Estudio de la influencia de la concentración de tántalo en aleaciones de entropía media Ti-Nb-Zr-Ta y perspectivas de futuros desarrollos para aplicaciones biomédicas

Abstract

[ES] El desarrollo de materiales de alta entropía se ha generalizado desde que Cantor publicó su trabajo en 2014. Estas nuevas aleaciones presentan características muy especiales que pueden aplicarse también al campo biomédico cuando utilizamos elementos biocompatibles como el titanio, niobio, circonio o tántalo. Sin embargo, de todos ellos el tántalo es el que presenta una densidad muy elevada (>16 g/cm3) además de un alto coste. La combinación equiatómica por tanto resulta de densidad elevada y por ello es interesante explorar cual es la influencia de la concentración en tántalo de aleaciones Ti-Nb-Zr-Ta modificando los contenidos atómicos entre el Ta y el resto de los elementos de la aleación. Para eso se obtendrán mediante mezcla elemental de polvos cuatro diferentes aleaciones: Ti28Nb28Zr28Ta15, Ti27Nb27Zr27Ta20, Ti25Nb25Zr25Ta25 y Ti23Nb23Zr23Ta30. Tras su sinterización a 1450 ºC, se evaluarán la densidad y porosidad de las piezas obtenidas, así como la realización de una caracterización mecánica mediante la determinación de la dureza, microdureza, resistencia a tracción y a flexión. Finalmente se evaluará su comportamiento frente a la corrosión por inmersión en un electrolito de saliva artificial determinándose la liberación de iones. Además se realizará la caracterización microestructural mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica d barrido y difracción de electrones retrodispersados. Para la realización del trabajo, el estudiante deberá diseñar el plan de actividades a realizar para alcanzar los objetivos marcados, gestionar el tiempo y los recursos disponibles, junto a una amplia revisión bibliográfica, culminando así su formación y preparación para su futuro profesional.

[EN] The development of high entropy materials has become widespread since Cantor published his work in 2014. These new alloys have very special characteristics that can also be applied to the biomedical field when we use biocompatible elements such as titanium, niobium, zirconium or tantalum. However, of all of them, tantalum is the one that has a very high density (>16 g/cm3) as well as a high cost. The equiatomic combination therefore results in high density and therefore it is interesting to explore the influence of the tantalum concentration of Ti-Nb-Zr-Ta alloys by modifying the atomic contents between Ta and the rest of the alloy elements. For this, four different alloys will be obtained by elemental mixing of powders: Ti28Nb28Zr28Ta15, Ti27Nb27Zr27Ta20, Ti25Nb25Zr25Ta25 and Ti23Nb23Zr23Ta30. After sintering at 1450 ºC, the density and porosity of the pieces obtained will be evaluated, as well as carrying out a mechanical characterization by determining hardness, microhardness, tensile and bending resistance. Finally, its behavior against corrosion will be evaluated by immersion in an artificial saliva electrolyte, determining the release of ions. In addition, microstructural characterization will be carried out using X-ray diffraction, scanning electron microscopy and backscattered electron diffraction. To carry out the work, the student must design the plan of activities to be carried out to achieve the set objectives, manage the time and available resources, and conduct an extensive bibliographic review, thus completing her training and preparation for her professional future.