Estudio y selección de biomateriales para el diseño de prótesis articulares de cadera que operan bajo condiciones de desgaste y corrosión inmersos en líquido sinovial

Abstract

[ES] El presente Trabajo de Fin de Grado (TFG) pretende dilucidar los mecanismos de degradación de una aleación de CoCrMo empleada en aplicaciones biomédicas mediante técnicas triboelectroquímicas y de caracterización superficial. Además, pretende conocer la influencia del material contraparte así como de la concentración de cationes Co2+ en el electrolito sobre los fenómenos de la corrosión y la tribocorrosión. Mediante las técnicas electroquímicas de medida de potencial a circuito abierto (OCP) y barrido potenciodinámico se ha caracterizado la resistencia a la corrosión que presenta el CoCrMo en los distintos electrolitos de trabajo. Posteriormente, mediante un dispositivo experimental triboelectroquímico del tipo bola-sobre-disco (ball-on-disc), se ha estudiado simultáneamente la respuesta electroquímica y mecánica que presenta la aleación tanto frente a diferentes materiales contraparte (metal, cerámica y polímero) como frente a electrolitos con distinta concentración de Co2+ . Los resultados obtenidos indican que pequeñas concentraciones de Co2+ en el electrolito favorecen la pasivación de la aleación pero, cuando dichas concentraciones superan cierto límite, se produce una disminución de la resistencia al fenómeno de la corrosión. Además, en los ensayos triboelectroquímicos se observa que una mayor presión de contacto provoca un mayor desgaste en la superficie de las probetas así como una disminución mayor del OCP. También se ha podido constatar que el aporte electroquímico a la pérdida de material es similar en todos los casos independientemente del material contraparte utilizado. Finalmente, los ensayos demuestran que un aumento en la concentración de Co2+ en el electrolito disminuye la cantidad de volumen perdido tras el ensayo triboelectroquímico. No obstante, parece existir una relación directa entre la presencia de Co2+ y el aumento del aporte electroquímico al fenómeno de la tribocorrosión.

[CA] El present Treball de Fi de Grau (TFG) pretén dilucidar els mecanismes de degradació d'un aliatge de CoCrMo emprat en aplicacions biomèdiques mitjançant tècniques triboelectroquímiques i de caracterització superficial. A més, pretén conèixer la influència del material contrapart així com de la concentració de cations Co2+ en l'electròlit sobre els fenòmens de la corrosió i la tribocorrosió. Mitjançant les tècniques electroquímiques de mesura de potencial a circuit obert (OCP) i escombratge potenciodinàmic s'ha caracteritzat la resistència a la corrosió que presenta el CoCrMo en els diferents electròlits de treball. Posteriorment, mitjançant un dispositiu experimental del tipus bola-sobre-disc (ball-on-disc), s'ha estudiat simunltàniament la resposta electroquímica i mecànica que presenta l'aliatge tant enfront de diferents materials contrapart (metàl·lics, ceràmics i polímers) com enfront d'electròlits amb diferent concentració de Co2+ . Els resultats obtinguts indiquen que petites concentracions de Co2+ en l'electròlit afavoreixen la passivació de l'aliatge però, quan aquestes concentracions superen cert límit, es produeix una disminució de la resistència al fenòmen de la corrosió. A més, en els assajos triboelectroquímics s'observa que una major pressió de contacte provoca un major desgast en la superfície de les provetes així com una disminució major del OCP. També s'ha pogut constatar que l'aportació electroquímica a la pèrdua de material és similar en tots els casos independentment del material contrapart utilitzat. Finalment, els assajos demostren que un augment en la concentració de Co2+ en l'electròlit disminueix la quantitat de volum perdut després de l'assaig triboelectroquímic. No obstant açò, sembla existir una relació directa entre la presència de Co2+ i l'augment de l'aportació electroquímica al fenomen de la tribocorrosió.

[EN] This Bachelor Project (TFG) aims to elucidate the degradation mechanisms of CoCrMo biomedical alloy through triboelectrochemical techniques and surface characterization. It also aims to understand the influence of the material counterpart and the Co2+ concentration on the electrolyte on the corrosion and tribocorrosion phenomena. Through electrochemical techniques for measuring the open circuit potential (OCP) and potentiodynamic curves the corrosion resistance of the CoCrMo has been characterized in different electrolytes. Furthermore, trough a triboelectrochemical experimental ball-on-disc set-up the simultaneous electrochemical and mechanical response of the CoCrMo alloy has been studied against different counterparts (metallic, ceramic and polymeric) and in electrolytes with different Co2+ concentrations. The obtained results show that small Co2+ concentration, 40 ppm, a decrease of the corrosion resistance is observed. In the electrochemical tests, higher contact pressure cause higher wear of the CoCrMo together with a higher decrease in the OCP. The electrochemical contribution to the overall material loss is similar in all case, independently on the material counterpard. An increase of the Co2+ concentration in the electrolyte decreases the amount of volume lost after the triboelectrochemical test. A direct relationship between the Co2+ presence and the increase of the electrochemical contribution to the tribocorrosion phenomenon was observed.