Espumas de fcc-ti produzidas via metalurgia do pó e sinterização assistida por plasma.

Abstract

O crescimento contínuo da população idosa tem aumentado a incidência de problemas ósseos, elevando a demanda por implantes médicos avançados e biocompatíveis. O Titânio comercialmente puro (Ti-CP) e a liga Ti6Al4V, tradicionalmente usados em implantes, apresentam módulo de elasticidade mais alto do que o osso humano, o que pode levar à redistribuição inadequada de cargas, resultando na reabsorção óssea ao redor do implante, conhecida como stress shielding. Além disso, preocupações com a liberação de íons de alumínio e vanádio a partir da liga têm levantado questões sobre a biocompatibilidade a longo prazo, potencialmente causando reações adversas nos pacientes. Para abordar essas questões, este estudo investiga a produção de espumas de Ti13Ta6Sn através de compactação uniaxial, método space holder e sinterização assistida por plasma. As espumas de titânio têm atraído maior interesse na indústria biomédica devido à sua excelente biocompatibilidade mecânica quando utilizadas como implantes biomédicos. A estrutura porosa desempenha um papel crucial na adesão óssea ao implante, permitindo o crescimento do osso no componente. Os vazios na estrutura reduzem o módulo de elasticidade, promovendo uma maior compatibilidade com o osso e evitando o stress shielding. A produção de espumas de titânio altamente porosas via metalurgia do pó e compressão uniaxial enfrenta desafios devido à dificuldade em alcançar uma distribuição uniforme, previsível e estável de porosidade. O uso de metalurgia do pó com o método space holder surge como uma alternativa viável para a introdução de porosidade. Este processo envolve a compactação das amostras com a adição de espaçadores, seguida pela sinterização. Neste trabalho, as amostras de Ti13Ta6Sn foram analisadas quanto às propriedades mecânicas, como limite elástico, limite de escoamento, resistência ao desgaste e porosidade. A liga Ti13Ta6Sn resultou na formação da fase Ti-β, que apresentou um menor módulo elástico nas amostras densas. Utilizando o método space holder, as espumas exibiram uma arquitetura porosa controlável e interconectada. As amostras com frações de 50 e 70% em volume de SH foram suficientes para reduzir o módulo elástico para o intervalo do osso cortical humano (< 30 GPa). A fração de 80% em volume de SH foi capaz de produzir espumas com módulo elástico dentro do intervalo do osso trabecular humano (< 4 GPa). Além disso, a liga Ti13Ta6Sn demonstrou uma resistência ao desgaste superior em comparação com o Ti-CP.