The functional performance of joint implants is largely determined by the surface layer properties in contact. Wear/debris-induced osteolysis and aseptic loosening has been identified as the major cause of failure of metal-on-metal joint implants. A crucial requirement for the long-term stability of the artificial joint is to minimize the release of debris particles. Severe plastic deformation (SPD) processes have been used to modify the surface integrity properties by generating ultrafine, or even nano-sized grains and grain size gradients in the surface region of many materials. These fine grained materials often exhibit enhanced surface integrity properties and improved functional performance (wear resistance, corrosion resistance, fatigue life, etc.) compared with their conventional coarse grained counterparts. The aim of the present work is to investigate the effect of a SPD process, cryogenic burnishing, on the surface integrity modifications of a Co-Cr-Mo alloy, and the resulting wear performance of this alloy due to the burnishing-induced surface integrity properties. A systematic experimental study was conducted to investigate the influence of different burnishing parameters on distribution of grain size, phase structure and residual stresses of the processed material. The wear performance of the processed Co-Cr-Mo alloy was tested via pin-on-disk wear tests. The results from this work show that the cryogenic burnishing can significant improve the surface integrity of the Co-Cr-Mo alloy which would finally lead to advanced wear performance due to refined microstructure, high hardness, compressive residual stresses and favorable phase structure on the surface layer. A finite element model (FEM) was developed for predicting the grain size changes during burnishing of Co-Cr-Mo alloy under both dry and cryogenic conditions. A new material model was used for incorporating flow stress softening and associated grain size refinement caused by the dynamic recrystallization (DRX). The new material model was implemented in a commercial FEM software as a customized user subroutine. Good agreement between predictions and experimental observations was achieved. Encouraging trends are revealed with great potential for application in industry.

La aleación biomédica CoCrMo se emplea en la elaboración de prótesis de sustituciones articulares totales o parciales de cadera y rodilla debido a su biocompatibilidad y a sus buenas propiedades mecánicas entre las que destacan su elevada resistencia a la corrosión y al desgaste. La superficie del biomaterial CoCrMo reacciona de manera espontánea con el medio que la rodea formando una capa pasiva de óxidos metálicos que auto-protege a la aleación del medio y condiciona su comportamiento frente a la corrosión. Hay que tener en cuenta que el medio en el que trabajan estas prótesis es uno de los más agresivos que se conocen lo que agrava el proceso de corrosión. Dicho proceso contribuye a la liberación de iones metálicos dentro del cuerpo humano acelerando el deterioro de dichas prótesis y problemas clínicos en los pacientes. En este contexto, la presente Tesis Doctoral pretende estudiar los mecanismos de biocorrosión que determinan la degradación de la aleación CoCrMo en condiciones fisiológicas. Para ello, en primer lugar se ha realizado la caracterización electroquímica del biomaterial en diferentes condiciones físico-químicas de relevancia biológica (composición química del fluido simulado, pH, contenido en oxígeno y potencial aplicado) las cuales influyen notablemente en las reacciones electroquímicas que tienen lugar en la interfase biometerial/medio. Posteriormente, se ha estudiado cómo influye la adsorción de albúmina (proteína modelo y mayoritaria en el cuerpo humano) en el comportamiento electroquímico de la aleación en función de la concentración de proteína y la temperatura del medio. Este estudio se ha llevado a cabo desde el punto de vista termodinámico y se ha demostrado que el proceso de adsorción de la proteína sobre la superficie de la aleación CoCrMo ocurre de manera espontánea por quimisorción modelándose correctamente mediante la Isoterma de Langmuir. Finalmente, se han estudiado las cinéticas de pasivación y de adsorción de proteína mediante la p / Valero Vidal, C. (2012). Study of the degradation mechanisms of the CoCrMo biomedical alloy in physiological media by electrochemical techniques and surface analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16881