Orientador: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Banca: Conrado Ramos Moreira Afonso / Banca: Rodrigo Cardoso de Oliveira / Banca: William Fernando Zambuzzi / Resumo: Dentre os biomateriais metálicos, largamente empregados pela indústria biomédica, o titânio (Ti) e suas ligas, principalmente o sistema Ti-6Al-4V (responsável por 45% da produção total de titânio como biomaterial) representam a principal escolha para a confecção de implantes ortopédicos e dentários. No entanto, processos de degradação (corrosão, desgaste e tribocorrosão) atuantes sobre estas ligas podem ocasionar a liberação de partículas e íons metálicos (comumente referidos produtos de desgaste ou debris), o que pode representar uma situação perigosa in vivo. Neste contexto, as propriedades físico-químicas dos produtos de desgaste irão influenciar fortemente o tipo e intensidade das respostas de um organismo vivo após sua exposição aos mesmos. De forma geral, a interação de tais produtos com as células dos tecidos adjacentes ao implante e do sistema imune pode desencadear processos de sinalização, nomeadamente em termos da produção e liberação de citocinas pró-inflamatórias, conduzindo a osteólise (reabsorção óssea) e consequente falha do implante. Ademais, muitas preocupações têm sido levantadas com relação à liberação de partículas e íons compostos pelos elementos alumínio e vanádio. Alternativamente, novas ligas de titânio isentas da adição destes elementos têm sido propostas nos últimos anos, dentre as quais podemos citar, por exemplo, a liga Ti-15Zr-15Mo. Neste trabalho, foram avaliados (in vitro), a partir de um modelo de células de camundongo, os possíveis efeitos re... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Among the metallic biomaterials, widely used in the biomedical industry, titanium (Ti) and its alloys, mainly the Ti-6Al-4V system (responsible for 45% of the total titanium production as biomaterial) represent the main choice for orthopedic and dental implants' manufacturing. However, degradation processes (corrosion, wear and tribocorrosion) acting on these alloys may lead the release of metallic particles and/or ions (also referred as wear products or debris), and this may represent a dangerous situation in vivo. In this context, the wear products' physical-chemical properties will strongly influence the type and intensity of the living organism responses after their exposure to them. In general, these products' interaction with the implants' surrounding tissues and immune system cells may trigger signaling processes, particularly in terms of the proinflammatory cytokines production and release, leading to osteolysis (bone resorption) and consequent implant loosening. Additionally, many concerns have been raised regarding the release of particles and ions composed by aluminum and vanadium. Alternatively, new vanadium and aluminum-free titanium alloys have been proposed in recent years, among which it is possible to mention, for example, the Ti-15Zr-15Mo alloy. In this work, the possible effects related to the vanadium ions exposure to bone and connective tissue cells (fibroblasts and osteoblasts) were evaluated (in vitro), from a mouse cells' model. Also, ionic speciation ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Gillian da Silva Crespo (gillian.engmec@gmail.com) on 2018-09-12T19:36:25Z No. of bitstreams: 1 Influência do tratamento térmico superficial realizado com laser NdYAG pulsado no ganho de propriedades mecânicas superficiais no aço ferramenta VP 100.pdf: 4967768 bytes, checksum: c8e5785db6eaf0a8ac2b750452764960 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-09-12T19:46:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 crespo_gs_dr_ilha.pdf: 4967768 bytes, checksum: c8e5785db6eaf0a8ac2b750452764960 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-12T19:46:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 crespo_gs_dr_ilha.pdf: 4967768 bytes, checksum: c8e5785db6eaf0a8ac2b750452764960 (MD5) Previous issue date: 2018-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Dentre os diversos aços ferramenta disponíveis atualmente, encontra-se o aço VP 100, aço ferramenta de estrutura bainítica empregado no setor de fabricação de moldes e matrizes. A literatura traz diversos estudos acerca desse aço frente à processos de usinagem. Entretanto, poucos estudos tratam do comportamento desse aço frente a utilização, direta ou indireta, de processos de soldagem. Desse modo, esse trabalho analisou a influência na estrutura e, nas propriedades mecânicas (dureza e taxa de desgaste) superficiais, do aço VP 100 quando submetido a um processo de tratamento térmico superficial. O processo de tratamento térmico superficial foi realizado através da execução de sucessivos cordões de solda, autógenos, na superfície do material, por meio de um sistema de laser de estado sólido Nd:YAG na condição pulsado. O aço VP 100 foi inicialmente investigado quanto a presença de isotropia em sua estrutura, visando excluir a direção adotada para tratamento térmico como fator influenciador nos resultados. Com uma estrutura visualmente semelhante em todas as direções e, com valores de dureza médios muito próximos entre direções, a direção adotada foi excluída como fator de influência no processo. Em seguida, realizou-se cordões de solda, autógenos, em seis condições distintas (SG, AR, N, N1, N2 e N3), analisados posteriormente através de ensaios de microdureza Vickers, para determinação da melhor condição para execução do tratamento térmico. As condições N1, N2 e N3 (todas com utilização de gás nitrogênio), apresentaram os melhores resultados de dureza (superficialmente e na faixa de profundidade de 0,30 mm), sendo escolhidas para a execução do tratamento térmico. Os corpos de prova tratados termicamente foram analisados através de difratogramas de raios-x e réplica por extração de carbono. Em nenhuma das duas análises houve a detecção da formação de nitretos no metal pós-tratamento. Ainda acerca dos difratogramas de raios-x, os dados obtidos mostraram a mudança da estrutura do material, de bainítica para martensítica, e a redução do tamanho dos cristalitos nas três condições. Os ensaios de taxa de desgaste mostraram melhores resultados para as condições de maior dureza, com melhores resultados na condição N3. Por fim, a condição N3 foi estipulada como a melhor condição, dentre as analisadas, para realização de tratamento térmico superficial no aço VP 100, apresentando além de uma elevação na dureza, uma baixa taxa de desgaste, fatores atribuídos à formação de uma estrutura martensítica, redução do tamanho dos cristalitos e intersticialização de nitrogênio no metal pós-tratamento térmico. / Among the steels currently available, is steel VP 100, a tool steel used in the mold and matrix manufacturing sector. There are many research on the machining process forward in this steel. However, few studies deal with work from this steel versus a direct or indirect use of welding processes. In this way, this work analyzed the influence on the structure and, under the mechanical conditions (hardness and wear rate), of the VP 100 steel when subjected to a superficial thermal treatment process. The surface heat treatment process was performed through the execution of successive weld beads, autogenous, on the surface of the material by means of a Nd: YAG solid state laser system in pulsed condition. The VP 100 steel was first investigated for the presence of isotropy in its structure, aiming the analysis if the direction took adopted for the heat treatment as an influencing factor in the results. With a visually similar structure in all directions and, with the average hardness values very close between the directions, the adopted direction was excluded as a factor of influence in the process. In the next step, weld beads, autogenous, were produced in six different condition (SG, AR, N1, N2 and N3), posterior analyzed by means of Vickers microhardness tests to determine the best condition for heat treatment. The N1, N2 and N3 conditions (all using nitrogen gas) presented the best hardness results (superficially and in the depth range of 0.30 mm), being chosen for the execution of the thermal treatment. The thermally treated specimens were analyzed by x-ray diffraction and replication by carbon extraction. In none of the two analyzes was the detection of nitride formation in the metal after treatment. Still about the x-ray diffractograms, the data obtained showed the change in the structure of the material, from bainitic to martensitic, and the reduction of the size of the crystallites in the three conditions. The wear rate tests showed better results for the best hardness conditions, with better results in the N3 condition. Finally, the condition N3 was stipulated as the best parameters, among the analyzed ones, for the accomplishment of superficial thermal treatment in the steel VP 100, presenting a rise in the hardness besides a low rate of wear, factors attributed to the formation of a martensitic structure, crystallite size reduction and nitrogen interstitialization in the post-heat treatment metal. / CAPES:DS 1517021

o trabalho de Krim e Windom [Phys. Rev B 38, 12184(1988)], que revelou a natureza viscosa do atrito em escala atômica, gerou uma intensa atividade tanto teórica quanto experimental. Contudo, questões fundamentais ainda se matém em aberto com opor exemplo a relação entre o coeficiente de atrito viscoso e a topologia do substrato assim como a dependência com a temperatura do substrato. Neste trabalho apresentamos os resultados, obtidos usando dinâmica molecular, para um modelo unidimensional de um sistema adsorvato/substrato. Pesquisamos diferentes relações de comensuração entre o adsorvato e o substrato assim como também a dependência do coeficiente de atrito fonônico, Nph, com a temperatura. Para todas as configurações estudadas obtivemos que o coeficiente de atrito fonônico depende quadráticamente da amplitude de corrugação do substrato, mas tem uma dependência não trivial com a razão de comensuração adsorvato/substrato. O resultado mais impressionante é que para relações de comensuração entre 0.65 e 0.9 o atrito fonônico é muito fraco. Nosso resultados podem explicar as diferencias encontradas na literatura em relação à magnitude do atrito de origem eletrônico e o de origem fonônico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:40:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235626.pdf: 17716981 bytes, checksum: 249b368147cfc50a93eed49ff5053beb (MD5) / As hastes de turbinas termelétricas a carvão são componentes de válvulas com a finalidade de inserir e posicionar um obturador em uma sede de vedação, regulando e ou obstruindo o fluxo de vapor de acordo com a carga necessária para manter a tensão de rede. As condições operacionais em que estão expostas as hastes podem resultar em aumento ou redução do diâmetro externo causados pela oxidação ou desgaste. O objetivo deste trabalho é o estudo da aspersão térmica como revestimento das hastes das válvulas de turbinas termelétricas a carvão, utilizadas no controle e bloqueio de vapor (válvulas parcializadora, combinada, bloqueio) do Complexo Jorge Lacerda - Capivari de Baixo - Santa Catarina. Foram efetuadas as caracterizações da microestrutura, composição química e propriedades mecânicas de uma haste da válvula parcializadora da Unidade 6 - UTLB - com 20.000 horas de operação. Isso forneceu informações que permitiram o estudo da viabilidade para a confecção das hastes no Brasil, bem como da possibilidade de emprego do processo de aspersão térmica como revestimento contra o desgaste em substituição a nitretação utilizada atualmente. Na revisão bibliográfica realizaram-se pesquisas e consultas sobre aspersão térmica e suas variáveis, tais como: equipamentos, materiais, análises dos revestimentos aspergidos e mecanismos de desgaste, bem como a definição de processos, parâmetros e tipos de revestimentos que atendessem as necessidades operacionais a que estão submetidas às hastes. Foi definido como processo de aspersão o HVOF utilizando-se o Cr2C3-NiCr como material de aspersão, este revestimento carbídico (carbeto de cromo em matriz níquel cromo) possui propriedades que possibilita o seu emprego em situações que necessitem resistência ao desgaste e resistência à corrosão a quente. Ainda foi avaliada a influência da temperatura sobre o revestimento aspergido por meio de ciclagem térmica nos corpos de prova. Os corpos de prova foram aspergidos na REVESTEEL Revestimentos Ltda. - Pinhais - PR e RIJEZA Metalurgia Ltda. - São Leopoldo - RS. Os revestimentos aspergidos foram avaliados por meio de exames metalográficos (micrografia), ensaios mecânicos (aderência e microdureza) e ensaio de desgaste (pino sobre disco). A qualidade das hastes fabricadas com equipamentos e materiais disponíveis no mercado nacional sustenta a proposta de considerar a alternativa da aspersão térmica técnica e economicamente viável e interessante

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:49:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325491.pdf: 3102466 bytes, checksum: 128e78d69c42c34c37baf29237a7b463 (MD5) Previous issue date: 2013 / As propriedades estéticas e mecânicas diferenciadas do porcelanato possibilitaram sua ascensão no mercado de revestimentos cerâmicos. Contudo, a sua principal etapa produtiva e responsável pelo ganho de brilho, o brunimento plano rotativo, se baseia em conhecimentos empíricos, culminando em um elevado custo de processo que representa até 40% do total gasto na produção. A necessidade de informações técnicas e científicas que possam ser úteis para aumento na eficiência do processo motivou a realização deste trabalho. Buscou-se então descrever os fenômenos presentes no brunimento plano-rotativo de porcelanatos. O processo industrial foi reproduzido em escala laboratorial através de um tribômetro capaz de simular integralmente a sua cinemática, sendo monitoradas as mudanças na rugosidade que levam ao aumento de brilho da superfície. Tal monitoramento avaliou além da rugosidade média Ra, parâmetros que descrevem de maneira mais eficiente as características das asperidades, como o coeficiente de assimetria Rsk e a curtose Rk da distribuição de alturas dos picos e vales. Os parâmetros Rsk e Rk, quando relacionados em um gráfico, geraram o espaço morfológico do processo, descrevendo a morfologia das asperidades e permitindo identificar o predomínio de vales em relação ao número de picos no perfil, além de indicar a existência de uma mudança no mecanismo de desgaste em abrasivos com granulometria a partir de 600mesh. Esta transição de mecanismo explica a maior influência da granulometria abrasiva nos valores de brilho e rugosidade com o uso de abrasivos entre 600 e 1500 mesh. Ainda nesta faixa de granulometria, os resultados obtidos foram correlacionados com o modelo matemático de Hutchings que descreve o ganho de brilho em função do tempo de brunimento, permitindo o cálculo do número de contatos entre abrasivos e porcelanato necessários para que se atinjam valores próximos à saturação do brilho (235 contatos para 600mesh até 650 contatos para 1500mesh). A partir destes dados foi proposta uma otimização do processo que resultou em brilho final muito próximo ao obtido em um processo prolongado que atinge a saturação do brilho (66,7G e 69,4G, respectivamente). Testes excluindo granulometrias da sequência de brunimento demonstraram que abrasivos mais finos tem maior influência no brilho final e, consequentemente, no surgimento dos defeitos chamados de ?sombras de polimento?. Dada à importância da transição de desgaste dúctil-frágil nas propriedades morfológicas da superfície, também foi realizado um mapeamento dos mecanismos de desgaste por meio de testes de riscamento. Este estudo revelou que a carga normal onde ocorre a transição se manteve constanteaté velocidades de 35mm/s, acima deste valor, pressões cada vez menores são suficientes para que haja nucleação e propagação de trincas causadoras de lascamentos.<br> / Abstract : Distinct aesthetic and mechanical properties of porcelain stoneware granted its rise in the ceramic tiles market. However, the main production step and responsible for gloss development, which is honing, accounts for up to 40% of total manufacturing cost. That fact, in addition to paucity of technical acknowledgement and scientific information, are the motivation of this work, which aims to expand knowledge in this field, regarding phenomena present in plan-rotating porcelain honing. The industrial process has been reproduced in laboratory scale using a tribometer able to simulate the fully kinematics used in industry. Changes in roughness that led to increased surface glossiness were tracked. This monitoring evaluated the average roughness Ra and parameters that efficiently characterize the asperities, such as skewness Rsk and kurtosis Rk from the distribution curve of peaks and valleys heights. Plotting Rsk versus Rk in a chart, the morphological space of the process is generated, describing the asperities morphology, what allowed identifying the predominance of valleys over peaks on the surface profile, as well as indicated a wear mechanism transition for abrasives sizes smaller than 600mesh. This mechanisms switch-over was the reason for the increasing influence of abrasive granulometry on glossiness and roughness value using abrasives between 600 and 1500 mesh. Yet in this range of particle size, the results were correlated with the Hutchings mathematical model that describes the brightness gain versus honing time. It enabled to calculate the number of contacts between abrasives and tile required to reach glossiness near its saturation (235 contacts for 600mesh to 650 contacts for 1500 mesh). From these data, it was proposed a process optimization that obtained glossiness quite close to the one achieved in a longstanding process for gloss saturation (66,7G and 69,4G, respectively). Tests have shown that the finer abrasives has a greater influence on the final glossiness and, hence, on the appearance of the so called ?polishing shadows? defect. Given the importance of the ductile-brittle wear transition on the surface morphology, it has been performed a mapping of wear mechanisms by means of scratching tests. This experiment revealed that normal load for wear mechanism transition remains constant for scratch speeds up to 35mm/s, for higher velocities, declining pressures are enough to promote nucleation and propagation of cracks that cause chipping.

Ingeniero Civil Mecánico / Es sabido que Chile es el primer productor de cobre en el mundo, ya sea en el formato de cátodos o concentrado. Los equipos usados en esta industria, tales como, palas retroexcavadoras, cargadores frontales y molinos de cono, están sometidos a un ambiente abrasivo que se traduce en desgaste (pérdida de material), lo que genera grandes costos para las empresas mineras. El presente trabajo está motivado en conocer la oferta de soluciones disponibles en Chile, para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, respondiendo algunas preguntas, tales como ¿Qué materiales se utilizan para recubrir? ¿Qué procesos se usan? Entendiendo la necesidad de proteger los equipos de minería del cobre contra el desgaste generado por los efectos de la abrasión. El objetivo de la memoria es realizar una evaluación de algunas soluciones tecnológicas en recubrimientos resistentes a la abrasión para aplicaciones de minería en Chile. El trabajo no pretende entregar una solución, sino que hacer una revisión de las tecnologías utilizadas actualmente en el país. En el mundo, los materiales más utilizados para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, son los recubrimientos de carburos de cromo (placas bimetálicas) y los carburos de tungsteno en base níquel. Este último tiene un mejor rendimiento, pero es casi tres veces más costoso que los carburos de cromo. La mayoría de los recubrimientos son aplicados por procesos de soldadura, tales como soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco de plasma transferido (PTAW, por sus siglas en inglés), entre otros métodos. La metodología de este trabajo de título se dividió en tres etapas. La primera consistió en el intercambio de información a través de una encuesta online con empresas relacionadas con la oferta de soluciones contra el desgaste. En la segunda etapa, se entrevistó en forma presencial a algunas empresas del rubro y se obtuvieron algunas muestras representativas de la oferta del mercado. En la tercera etapa, las muestras fueron analizadas a nivel de laboratorio (análisis de metalografía, dureza y resistencia al desgaste por abrasión). De las encuestas se puede determinar que, en Chile, los materiales preferidos para proteger contra el desgate por abrasión son los aceros austeníticos, fundiciones blancas y las placas bimetálicas. En cuanto a los procesos preferidos, se encuentra la soldadura por electrodo protegido (SMAW) y alambre tubular (FCAW). En las entrevistas, se indica que esta última tiene como ventaja su alta productividad y fácil manejo. Las empresas también indicaron que la decisión de utilizar un material para recubrir se basa en la experiencia del cliente. Del análisis en laboratorio, se observa que el material que presentó mejor comportamiento frente al ensayo de desgaste por abrasión ASTM G65 es la placa bimetálica.

Ingeniero Civil Mecánico / A lo largo de los años, se ha identificado que uno de los mecanismos de desgaste más común en la industria minera es el desgaste por abrasión, siendo evidente en los equipos como chancadores y bombas de pulpa mineral entre otros. Resulta entonces importante estudiar materiales que puedan ser aplicados en piezas de estos equipos con el objetivo de disminuir los costos asociados a su reparación o reemplazo, producidos por el desgaste masivo y efectos de corrosión. El propósito de esta investigación fue analizar el efecto del contenido de molibdeno y vanadio en la microestructura y resistencia al desgaste abrasivo de cinco fundiciones blancas de alto cromo Fe-23Cr-3C.Se utilizaron cinco placas fundidas fabricadas según la norma ASTM A532 Clase II tipo D, modificadas con 1% Mo, 1,5% Mo, 3% Mo, 3% Mo - 1% V, y 3% Mo - 2%V. Estas placas se cortaron por electroerosión para obtener las probetas necesarias para estudiar la metalografía, las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste de cada una de ellas. Los materiales se caracterizaron mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, ensayos de micro y macrodureza, ensayo de impacto Charpy y ensayos de desgaste según la norma G-65. El análisis metalográfico reveló que la microestructura de las aleaciones está compuesta de estructuras aciculares y carburos hexagonales del tipo M_7 C_3 comunes de esta clase de fundiciones. A través del análisis de difracción de rayos X se confirmó la presencia de carburos de cromo, molibdeno y vanadio del tipo M_7 C_3, y compuestos intermetálicos en una matriz autenítica-martensítica. Los análisis de microdureza Vickers mostraron valores entre 700 y 1000 〖Hv〗_0.2, mientras que en la escala Rockwell C dichos valores estuvieron en el rango 58 a 62. El ensayo de impacto Charpy entrego un promedio de 0,9 [J] para todas las fundiciones. Los ensayos de desgaste abrasivo reportaron tasas de desgaste en el rango de 7.2 8.6 [〖mm〗^3⁄km]. Se concluyó que el adicionamiento de Mo provoca una disminución en la fracción volumétrica de carburos y en el tamaño de estos. Esta disminución produce una disminución en la dureza lo que a su vez afecta en forma negativa la resistencia al desgaste abrasivo. Además se concluyó que el adicionamiento de V provoca un aumento de los carburos de menor tamaño sin afectar la fracción volumétrica total de estos. Este aumento produce una leve mejora de la dureza, lo cual determina un mejor desempeño frente al desgaste abrasivo. Finalmente se observó que la fundición con una adición de 3% de Mo y 1% de V presentó la menor tasa de desgaste (7.2 [〖mm〗^3⁄km]) producto de su microestructura compuesta de carburos pequeños (< 2500 〖μm〗^2) y su matriz martensítica. Por otra parte la fundición con una adición de 3% de Mo y 2% de V presentó la mayor tasa de desgaste (8.6 [〖mm〗^3⁄km]) producto de su mayor tamaño promedio de carburos (>10000 〖μm〗^2) y su matriz austenítica, lo que también explica su menor dureza (700 〖Hv〗_0.2) en comparación a las otras fundiciones blancas.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_4834_Karin.pdf: 3526250 bytes, checksum: 7403b87c19d517076b824a47fe3ea249 (MD5) Previous issue date: 2010-12-21 / Ferro Fundidos Brancos Alto Cromo são ligas geralmente utilizadas em aplicações que requerem excelente resistência à abrasão, como, por exemplo, nas industrias de processamento mineral. Sua excelente resistência ao desgaste abrasivo se dá devido, principalmente, a sua microestrutura decorrente da solidificação, constituída tipicamente de carbonatos duros, primários e/ou eutéticos, em matriz austeníticas ou um produto da transformação deste microconstituinte. O objetivo deste trabalho consiste em investigar a influência da microestrutura destas ligas quanto ao desgaste e ao atrito no deslizamento em alta temperatura. Neste estudo, quinze ligas experimentais de ferro fundido branco alto cromo, contendo composições distintas de cromo (variando de 16% a 32% em massa) e molibdênio (entre 0% e 9% em massa) e uma razão Cr/C igual a 10, são avaliadas. A microestrutura da matriz, bem como os carbonetos formados, dependem dos teores de Cr e Mo. Os experimentos são realizados em um tribômetro pino-disco à temperatura de 700 oC. A microestrutura da matriz, aliada à fração volumétrica das fases e ao tamanho dos carbonetos, exerce papel fundamental no comportamento do atrito. Os coeficientes de atrito obtidos são inferiores aos resultantes dos ensaios à temperatura ambiente. Da mesma forma, os desgastes medidos a 700 oC são menos significativos que os observados à temperatura ambiente. Palavras Ferro fundido branco alto cromo, atrito, desgaste por deslizamento, alta temperatura Nº de páginas 49

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343614.pdf: 7997559 bytes, checksum: b330f12007a7143b5fa503c8f99fcfd5 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os resultados satisfatórios do tratamento de transtornos da articulação do quadril por meio da artroplastia total têm permitido que seu uso seja estendido a pacientes mais jovens e ativos. Para o tipo de prótese total de quadril mais comumente utilizado (par metal-polietileno) o maior problema limitando o tempo de vida funcional do dispositivo é a soltura asséptica associada à osteólise resultante da reação do tecido biológico contra as partículas formadas pelo desgaste proveniente do contato entre o metal da cabeça femoral da prótese e o polietileno que reveste a fossa acetabular. A diminuição da geração de partículas de desgaste é um desafio do projeto mecânico e dos materiais que compõem o par tribológico. O presente trabalho visa aprofundar o entendimento do desgaste do par metal-polietileno através de ensaios experimentais em condições laboratoriais que simulam a marcha humana, também chamados ensaios tribológicos in vitro, e via simulações computacionais que associam medidas da solicitação mecânica do material com leis de perda de massa por desgaste. Neste sentido foi realizada a análise da morfologia superficial de próteses de cabeça femoral de aço inox e revestimento acetabular de polietileno de ultra alto peso molecular bem como a implementação de um modelo numérico para avaliação dos efeitos dos parâmetros geométricos sobre o desgaste das articulações artificiais. A avaliação experimental se deu em intervalos de 500 mil ciclos de marcha realizados em simulador de marcha humana em um total de 2 milhões de ciclos. Foram realizadas análises via microscopia ótica e via microscopia eletrônica por varredura. Os resultados apontam que as características superficiais dos pares são de fundamental importância para o comportamento das próteses com relação aos mecanismos de desgaste e os mecanismos de adesão, fadiga superficial e abrasão como mecanismos predominantes no processo. A avaliação numérica se deu com a realização de uma malha correspondente à real forma dos componentes acetabulares e com uma geometria adaptativa de acordo com o progresso do fenômeno de desgaste. Os resultados com informações sobre as características macro geométricas dos pares foram obtidos e pôde-se definir a relevância destes parâmetros para os ensaios realizados na presente pesquisa.<br> / Abstract : The satisfactory results obtained from the treatment of hip joint disorders by total arthroplasty have allowed its use to be extended to younger and active patients. For most commonly used hip prosthesis type (metal pair-polyethylene), aseptic loosening is the major problem limiting the life of the device. It is associated with the resulting osteolysis of the biological tissue reaction to particles formed by wear from contact between the metal femoral head prosthesis and polyethylene coated on the acetabular cavity. A challenge in the mechanical and materials design when making up the tribological pair is to decrease the generation of wear particles. This study aims to deepen the understanding of the pair metal-polyethylene wear through experimental tests in laboratory conditions simulating the human gait, also called tribological tests in vitro, and using computer simulations that combine mechanical stress measurements of material and wear laws. This work was performed in order to analyze the surface morphology of the femoral head prostheses stainless steel and ultra high molecular weight acetabular liner. A numerical model was also implemented to evaluate the effects of geometrical parameters on the artificial joints? wear. The experimental evaluation was performed on human gait simulator for a total of 2 million cycles, with intervals of 500 thousand cycles. Optical microscopy and electron microscopy by scanning were used for analyze the outcomes. The results showed that the surface characteristics of the pairs are of fundamental importance for the behavior of the prosthesis with respect to the wear mechanisms. The numerical evaluation was made using a mesh that corresponded to the actual shape of the acetabular component and an adaptive geometry, according to the progress of wear phenomenon. Results with information about the macro geometric characteristics of the pairs were obtained and it was possible to define the relevance of these parameters for the current work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T04:39:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194767.pdf: 1641740 bytes, checksum: d1182baa8fc4d677423d8f3075212661 (MD5)