Caracterización microestructural y mecánica de aleaciones Ti-Nb-Sn obtenidas por pulvimetalurgia

Abstract

[ES] En la actualidad existe un gran interés en las aleaciones tipo beta con base titanio debido a que presentan una buena resistencia mecánica junto con una excelente resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Esta última característica hace que las aleaciones tipo beta sean muy utilizadas en el campo biomédico para prótesis o partes de estas. Además algunas aleaciones poseen un bajo módulo elástico consiguiendo valores similares a los del hueso evitando problemas como el apantallamiento de tensiones. El titanio además de ser un material biocompatible no es toxico a largo plazo, favorece la osteointegración y tiene una gran relación resistencia-peso. Para conseguir favorecer un cambio de fase en el titanio de alfa a beta se utilizan materiales betágenos para el titanio como el Mo, V, Ta y Nb. El presente proyecto se centra en el uso del niobio para alear con el titanio ya que es el que más favorece la fase beta de todos. Al haberse detectado que en esta aleación existen zonas alfa+beta dentro de la microestructura beta se introduce el estaño para estudiar su influencia sobre la aleación de interés Ti-30Nb. Para sacar más conclusiones y completar la investigación se estudia que influencia tiene el estaño sobre el titanio únicamente que tiene una microestructura tipo alfa. El método de manufactura seleccionado para materializar las aleaciones es la pulvimetalurgia debido la facilidad para realizar diferentes aleaciones con gran precisión utilizando únicamente polvos base de los materiales. La pulvimetalurgia se caracteriza por tener una porosidad alta que favorece tanto la rotura por fatiga como la reducción del módulo elástico y el crecimiento óseo sobre las prótesis. En el presente proyecto se realizan las aleaciones beta Ti-Nb-Sn y las alfa Ti-Sn. A la aleación beta se ha añadido un 2% y un 4% de estaño y a la alfa de un 1% a un 4%. El proceso viene optimizado tanto por investigaciones de la propia UPV como de proyectos de otras universidades y centros de investigación que han permitido controlar mejor el proceso. Posteriormente se ha llevado a cabo una caracterización microestructural y mecánica.

[EN] Currently there is big interest in beta alloys with titanium base because they have a good mechanical strength together with excellent corrosion resistance and biocompatibility. This last feature makes beta alloys widely used in the biomedical field for prostheses or parts of these. Furthermore some alloys have a low elastic modulus similar values like bone avoiding problems such as stress shielding. Titanium besides being a biocompatible non-toxic in long term promotes integration with bones and has a great strength-weight ratio. For favoring a phase change from the alpha to beta phase for the titanium materials are used materials that favors beta structure like Mo, V, Ta and Nb. This project focuses on the use of niobium to alloy with titanium because it is the most favorable of all to favors beta phase. Having detected that there are alpha+beta areas in this beta alloy microstructure the tin is introduced to study its influence on the alloy on interest Ti-30Nb. To get more conclusions and complete the research is studied what influence have the tin on the titanium having a microstructure alpha type. The manufacturing method for realizing the alloys is powder metallurgy because it is easier to perform different alloys with high accuracy using only the base material powders. Powder metallurgy is characterized by high porosity that favors both fatigue failure as reduced elastic modulus and bone growth on the prosthesis. This project comprises beta alloys Ti-Nb-Sn and Ti-Sn alpha. To beta alloy has been added 2% and 4% of tin and to alpha alloys has been added from 1% to 4%. The process is optimized by UPV, other universities and other research projects of different research centers that have allowed better control the process. Subsequently it has carried out a mechanical and microstructural characterization

[CA] En l'actualitat existeix un gran interès en les aleacions tipus beta amb base titani això es deu a que presenten una bona resistència mecànica juntament amb una excel·lent resistència a la corrosió i biocompatibilitat. Aquesta última característica fa que les aleacions tipus beta siguin molt utilitzades en el camp biomèdic per a pròtesis o parts d'aquestes. A més algunes aleacions posseeixen un baix mòdul elàstic aconseguint valors similars als de l'os evitant problemes com l'apantallament de tensions.

El titani a més de ser un material biocompatible no és tòxic a llarg termini, afavoreix la osteointegració i té una gran relació resistència-pes. Per aconseguir afavorir un canvi de fase en el titani d'alfa a beta s'utilitzen materials betágens per al titani com el Mo, V, Ta i el Nb. El present projecte es centra en l'ús del niobi per aliar amb el titani ja que és el que més afavoreix la fase beta de tots.

En haver-se detectat que en aquesta aleació hi ha zones alfa+beta dins de la microestructura beta s'introdueix l'estany per estudiar la seva influència sobre l'aleació d'interès Ti-30Nb. Per treure més conclusions i completar l'investigació s'estudia que influència té l'estany sobre el titani únicament que té una microestructura de tipus alfa.

El mètode de manufactura seleccionat per materialitzar les aleacions és la pulverimetal·lúrgia per la facilitat per realitzar diferents aleacions amb gran precisió utilitzant únicament pols base dels materials. La pulvimetal·lúrgia es caracteritza per tenir una porositat alta que afavoreix tant la ruptura per fatiga com la reducció del mòdul elàstic i el creixement ossi sobre les pròtesis.

En el present projecte es realitzen les aleacions beta Ti-Nb-Sn i les alfa Ti-Sn. A l'aleació beta s'ha afegit un 2% i un 4% d'estany i a l'alfa d'un 1% a un 4%. El procés ve optimitzat tant per investigacions de la pròpia UPV com de projectes d'altres universitats i centres d'investigació que han permès controlar millor el procés. Posteriorment s'ha dut a terme una caracterització microestructural i mecànica.