Estudio del comportamiento químico de aleaciones pulvimetalúrgicas Ti-Nb-Si para su posible aplicación biomédica

Abstract

[ES] La aleación de Ti6Al4V es la más empleada en la elaboración de prótesis e implantes, sin embargo, el Al y V son elementos citotóxicos. Por ello, diferentes estudios proponen aleaciones ternarias de TiNb como alternativas más inocuas y con mejores propiedades mecánicas y resistencia frente a corrosión. El objetivo de este estudio es desarrollar nuevas aleaciones de TiNbSi mediante pulvimetalurgia y determinar el efecto que tiene la adición del Si en las aleaciones de Ti35Nb. Para ello se caracterizaron microestructural, mecánica y electroquímicamente las aleaciones de Ti35Nb2Si, Ti35Nb4Si y Ti35Nb6Si mediante: difracción de Rayos X, microscopía electrónica, ensayo de dureza Vickers, ensayo de flexión a 3 puntos, medición del módulo elástico mediante Sonelastic, ensayo de corrosión en saliva artificial de Fusayama y ensayo de liberación de iones en saliva de Fusayama con NaF. Los resultados muestran que el Si produce una porosidad no controlada superior al 10% además de una distribución heterogénea e incremento de compuestos intermetálicos de (Ti,Nb)3Si en detrimento del Tiβ y Tiα. La dureza disminuyó hasta un 50% con el incremento de Si. El módulo elástico mejoró entre un 4,5-7,7% y el de cizalladura entre un 2,5- 17,9%. El Eflex y Rmax alcanzaron un máximo con el Ti35Nb2Si para luego disminuir con el incremento de Si y la εmax disminuyó entre un 36-50% por la fragilidad de los compuestos intermetálicos. La incorporación de Si empeoró la resistencia frente a la corrosión debido a que los poros actuaron como iniciadores de picaduras y los compuestos de (Ti,Nb)3Si se comportaron como microceldas galvánicas de sacrificio empeorando el Ecorr, Icorr, Vcorr y Rp. En la liberación de iones, la adición de un tercer aleante produjo la liberación de Ti y Nb por encima de límites considerados como citotóxicos.

[CA] L’aleació de Ti6Al4V es la més empleada en l’elaboració de pròtesis e implants, no obstant l’Al i el V son elements citotòxics. Per això, diferentes estudis proposen aleacions ternaries de TiNb com alternatives més inoqües i amb millors propietats mecàniques i resistència a la corrosió. L’objectiu d’aquest estudi es desenvolupar noves aleacions de TiNbSi mitjançant pulvimetalurgia i determinar l’efecte que l’adició de Si té en les aleacions de Ti35Nb. Per fer-ho, s’han caracteritzat microestructural, mecánica i electroquímicament les aleacions de Ti35Nb2Si, Ti35Nb4Si y Ti35Nb6Si mitjançant: difracció de Raigs X, microscopia electrónica, assaig de duresa Vicker, assaig de flexió a 3 punts, medició del mòdul elàstic amb Sonelastic, assaig de corrosió en saliva artificial de Fusayama i assaig de liberación d’ions en saliva de Fusayama amb NaF. Els resultats mostren que el Si produeix una porositat no controlada superior al 10% a més d’una distribución heterogènea i increment dels compostos intermetàl.lics de (Ti,Nb)3Si en detriment del Tiβ y Tiα. La duresa va disminuir fins un 50% amb l’increment de Si. El mòdul elàstic va millorar entre un 4,5-7,7% y el de cizalladura entre un 2,5-17,9%. El Eflex i la Rmax van aconseguir un màxim amb el Ti35Nb2Si per a després disminuir amb l’increment de Si, y la εmax va disminuir entre un 36-50% per la fragilitat dels compostos intermetàl.lics. L’incorporació de Si va empeorar la resistència front a la corrosió a causa dels porus que varen actuar com iniciadors de picadures i els compostos de (Ti,Nb)3Si es varen comportar com microcel.les galvàniques de sacrifici empijorant el Ecorr, Icorr, Vcorr i Rp. En la lliberació d’ions, l’adició d’un tercer aleant va produir la lliberació de Ti i Nb per damunt des límits establits com citotòxics.

[EN] Ti6Al4V is the most used alloy in the manufacturing of prothesis and implants, however, Al and V are cytotoxic elements. Thus, different studies propose ternary alloys of TiNb as a harmless alternative with better mechanical properties and corrosion behaviour. The aim of this study is the development of new alloys of TiNbSi with powder metallurgy and establish the effect of the Si on Ti35Nb alloys. For that purpose, microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of Ti35Nb2Si, Ti35Nb4Si and Ti35Nb6Si were characterised through: X-Ray Diffraction, electron microscopy, Vickers hardness test, three-point flexural test, measurement of elastic modulus with Sonelastic, corrosion test in Fusayama’s saliva and ion release test in Fusayama’s saliva with NaF. The results show an uncontrolled increment of the porosity with values higher than 10% apart from a heterogeneous distribution and growth of the intermetallics compounds of (Ti,Nb)3Si at the expense of Tiβ and Tiα. Hardness was reduced until 50% with the increasing of Si. The elastic modulus improved between 4,5-7,7% and shear modulus among 2,5-17,9%. Eflex and Rmax achieved a maximum on Ti35Nb2Si but with the increase of Si they decreased, and εmax were reduced between 36-50% due to the intermetalic’s brittleness. The addition of Si deteriorates their corrosion behaviour because pores acted as pitting corrosion starters and (Ti,Nb)3Si behaved as galvanic microcells getting worse the Ecorr, Icorr, Vcorr y Rp. In relation with ion release test, the addition of a third alloying element made a release of Ti and Nb above cytotoxic thresholds.