Estudio del efecto del contenido en niobio en aleaciones cuaternarias de titanio beta

Abstract

[ES] Dentro de los materiales utilizados para usos biomédicos, el titanio y sus aleaciones son los más utilizados. Esto se debe a su buena resistencia a la corrosión y su excelente biocompatibilidad. Sin embargo, la aleación hasta ahora más utilizada en este ámbito, Ti6Al4V, presenta unos niveles de citotoxicidad a largo plazo preocupantes para la salud humana. Esta situación obliga a los investigadores a estudiar las características físico-químicas de otros elementos como refuerzos del titanio para encontrar una aleación sustitutiva del Ti6Al4V que mejore sus propiedades electroquímicas. Las aleaciones TNZT están mostrando por su parte, un alto grado de biocompatibilidad y muy buenos resultados mecánicos. Pero existe un problema con estas aleaciones, y es la alta refractariedad de sus elementos, lo que hace que su obtención sea complicada. Se han obtenido las aleaciones Ti-24Nb-6Zr-10Ta y Ti-35Nb-6Zr-10Ta mediante tres métodos distintos, mediante colada, método convencional muy utilizado, y mediante mezcla elemental y aleado mecánico, métodos de pulvimetalurgia convencional. Estas aleaciones se han sometido a distintos ensayos para obtener y poder analizar las propiedades mecánicas, químicas y microestructurales. Para las propiedades mecánicas se han utilizado los ensayos de flexión a tres puntos, small punch test y excitación por impulso para obtener el módulo elástico. Para la caracterización microestructural se ha realizado un estudio mediante microscopía electrónica de barrido. Y, por último, para la caracterización química se realizaron ensayos de liberación de iones y resistencia a la corrosión. Los resultados muestran que la obtención de las aleaciones TNZT por medios pulvimetalurgicos es viable, mostrando valores muy cercanos a los obtenidos para la aleación TNZT por colada. Por otra parte, se ha de revisar el ciclo de sinterización para ayudar a la correcta difusión de los elementos en las aleaciones, ya que se ha observado acumulación de niobio en ciertas muestras obtenidas mediante mezcla elemental.

[CAT] Dins dels materials utilitzats per a usos biomèdics, el titani i els seus aliatges són els més utilitzats. Això es deu a la seua bona resistència a la corrosió i la seua excel·lent biocompatibilitat. No obstant això, l'aliatge fins ara més utilitzada en aquest àmbit, Ti6Al4V, presenta uns nivells de citotoxicitat a llarg termini preocupants per a la salut humana. Aquesta situació obliga els investigadors a estudiar les característiques físic-químiques d'altres elements com a reforços del titani per a trobar un aliatge substitutiu del Ti6Al4V que millore les seues propietats electroquímiques. Els aliatges TNZT estan mostrant per part seua, un alt grau de biocompatibilitat i molt bons resultats mecànics. Però existeix un problema amb aquests aliatges, i és l'alta *refractariedad dels seus elements, la qual cosa fa que la seua obtenció siga complicada. S'han obtingut els aliatges Tu-24Nb-6Zr-10Ta i Ti-35Nb-6Zr-10Ta mitjançant tres mètodes diferents, mitjançant bugada, mètode convencional molt utilitzat, i mitjançant mescla elemental i aliat mecànic, mètodes de pulvimetalurgia convencional. Aquests aliatges s'han sotmés a diferents assajos per a obtindre i poder analitzar les propietats mecàniques, químiques i microestructurals. Per a les propietats mecàniques s'han utilitzat els assajos de flexió a tres punts, small punch test i excitació per impuls per a obtindre el mòdul elàstic. Per a la caracterització microestructural s'ha realitzat un estudi mitjançant microscòpia electrònica d'escombratge. I, finalment, per a la caracterització química es van realitzar assajos d'alliberament d'ions i resistència a la corrosió. Els resultats mostren que l'obtenció dels aliatges TNZT per mitjans pulvimetalurgicos és viable, mostrant valors molt pròxims als obtinguts per a l'aliatge TNZT per bugada. D'altra banda, s'ha de revisar el cicle de sinterització per a ajudar a la correcta difusió dels elements en els aliatges, ja que s'ha observat acumulació de niobi en unes certes mostres obtingudes mitjançant mescla elemental.

[EN] Among the materials used for biomedical uses, titanium and its alloys are the most used. This is due to its good corrosion resistance and excellent biocompatibility. However, the alloy used so far in this area, Ti6Al4V, has long-term cytotoxicity levels of concern to human health. This situation forces researchers to study the physical-chemical characteristics of other elements such as titanium reinforcements to find a Ti6Al4V replacement alloy that improves its electrochemical properties. TNZT alloys are showing a high degree of biocompatibility and very good mechanical results. But there is a problem with these alloys, and it is the high refractoriness of its elements, which makes it difficult to obtain. The Ti-24Nb-6Zr-10Ta and Ti-35Nb-6Zr-10Ta alloys have been obtained by three different methods, by casting, a widely used conventional method, and by elemental mixing and mechanical alloying, conventional powder metallurgy methods. These alloys have been subjected to different tests to obtain and be able to analyze the mechanical, chemical and microstructural properties. For the mechanical properties, three-point bending tests, small punch tests and impulse excitation have been used to obtain the elastic modulus. For the microstructural characterization, a study was carried out using scanning electron microscopy. And, finally, for the chemical characterization, ion release and corrosion resistance tests were carried out. The results show that obtaining TNZT alloys by powder metallurgical means is feasible, showing values very close to those obtained for the TNZT alloy by casting. On the other hand, the sintering cycle must be reviewed to help the correct diffusion of the elements in the alloys, since niobium accumulation has been observed in certain samples obtained by elemental mixing.