Nova liga ternária Ti26Zr24Nb para aplicação biomédica : comportamento em corrosão, desgaste e tribocorrosão

Abstract

As ligas de titânio, especialmente, Ti6Al4V e TiNi, são tradicionalmente utilizadas na aplicação como biomateriais em virtude de sua resistência mecânica, resistência à corrosão e biocompatibilidade. No entanto, a adição de elementos como Al, V e Ni, tem impulsionado o desenvolvimento de novas ligas de titânio, devido às restrições quanto à adição desses elementos os quais têm sido associados a reações alérgicas, citotóxicas e a doenças neurológicas. Por estes motivos, as ligas de titânio, com predominância da fase β e contendo elementos biocompatíveis como Nb, Ta e Zr, têm despertado interesse pelas suas propriedades mecânicas similares às dos tecidos duros e pela isenção dos elementos anteriormente citados (Al, V e Ni). No entanto, ainda não há um consenso quanto à composição mais adequada destas ligas, tampouco informações suficientes quanto ao seu comportamento em corrosão e, especialmente em tribocorrosão. Neste trabalho, uma nova composição de liga ternária de titânio fase β, a Ti26Zr24Nb, foi avaliada quanto à resistência à corrosão e tribocorrosão realizadas em solução de Hanks com pH 7,4 à temperatura de 37°C, não aerada. Adicionalmente, considerando pesquisas que apontam a obtenção de uma superfície nanoestruturada como favorável ao processo de osseointegração, foram realizados estudos quanto ao efeito da nanotexturização, obtida pelo processo de eletropolimento da liga Ti26Zr24Nb, sobre o comportamento eletroquímico. Resultados obtidos mostraram que a liga Ti26Zr24Nb, nas condições avaliadas, apresenta desempenho equivalente ao do Ti6Al4V em termos de resistência à corrosão com 𝐸𝐶𝑂𝑅𝑅 e 𝑖𝐶𝑂𝑅𝑅 de -200 m𝑉𝐸𝐶𝑆 e 10-8 A/cm², respectivamente. A liga Ti26Zr24Nb apresentou comportamento passivo e grande capacidade de repassivação, com baixo volume de desgaste em tribocorrosão (0,04 mm³) apresentando mecanismos de desgaste abrasivo e adesivo. Adicionalmente, os resultados demonstram que o eletropolimento da liga Ti26Zr24Nb promoveu a formação de uma superfície nanoestruturada de rugosidade (Ra=6 nm) e elevada molhabilidade superficial, sem prejuízos ao desempenho eletroquímico. Esses resultados obtidos indicam a possibilidade de um desempenho promissor da liga Ti26Zr24Nb para aplicações biomédicas.

Titanium alloys, especially Ti6Al4V and TiNi, are traditionally used as biomaterials due to their mechanical strength, corrosion resistance and biocompatibility. However, the addition of elements such as Al, V and Ni, has driven the development of new titanium alloys, due to restrictions on the addition of these elements that have been associated with allergic, cytotoxic reactions and neurological diseases. For these reasons, titanium alloys, with predominance of the β phase, containing biocompatible elements such as Nb, Ta and Zr have aroused interest for their mechanical properties like those of hard tissues and for the absence of the elements Al, V and Ni. However, there is still no consensus on the most appropriate composition of these alloys, nor sufficient information on their behavior in corrosion and, especially in tribocorrosion. In this work, a new titanium β phase titanium alloy composition, Ti26Zr24Nb, was evaluated for corrosion and tribocorrosion resistance performed in Hanks' solution with pH 7.4 at 37°C, not aerated. In addition, considering research that points to obtaining a nanostructured surface as favorable to the osseointegration process, studies were carried out on the effect of nanotexturing, obtained by the electropolishing, on the electrochemical behavior. Results obtained showed that the Ti26Zr24Nb, under the evaluated conditions, alloy presents a performance equivalent to that of Ti6Al4V in terms of corrosion resistance with 𝐸𝐶𝑂𝑅𝑅 and 𝑖𝐶𝑂𝑅𝑅 of -200 mVECS and 10-8 A/cm², respectively. The Ti26Zr24Nb alloy showed passive behavior and great capability of repassivation, with a low volume of tribocorrosion wear (0.04 mm³) with abrasive and adhesive wear mechanisms. In addition, the results demonstrate that the electropolishing of the Ti26Zr24Nb alloy promoted the formation of a nanostructured surface of roughness (Ra=6 nm) and high surface wettability, without loss of the electrochemical performance. These results indicate the possibility of a promising performance of the Ti26Zr24Nb alloy for biomedical application.