helena de Almeida Bressiani, minha co-orientadora, pela acolhida no IPEN e
more » ... ecionamento ao grupo de pesquisa para desenvolvimento deste trabalho, pelas inúmeras conversas, discussões, críticas e valiosas sugestões que conduziram para concretização deste doutorado. Ao órgão de fomento, CAPES, pela bolsa concedida nos primeiros meses de trabalho. Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, IFSP, pelo incentivo à qualificação de seu corpo docente e por ter concedido o afastamento de minhas atividades para realização deste trabalho. Ao Departamento de Mecânica, DEM, do IFSP por todo apoio durante o tempo de afastamento para qualificação. As equipes técnicas dos laboratórios do Centro de Ciências e Tecnologia de Materiais (CCTM) pelo empenho e contribuição nas análises realizadas. Aos colegas e amigos do Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais do IPEN pelo convívio e aprendizado ao longo dos quatro anos de doutorado. Aos meus pais, que me deram educação, formação básica e sempre foram meus maiores incentivadores. A toda família, pelo apoio e confiança em tudo que faço. Ao meu esposo Marcio Mendes por ajudar-me no desenvolvimento deste trabalho estando sempre ao meu lado com muita paciência, durante a parte prática, discussão teórica, nos bons e maus momentos, ao logo de toda essa trajetória. "Tudo que você é capaz de imaginar, você é capaz de realizar." Walt Disney RESUMO MENDES, N. M. F. Obtenção e caracterização de ligas à base de Ti-Nb-Zr-(Ta) processadas por metalurgia do pó para aplicação como biomaterial. 2016. 158 p. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares -IPEN-CNEN/SP. São Paulo. Ligas quaternárias de titânio do sistema Ti-Nb-Ta-Zr são aplicadas como biomaterial devido à baixa massa específica, alta resistência ao desgaste, elevada resistência à corrosão, alta rigidez, baixo módulo de elasticidade e alta biocompatibilidade. O objetivo deste estudo foi analisar a atuação do tântalo como elemento estabilizador da fase β na formação de novas ligas quaternárias de Ti-Nb-Ta-Zr utilizando como base, a composição da liga ternária Ti-13Nb-13Zr, avaliando sua influência nas transformações microestruturais, mudanças de fases, microdureza e resistência à corrosão. Foram obtidas, ligas nas seguintes formulações, Ti-(13-x)Nb-(x)Ta-13Zr e Ti-13Nb-(13-y)Zr-(y)Ta com x, y = 1,5 -3 -4,5 e 6 % em massa. Os pós de partida (Ti, Nb e Zr) foram obtidos pelo método de hidrogenação e homogeneizados com Ta-cp em moinho planetário de alta energia. As amostras foram compactadas em matriz cilíndrica uniaxial seguidas de compactação isostática à frio, depois, sinterizadas com temperatura de 1150 °C / 10 h em vácuo e diferentes condições de resfriamento. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura, massa específica, técnica de difração de raios X, microdureza Vickers e ensaio eletroquímico de corrosão. A liga quaternária que produziu melhor resultado comparado a liga ternária foi a composição com 6 % em massa de tântalo, Ti-13Nb-6Ta-7Zr, com microestrutura composta de uma matriz de fase β e regiões de fase α com grãos equiaxiais e estruturas Widmanstätten, 96 % da densidade teórica, 347 HV de microdureza e densidade de corrente 2 x 10 -11 A cm -2 . Palavras-chave: ligas de titânio, metalurgia do pó, tratamento térmico. ABSTRACT MENDES, N. M. F. Obtention and characterization of the alloys-based Ti-Nb-Zr-(Ta). 2016. 158 p. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) -Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares -IPEN-CNEN/SP. São Paulo. Quaternary titanium alloys of Ti-Nb-Zr-Ta system are applied as biomaterial due low density, high strength wear, good corrosion resistance, high stiffness, low Young's modulus and high biocompatibility. The aim the present research was study tantalum effect as β stabilising elements to formation new quaternary Ti-Nb-Zr-Ta alloys based on the Ti-13Nb-13Zr alloy, evaluating the influence the microstructure transformations, phase changes, microhardness and corrosion resistance. Ti-(13x)Nb-xTa-13Zr and Ti-13Nb-(13-y)Zr-(y)Ta alloys, where x, y = 1.5 -3 -4.5 and 6 %wt were produced. The starting powders (Ti, Nb and Zr) were obtained by hydrogenation method and homogenized with metallic tantalum high-energy planetary milling. Samples were produced by uniaxial and cold isostatic pressing with consolidation by sintering at 1150 °C for 10 hours under high vacuum under and different condition coolling. Sintered samples were characterized for SEM-EDS, density by Archimedes method, XRD, microhardness Vickers and potentiodynamic measurements. The quaternary alloy with better result compared to ternary alloy was the composition 6 %wt-Ta, Ti-13Nb-6Ta-7Zr. The microstructure of alloy consists of β-phase matrix and α-phase region of two structures: equiaxed and needle-like grains, known as Widmanstätten, with values of 96 % theoretical density, 347 HV, current density 2 x 10 -11 A cm -2 . LISTA DE FIGURAS Página Diretoria de Pesquisa, Desenvolvimento e Ensino Av. Prof. Lineu Prestes, 2242 -Cidade Universitária CEP: 05508-000 Fone/Fax(0XX11) 3133-8908 SÃO PAULO -São Paulo -Brasil http://www.ipen.br O IPEN é uma Autaquia vinculada à Secretaria de Desenvolvimento, associada à Universiade de São Paulo e gerida técnica e administrativamente pela Comissão Nacional de Energia Nuclear, órgão do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação.
doi:10.11606/t.85.2016.tde-23092020-093433 fatcat:d633w4pcf5avdmfmkexiumq2pq