Caracterización de aleaciones Tl-Nb-Ta obtenidas por vía pulvimetalúrgicL

Abstract

[EN] The maín advantages of titanium, over other metals, lie ín the high quality of his mechanical, physical and chemical properties that make these alloys useful for thermal processes and parts manufacturing, positioning it quickly in the market. The main applications, where the use of titanium is competitíve, are biomedical instruments, automotive and aerospace components, and in the chemical or energy industries. In recent years, titanium alloys with ~ phase have been designed, alloy with different stabilizing phase elements, which have lower elastic modulus, and do not contain Ni or V (due to the carcinogenic and allergy problems caused by these two elements. In the same way, prostheses had been deployed which do not interfere in the growth of the tissues, near the implant, and reduce the problern of loss of bone mass caused by shielding charges. The reason of this project has been obtain Ti-Nb-Ta ternary alloys through powder-metallurgical processes, studying how the content of Nb, Ta and sintering temperature inftuence the mechanical properties of these alloys taking into account their microstructure. All of the previously mentioned from a point of view based on biomechanical applications, as noted in the Objectives and Conclusions of this Thesis. The result shows that powder-metallurgical processes allow to obtain free nickel and vanadium, alloys with low elastic modulus, which would increase the time until net surgical revision of the prosthesis, thanks to the reduction of bone degradation in the patient. Finally we have obtained the best ternary alloy, from the point of view of this researcher, which considers three new variables in addition to the elastic modulus, that is, the relative density, hardness and strength of the material (factors to be considered in the functionality of the prosthesis). The resulting alloy is Ti35Nb15Ta, whictT has a maximum síntering temperature a 1300 ºC and an elastic modulus of 55.8 GPa. The obtained value is far below Ti commercial alloys {CP Ti Grade 2 with an elastic modulus of 102.7 GPa and Ti-6Al-4V grade 5 with 110 GPa elastic modulus

[ES} Las principales ventajas del titanio, sobre otros metales, radican en la alta ca lidad de sus propiedades mecánicas, físicas y químicas que hacen útiles sus aleaciones para procesos térmicos y de fabricación de piezas, posicionándolo rápidamente en el mercado. Las principales aplicaciones, donde el empleo del titanio es competitivo, son en instrumentos biomédicos, componentes de automoción y aeroespaciales, y en la industria química o energética. En los últimos años se han diseñado aleaciones de titanio de fase ~, aleadas con distintos elementos estabillzantes de la citada fase, que poseen menor módulo elástico y que no contienen Ni o V (dados los problemas cancerígenos y alérgicos que provocan). Del mismo modo se han obtenido prótesis que no interfieren en el crecimiento de los tejidos, en las cercanías del implante, y disminuyen el problema de pérdida de masa ós~a provocado por el apantallamiento de cargas. El objetivo de este proyecto ha sido obtener aleaciones ternarias de Ti-Nb-Ta por vía RESUMEN pulvimetalúrgica, estudiándose la influencia del contenido de Nb, Ta y la temperatura de sinterizado en· las propiedades mecánicas teniendo en cuenta la microestructura de dichas aleaciones. Todo ello, en un contexto de aplicación biomecánica, como se observa en los Objetivos y Conclusiones de esta Tesina. : Los resultados obtenidos muestran que mediante la pulvimetalugía es posible obtener 1 aleaciones libres de níquel y vanadio con bajo módulo elástico, que aumentarían et tiempo de una revisión quirúrgica de la prótesis, dada la reducción de la absorción ósea en el paciente. Finalmente se ha obtenido la mejor aleación ternaria, desde el punto de vista del tesínando, que considera la densidad re lativa, dureza y resistencia del material además del módulo elástico (factores a tener en cuenta para la funcionalidad de una prótesis). Esta aleación obtenida es la Ti35NblSTa a la temperatura de sinterizado máxima de 1300 ºC, cuyo módulo elástico es de 55,8 GPa. Este es bastante inferior a las habituales aleaciones comerciales de Ti (CP Ti de grado 2 con módulo UNIVERSID/.\D POLITECNIC/.\ DE V/.\LENCI/.\ elástico 102,7 GPa y Ti-6Al-4V de grado 5 con 110 GPa de módulo elástico). La aleación obtenida, en esta tesina, se encuentra mucho más cercana al módulo elástico del hueso en vivo (30 GPa); se alcanza, así, el objetivo de esta Tesina

[CA] Les principals avantatges del titani, sota altres metalls, radica en l’alta qualitat de les seues propietats mecàniques, físiques i químiques que fan útils les seus aleacions per a processos tèrmics i de fabricació de peces, posicionant-lo ràpidament en el mercat. Les principals aplicacions, on la utilització del titani es competitiu, son en instruments biomedics, components d’automoció i aeroespacials, i en la industria química o energètica. En els últims anys s’han dissenyat aleacions de titani de fase β, aleades amb diferents elements estabilitzants de la citada fase, que posseeixen menor mòdul elàstic i que no contenen Ni o V (donats els problemes cancerígens i al•lèrgics que provoquen). De la mateixa manera s´han obtingut pròtesis que no interfereixen en el creixement dels teixits, en les voreres del implant, i disminueixen el problema de la pèrdua de massa del ossos provocat pel apantallament de carregues. L`objectiu d’aquest projecte ha sigut obtindre aleacions ternàries de Ti-Nb-Ta mitjançant la pulvimetal•lúrgia, estudiant-se la influencia del contingut de Nb, Ta i la temperatura de sinteritzat en les propietats mecàniques tenint en compte la microestructura d’aquestes aleacions. Tot açò, en un context d’aplicacions biomecàniques, com s’observa en els objectius i conclusions d’aquesta Tesina. Els resultats obtinguts demostren que mitjançant la pulvimetal•lúrgia es possible obtindre aleacions lliures de níquel i vanadi amb baix mòdul elàstic, que elevaria el temps d’una revisió quirúrgica de la pròtesis, deguda a la reducció de l’absorció ossea en el pacient.

Finalment s’ha obtingut la millor aleació ternària, sota el punt de vista del tesinant, que considera la densitat relativa, duresa i resistència del material a mes a mes del mòdul elàstic (factors a tindre en compte en la funcionalitat d’una pròtesis). Aquesta aleacio obtinguda es la Ti35Nb15Ta a la temperatura de sinterització màxima de 1300 °C, amb mòdul elàstic de 55,8 GPa. Aquest es molt inferior a les aleacions habituals comercial de Ti (CP Ti grau 2 amb mòdul elàstic 102,7 GPa i Ti-6Al-4V de grau 5 amb 110 GPa de mòdul elàstic). L´aleacio obtinguda, en aquesta tesina, es trova molt mes pròxima al mòdul elàstic de l’ós en viu(30 GPa); obtenint , així, l’objectiu d’aquesta Tesina.