Amostras de titânia foram sintetizadas por seis rotas diferentes: quatro pelo método sol-gel, utilizando condições e precursores distintos, por combustão de solução líquida e pelo método Pechini. Após tratamento térmico que variou de 100°C a 900°C, as amostras foram analisadas por difratometria de raios X, termogravimetria e pelo método BET de obtenção de áreas superficiais específicas. As amostras obtidas por sol-gel utilizando como precursores o isopropóxido de titânio (Pro) e o n-butóxido de titânio (But) geraram materiais de elevada área superficial, com alta fração molar de anatase e sem resíduos a 500°C. As amostras obtidas por sol-gel com excesso de íon peptizante (Nan) possuiam também altas áreas superficiais, além de estabilizarem a fase anatase a até 500°C, com resquícios de bruquita. As amostras obtidas por sol-gel utilizando um surfactante não iônico (Sur) demonstraram as maiores áreas superficiais, os menores tamanhos de cristais e estabilidade de anatase pura a 500°C. Esses materiais têm, pois, potencial para aplicação em fotocatálise, em células solares sensibilizadas por corantes e em células a combustível, entre outras. Os métodos da combustão (Com) e de Pechini (Pec) geraram produtos de baixa área superficial e com baixa ou com nenhuma fração de anatase. Porém, são métodos simples e eficientes de obtenção de titânia para aplicações que não necessitem da anatase como fase única. / Titania samples were prepared by six different routes, four of them by the sol-gel method using different precursors and reaction conditions, a solution combustion route and a Pechini method route. After thermal treatment ranging from 100 C to 900 C, the resulting materials were analyzed by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and surface area determination (BET method). The materials obtained by the sol-gel method using titanium isopropoxide (Pro) and titanium n-butoxide (But) as precursors yielded ceramics with high surface area, a high anatase molar fraction, without residues when heated at 500 C. Samples obtained by the sol-gel route using excess peptization agent (Nan) also showed high surface areas and yielded anatase with traces of brookite which was stable up to 500 C. Samples obtained using the sol-gel route with non-ionic surfactant (Sur) exhibit the highest surface area, smallest crystallite sizes and stable anatase with traces of brookite up to 500 C. These materials have, therefore, potential application in the areas of photocatalysis, dye- sensitized solar cells and fuel cells, among others. The combustion (Com) and Pechini (Pec) methods yielded materials with low surface area, with little or no presence of anatase. They are, however, simple and efficient methods for obtaining pure titania when the pure form of anatase is not a necessity.

Inquestionavelmente, inovações ocorridas nos últimos anos no preparo do canal radicular revolucionaram o tratamento endodôntico. Dentre elas, destaca-se o tratamento térmico recristalizador da liga de níquel-titânio na confecção de limas endodônticas, o qual aumentou de sobremaneira sua flexibilidade e as capacidades de flexibilidade, torção e resistência à fadiga cíclica flexural quando comparadas às limas de níquel-titânio convencionais fabricadas até então. O presente estudo teve como objetivo avaliar a resistência à fadiga cíclica flexural dos instrumentos de níquel-titânio tratados termicamente Reciproc Blue R25 (VDW) e WaveOne Gold Primary (Dentsply-Maillefer) em um dispositivo desenvolvido especificamente para realizar ensaios flexurais dinâmicos. As limas selecionadas possuíam conicidade 0,08 mm e 0,07 mm respectivamente, com diâmetros de ponta 0,25 mm e foram utilizadas no motor elétrico VDW Silver Reciproc (VDW) em movimento reciprocante específico de cada sistema. Os instrumentos foram divididos em 2 grupos de 15 limas e testados em canais de aço simulados com o ângulo de 60º e raio de curvatura de 5mm. O número de ciclos e o tempo em segundos até a ocorrência de fratura dos instrumentos foram registrados e estatisticamente avaliados. As limas Reciproc Blue R25 apresentaram desempenho significativamente melhor (P<0,05), por meio do maior número de ciclos e de tempo até a fratura quando comparadas com as limas WaveOne Gold. Assim, conclui-se que o sistema Reciproc Blue R25 foi mais seguro quanto à resistência à fadiga flexural no ensaio realizado quando comparado ao sistema WaveOne Gold Primary em movimento reciprocante. / Innovations that have occurred in recent years in the preparation of the root canal have revolutionized endodontic treatment. Among them, the heat treatment of the nickel-titanium alloy in the manufacture of endodontic files, which greatly increased the flexibility, torsional and flexural fatigue resistance capacities when compared to the conventional nickel-titanium files manufactured until then. The present study aimed to evaluate the resistance to flexural cyclic fatigue of thermally treated Reciproc Blue R25 (VDW) and WaveOne Gold Primary (Dentsply-Maillefer) instruments in a device specifically developed to perform dynamic flexural tests. The selected files had taper 0.08 mm and 0.07 mm respectively, with tip diameters of 0.25 mm and were used in the reciprocating movement of each system in the VDW Silver Reciproc (VDW) electric motor. The instruments were divided into 2 groups of 15 files and tested in simulated steel channels with angle of 60º and radius of curvature of 5mm. The number of cycles and the time in seconds until the occurrence of fracture of the instruments were recorded and statistically evaluated. The Reciproc Blue R25 files presented significantly better performance (p <0.05), by the higher number of cycles and time to fracture when compared to WaveOne Gold files. Thus, it was concluded that the Reciproc Blue R25 system was safer than the WaveOne Gold Primary reciprocating system in terms of resistence of flexural fatigue

Biomateriais para uso em implantes devem exibir propriedades como biocompatibilidade, biofuncionalidade e resistência à corrosão. O uso do titânio e suas ligas em aplicações biomédicas vem continuamente aumentando devido à sua maior taxa resistência-peso, superior biocompatibilidade e resistência à corrosão, boas propriedades mecânicas e baixo módulo de elasticidade quando comparado a outros materiais biomateriais metálicos como aço inox e ligas Co-Cr. Um importante aspecto para o sucesso de um implante é a utilização de materiais com módulo de elasticidade baixo, próximo ao do osso, pois estudos indicam que a transferência insuficiente de carga entre implante e osso pode resultar em reabsorção óssea e afrouxamento do implante, que é chamado efeito de blindagem de tensão (stress shielding effect). A liga ternária Ti13Nb13Zr apresenta em sua composição somente elementos considerados biocompatíveis, possui menor módulo de elasticidade que ligas Co-Cr, aço inox e Ti6Al4V, e superior resistência à corrosão. Neste trabalho foi estudado o efeito do teor de nióbio e zircônio nas propriedades mecânicas da liga ternária TiNbZr numa faixa de composições com quantidade de titânio constante em 74 %peso e teor de Nb e Zr variando entre 6 e 20 %peso, produzida por metalurgia do pó a partir de pós hidrogenados e método de mistura elementar, após diferentes condições de processamento e tratamentos térmicos. Os resultados de caracterização microestrutural obtidos por MEV e difração de raios X mostraram que o aumento do teor de Nb não produziu alterações significativas na fração volumétrica das fases e e, o aumento do teor de Zr proporcionou o aumento da fração de fase , favorecendo a formação da estrutura de Widmanstätten. O aumento dos teores de Nb e Zr produziram alterações nas microestruturas dos materiais que levaram ao aumento dos valores de módulo de elasticidade e dureza, e com aumento do teor de Zr houve aumento da susceptibilidade à corrosão. Nas condições de processamento utilizadas, a liga Ti13Nb13Zr apresentou as propriedades mecânicas e microestruturais mais indicadas para utilização como biomateriais. / Biomaterials for use in implants must be biocompatible, biofunctional and resistant to corrosion. Utilization of titanium and its alloys is continuously increasing due to their larger strength-weight ratio, superior biocompatibility e corrosion resistance, good mechanical properties and low elastic modulus when compared to other metallic biomaterials such as stainless steel and Co-Cr alloys. Using materials with low elastic modulus, close to bone values, is important to reduce stress shielding effect, which can cause implant loosening. Ti13Nb13Zr ternary alloy shows only elements considered biocompatible and has a lower elastic modulus than Co-Cr alloy, stainless steel and Ti6Al4V, and superior corrosion resistance. In this work TiNbZr alloy was prepared in different compositions, maintaining Ti content at 74%wt with Nb and Zr contents ranging amongst 6 and 20%wt, produced by powder metallurgy using different processing conditions and heat treatments. Characterization via SEM and X-Ray diffraction showed that the Nb increase didnt produce significant alterations on volume fraction of and phases in the material, and the increase in Zr content led to an increase in phase amounts and formation of Widmanstätten patterns. Nb and Zr content increasing produced microstructural modifications, leading to an increase in elastic modulus and hardness values, as well as corrosion susceptibility variations, where higher Zr contents leaded to a surface with less corrosion resistance. Amongst compositions and for the designed processing method, Ti13Nb13Zr presented the most indicated mechanical and microstructural properties for utilization as biomaterials.

INTRODUÇÃO: Superfícies de titânio modificadas por diferentes métodos foram estudadas com base nos parâmetros físicos e químicos de caracterização superficial e sua influência no comportamento de células pré-osteoblásticas (MC3T3) in vitro. MÉTODOS: Discos de titânio comercialmente puro grau II foram submetidos a três métodos de modificação de superfície (polimento, nitretados em plasma em configuração planar e gaiola catódica). As diferentes superfícies foram caracterizadas para observar o efeito do processamento na estrutura da camada superficial, na rugosidade e molhabilidade. Ensaios de adesão e proliferação celular usando linhagens de células pré-osteoblásticas MC3T3 foram realizados para avaliar o efeito das novas superfícies no comportamento celular in vitro. RESULTADOS: Os resultados demonstraram que a nitretação em plasma na configuração de gaiola catódica produz superfícies mais rugosas (p<0,02) e com menores ângulos de contato com a água. CONCLUSÕES: A adesão celular é maior nas superfícies mais rugosas do que nas superfícies polidas (p<0,05) e reagem de modo diferente a composição química do substrato e à topografia da superfície. / PURPOSE: The aim of this study was to evaluated the physico-chemical properties of different titanium surfaces modified by means of low temperature plasma nitridind on rat osteoblast cell adhesion and proliferation. METHODS: Pure Titanium discs grade II was submitted to three different surface preparations (polishing, glow discharge plasma nitriding in planar and cathodic cage configurations). Surface parameters as roughness, wettability and chemichal composition was determined to compare influency of gas mixture on the modified surface material properties. Cellular morphology was observed by scanning electron microscopy. To evaluate the effect of the surface on cellular response, osteoblast cells (MC3T3) adhesion and proliferation was quantified and data analised by Kruskal-Wallis and Friedman statistical tests. RESULTS: plasma nitriding discs shows rougher surfaces( p<0,02) in cathodic cage configuration and lower contact angle values. MC3T3 cells attached on rough surfaces produced by cathodic cage configuration was statistically significant p<0,05 compared to polished discs. CONCLUSIONS: Glow discharge plasma nitriding improve titanium surface roughness and wettability. MC3T3 cell adhesion behavior is related to substrate chemical composition and topography.

Titânio e suas ligas são materiais estruturais atrativos para várias aplicações em engenharia devido a alta resistência específica, boa resistência a corrosão e alto ponto de fusão. Em particular, o titânio grau 2 exerce um importante papel nas industrias automotivas e aeroespaciais. Entretanto, a afinidade com o oxigênio e a baixa resistência ao desgaste são fatores que limitam a aplicação destas ligas como materiais estruturais em altas temperaturas. Os tratamentos termoquímicos tem sido uma eficiente alternativa para melhorar as propriedades tribológicas e o comportamento mecânico desta classe de ligas. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da nitretação a gás na resistência a fluência do titânio grau 2. A nitretação foi realizada a 850ºC por um período de 9 h. As amostras foram caracterizadas por medidas de dureza e rugosidade, análises metalográficas e difração de raios X. Testes de curta duração foram realizados sob carga constante a 500ºC. A nitretação gerou uma camada com Ti2N and TiN, espessura de 4,5 ?m com dureza de 1125± 82,26 HV. A nitretação aumentou em 60% a rugosidade superficial. As propriedades em fluência foram significativamente melhoradas pela nitretação. Os testes mostraram que a nitretação reduziu a taxa de fluência estacionária e aumentou o tempo de vida. Com base nos valores do expoente de tensão, o mecanismo predominante foi controlado por escalagem de discordâncias. Após a nitretação do titânio, observou-se um amento do parâmetro de tolerância ao dano. As análises fractográficas revelaram que os mecanismos de fratura foram associados à nucleação e coalescimento de microcavidades. / Titanium and its alloys are attractive structural materials for various engineering applications due to its high specific resistance, good corrosion resistance and high melting point. In particular, titanium grade 2 plays an important role in the automotive and aerospace industries. However, the affinity of titanium for oxygen and low wear resistance are factors that limit the application of titanium alloys as structural materials at high temperatures. The thermochemical treatments has been an efficient alternative for improving the tribological conditions and the mechanical behavior of these alloys. In this context, the main objective of this study was to evaluate the effect of gas nitriding on the creep resistance of titanium grade 2. The gas nitriding was performed at 850ºC during 9h. The samples were characterized using hardness and roughness measurements, metallographic analysis and Xray diffraction. Short-term creep tests were performed under constant tensile load in air at 500ºC.The nitriding treatment produced a layer compound layer of Ti2N and TiN, thickness of 4,5 µm and hardness of 1125± 82,26 HV. There was a 60% increase in the average roughness after nitriding. The creep properties of nitrided specimens were significantly improved in comparison with those of unnitrided Ti.The tests showed that the nitriding reduced the steady-state creep and increased the creep life. Based on the values of stress exponent, it was estimated that the dominant creep mechanism was controlled by dislocation climb. There was an increase in the damage tolerance after nitriding of titanium. The failure analysis revealed that the fracture mechanisms were associated with the nucleation and coalescence of microvoids.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Materiais, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Mário Barbosa

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de doutoramento. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

Orientador: Wirley Gonçalves Assunção / Coorientador: Cristiane Duque / Banca: Leonardo Perez Faverani / Banca: Valetin Adelino Ricardo Barão / Resumo: O objetivo desse estudo foi avaliar, in vitro, a corrosão em diferentes superfícies de Titânio comercialmente puro-Grau 4 (Ticp-G4) em função do efeito de biofilme bacteriano de Enterococcus faecalis. 57 discos foram utilizados divididos aleatoriamente de acordo com a superfície (n=19): Grupo I superfície usinada (USI); Grupo II superfície texturizada por duplo ataque ácido (D.A.) e Grupo III superfície texturizada por duplo ataque ácido e jateamento por zircônia (D.A.Zir). Para análise microbiológica (n=9), os discos foram posicionados em placas de 24 poços contendo cultura de Enterococcus faecalis à 1.5 x 105 células/mL em meio BHI caldo e incubados por 168 horas (7 dias) a 37° C. Após este período os discos foram removidos e as bactérias aderidas em sua superfície foram avaliadas por meio de contagem de Unidades Formadora de Colônias/mL (UFC/mL). Para análise corrosiva (n=5), novos espécimes foram inoculados da mesma forma em cultura de E. faecalis e após 7 dias, estes foram destinados ao ensaio eletroquímico por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), utilizando como eletrólitos BHI e biofilme e BHI caldo estéril. Os resultados foram submetidos à análise estatística: microbiológico (ANOVA com pós teste Tukey; 5%) e ensaio eletroquímico (ANOVA 2 Fatores e pós teste Tukey 5%). Na avaliação da contagem celular bacteriana, somente D.A.Zir (média 34 UFC/ml) diferiu de USI (média 16 UFC/ml) (p = 0,034), mas não de D.A. (24 UFC/ml). Na espectroscopia de impedân... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this study was to evaluate, in vitro, the corrosion in different surfaces of Titanium commercially pure-Grade 4 (Ticp-G4) as a function of the bacterial biofilm effect of Enterococcus faecalis. 57 disks were randomly divided according to the surface (n = 19): Group I machined surface (USI); Group IIsurface textured by double acid attack (D.A.) and Group III surface textured by double acid etching and zirconia (D.A.Zir). For microbiological analysis (n = 9), the discs were positioned in 24-well plates containing Enterococcus faecalis culture at 1.5 x 10 5 cells / ml in broth BHI medium and incubated for 168 hours (7 days) at 37 ° C. period the discs were removed and the bacteria adhered on its surface were evaluated by means of Colony Forming Units / mL (CFU / mL) counts. For corrosive analysis (n = 5), new specimens were inoculated in the same way in E. faecalis culture and after 7 days, they were destined to the electrochemical test by means of electrochemical impedance spectroscopy (IEE) using BHI and biofilm electrolytes and BHI sterile broth. The results were submitted to statistical analysis: microbiological (ANOVA with Tukey post test, 5%) and electrochemical test (ANOVA 2 Factors and post test Tukey 5%). In the evaluation of bacterialcell count, only D.A.Zir (mean 34 CFU / ml) differed from USI (mean 16 CFU / ml) (p = 0.034), but not D.A. (24 CFU / ml). In electrochemical impedance spectroscopy, for Nyquist and BODE, the D.A.Zir (Biofilm) group showed ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A liga Ti-6Al-4V apresenta excelentes propriedades mecânicas, baixa densidade, alta dureza e resistência à corrosão. Entretanto, tratamentos superficiais como a nitretação por plasma são amplamente utilizadas para melhorar a resistência a fadiga desta liga. O objetivo deste trabalho foi tratar termoquimicamente a liga Ti-6Al-4V por meio da nitretação por plasma a fim de verificar a sua influência nas propriedades de fadiga e comparar os resultados obtidos com as não nitretadas. Este tratamento superficial foi realizado com o objetivo de retardar a etapa de nucleação da trinca. A nitretação por plasma foi realizada em temperaturas em torno de 720°C por 4 horas, numa atmosfera de N2, Ar e H2 (5:5:1). Foi realizado um tratamento térmico nas amostras para se obter a microestrutura de Widmanstätten. A temperatura usada foi de 1050°C por 30 minutos. A caracterização microestrutural das amostras nitretadas e não nitretadas foi realizada usando difração de raios X (DRX), microscopia óptica (MO), e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados da difração de raios X das amostras nitretadas mostram a presença de fases: &alpha;, &beta;, &epsilon;-Ti2N, e &delta;-TiN e nas amostras não nitretadas as fases &alpha; e &beta;. Essas análises revelaram a presença de uma superfície rica em nitretos seguida de uma zona de difusão com nitrogênio na matriz. A rugosidade superficial foi estudada, e foi observada um aumento na rugosidade de 61% após a nitretação. Os testes de fadiga foram realizados em uma máquina de ensaios flexo rotativa, com uma razão de carregamento R=-1 . Os resultados obtidos mostraram que as propriedades de fadiga foram melhoradas após a nitretação por plasma, retardando a etapa de nucleação de trinca. / The Ti-6Al-4V alloy presents excellent mechanical properties, low density, high toughness and corrosion resistance. However, surface treatments like plasma nitriding are widely used to improve the fatigue resistance of this alloy. Therefore, the aim of this work was to treat thermochemically Ti-6Al-4V alloy by means of plasma nitriding to verify its influence in fatigue properties and compare the results with the untreated ones. This surface treatment was performed with the purpose of retards the crack initiation. The plasma nitriding was performed in temperatures around 720°C for 4 hours, with a gas atmosphere N2, Ar and H2 (5:5:1). A heat treatment was made in the samples to obtain a Widmanstätten microstructure. The temperature used was 1050°C for 30 minutes. Microstructural characterizations of nitrided and non-nitrided samples were carried out using X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results of the nitrided sample showed the presence of the &alpha;, &beta;, &epsilon;-Ti2N, and &delta;-TiN phases. These analyses revealed a surface layer rich in nitrides on the surface, followed by a diffusion layer of nitrogen in the matrix. The surface roughness was compared between the nitrided and non-nitrided layer, and it was observed that the roughness increased 61% after the plasma nitriding. Fatigue tests were performed in a rotating bending testing machine with a stress ratio (R=-1). The results obtained in fatigue tests showed that the fatigue properties were improved after plasma nitriding, retarding the crack initiation.