Estudio del efecto de la adición de estaño y hafnio en las propiedades mecánicas y químicas de las aleaciones Ti-Nb-Zr-Ta

Abstract

[ES] En la actualidad, enfrentamos uno de los desafíos más importante en relación a los implantes metálicos utilizados en aplicaciones biomecánicas. Es fundamental lograr un módulo elástico similar al del hueso cortical humano, además de asegurar una interacción adecuada con el tejido circundante para evitar reacciones negativas en el organismo. En este sentido, se ha evaluado un nueva aleación titanio-β desarrollada por técnicas pulvimetalurgicas convencionales, Ti-35Nb-4Zr-3Hf-5Ta-4Sn, basada en la adición de Sn y Hf como elementos aleantes los cuales son reconocidos por ser no citotóxicos y por presentar propiedades mecánicas y frente a la corrosión destacables, frente a la aleación base Ti-35Nb-7Zr-5Ta. Se ha llevado a cabo estudios microestructurales mediante DRX y EBSD, se ha analizado el comportamiento mecánico frente a cargas de flexión y tracción, y se ha evaluado la respuesta frente a corrosión con dos ensayos: corrosión por inmersión y corrosión electroquímica. Los resultados obtenidos muestran una mayor estabilización de fase-β con un tamaño de grano más reducido y homogéneo que la aleación base. Respecto al comportamiento mecánico, presentan una respuesta más adecuada frente a flexión que a tracción. Asimismo, se observó una mejora de la resistencia a la corrosión y una liberación de elementos reducida. A pesar de ello es necesario seguir trabajando con un método que permita reducir la porosidad y la falta de difusión de los elementos mayoritarios. como el niobio, de modo que se consiguen mejorar todavía más sus propiedades. Para ello se propone utilizar técnicas de alta densificación como Spark Plasma Sintering (SPS).

[CAT] En l'actualitat, enfrontem un dels desafiaments més important en relació als implants metàl·lics utilitzats en aplicacions biomecàniques. És fonamental aconseguir un mòdul elàstic similar al de l'os cortical humà, a més d'assegurar una interacció adequada amb el teixit circumdant per a evitar reaccions negatives en l'organisme. En aquest sentit, s'ha avaluat un nou aliatge titani-β desenvolupada per tècniques pulvimetalurgicas convencionals, Ti-35Nb-4Zr-3Hf-5Ta-4Sn, basada en l'addició de Sn i Hf com a elements aliants els quals són reconeguts per ser no citotòxics i per presentar propietats mecàniques i enfront de la corrosió destacables, enfront de l'aliatge base Ti-35Nb-7Zr-5Ta. S'ha dut a terme estudis microestructurals mitjançant DRX i EBSD, s'ha analitzat el comportament mecànic enfront de càrregues de flexió i tracció, i s'ha avaluat la resposta enfront de corrosió amb dos assajos: corrosió per immersió i corrosió electroquímica. Els resultats obtinguts mostren una major estabilització de fase-β amb una grandària de gra més reduït i homogeni que l'aliatge base. Respecte al comportament mecànic, presenten una resposta més adequada enfront de flexió que a tracció. Així mateix, es va observar una millora de la resistència a la corrosió i un alliberament d'elements reduïda. Malgrat això és necessari continuar treballant amb un mètode que permeta reduir la porositat i la falta de difusió dels elements majoritaris. com el niobi, de manera que s'aconsegueixen millorar encara més les seues propietats. Per a això es proposa utilitzar tècniques d'alta densificasió com Spark Plasma Sintering (SPS).

[EN] Nowadays, we face one of the most important challenges in relation to metallic implants used in biomechanical applications. It is essential to achieve an elastic modulus similar to that of human cortical bone, as well as to ensure adequate interaction with the surrounding tissue to avoid negative reactions in the organism. In this sense, a new titanium-β alloy developed by conventional powder metallurgy techniques, Ti-35Nb-4Zr-3Hf-5Ta-4Sn, based on the addition of Sn and Hf as alloying elements which are recognised for being non-cytotoxic and for presenting outstanding mechanical and corrosion properties compared to the base alloy Ti-35Nb-7Zr-5Ta, has been evaluated. Microstructural studies have been carried out by XRD and EBSD, the mechanical behaviour has been analysed against bending and tensile loads, and the corrosion response has been evaluated with two tests: immersion corrosion and electrochemical corrosion. The results obtained show a greater stabilisation of phase-β with a smaller and more homogeneous grain size than the base alloy. Regarding mechanical behaviour, they show a more adequate response to bending than to tensile stress. An improvement in corrosion resistance and reduced element release was also observed. Nevertheless, it is necessary to continue working with a method that allows reducing the porosity and the lack of diffusion of the majority elements, such as niobium, in order to further improve their properties. For this purpose, it is proposed to use high densification techniques such as Spark Plasma Sintering (SPS).