Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Carlos Alberto Soufen / Banca: Sandra Giacomin Schneider / Banca: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Banca: Tomaz Toshimi Ishikawa / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Desde a antiguidade o homem busca materiais que possam substituir parcial ou totalmente tecidos do corpo humano. Os materiais metálicos mais utilizados com essa finalidade se enquadram em três grupos: os aços inoxidáveis, as ligas a base de cobalto e as ligas a base de titânio, esta última com destaque em relação às outras duas. As ligas de titânio são classificadas de acordo com a fase estável à temperatura ambiente, podendo ser α, α + β e β. A liga comercialmente mais utilizada em implantes é a Ti-6A1-4V, uma liga tipo α + β, porém estudos mostraram que os elementos A1 e V apresentam alguns efeitos tóxicos. Visando contornar esse problema, tem sido desenvolvidas ligas sem a presença destes elementos e que apresentem propriedades adequadas para a sua utilização como biomaterial. Dentre os diferentes tipos de ligas de titânio, as ligas do tipo β têm um futuro promissor, pois são as ligas que apresentam menores valores de módulo de alasticidade. A liga Ti-35Nb-7Zr5Ta se destaca, pois tem o menor módulo de elasticidade dentre elas, 55 GPa. As propriedades mecânicas destes materiais são fortemente relacionadas com o seu processamento térmico e mecânico, bem como a presença de elementos intersticiais como H, O, N e C. Este trabalho teve como objetivo estudar a influência de elementos intersticiais em solução sólida nas propriedades físicas, mecânicas e biocompatibilidade da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta. Para isso foram realizadas medidas de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises químicas, objetivando a caracterização das amostras. Foram realizados ensaios de citotoxicidade direta e indireta, espectroscopia mecânica e tratamentos térmicos, além de dopagem com oxigênio nas amostras, para verificar que influência os elementos intersticiais acarretariam nas propriedades físicas e biocompatibilidade desta liga... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Since the antiquity the man searches for materials that can substitute partially or totally tissues of the human body. The metallic materials more used with that purpose are in three groups: the stainless steels, the cobalt based alloys and the titanium based alloys, this last one with prominence in relation to the other ones two. The titanium alloys are classified in agreement with the stable phase to the room temperature, could be, α, α + β e β. The commercially more used alloy in implants it is Ti-6A1-4V, a α + β type alloy, even so studies showed that the elements A1 and V present some toxicant effects. Seeking to solve that problem, it has been development alloys without the presence of these elements and that present properties adapted for its use as biomaterial. Among the different types of titanium alloys, the β type have a promising future, because they are the alloys that present smaller values of elasticity modulus. The Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloys stands out, therefore it has the smallest elasticity modulus among them 55 GPa. The mechanical properties of these materials are strongly related with its thermal and mechanical processing, as well as the presence of interstitial elements as H. O. N and C. This work had as objective to study the influence of interstitial elements (in solid solution) in the physical and mechanical properties, and biocompatibility of the Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloy. For that, measures of X-ray diffaction X, scanning electron microscopy and chemical analyses were performed, objectifying the characterization of the samples. Tests of direct and indirect cytotoxicity, mechanical spectroscopy and heat treatments were made, besides of doping the samples with oxygen, to verify that influence the interstitial elements have in the physical properties and biocompatibility of this alloy. In the cytotoxicity tests the samples not presented toxic effect... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Neide Kazue Kuromoto / Banca: Aron José Pazin de Andrade / Banca: Ana Flávia Sanches Borges / Banca: Luís Geraldo Vaz / Resumo: Os recentes avanços científicos resultaram em melhor qualidade de vida e consequente aumento da longevidade. Por conta disso, a população de idosos aumentou e doenças relacionadas à idade como osteoporose levam o governo a ter que gastar consideráveis quantias em próteses ortopédicas. Há também uma grande demanda devido aos acidentes de transito. A liga de Ti mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V, porém alguns estudos associam efeitos citotolóxicos e reações adversas em tecidos e desordens neurológicas à presença de Al e V. Para sanar este problema, novas ligas de Ti que apresentam em sua composição elementos como Nb, Ta, Zr, Fe e Mo estão sendo pesquisadas e o desenvolvimento de novas ligas de Ti contendo Nb para aplicação ortopédica é um tema de grande importância social e tecnológica, pois o Nb é um elemento não tóxico e não alergênico, possui elevada biocompatibilidade e tem o Brasil como seu maior produtor, daí a importância de desenvolvimento de ciência e tecnologia utilizando tal maneira. As etapas de processamento, a concentração de soluto substancial e a presença de elementos interticiais (O, C, N e H) alteram significativamente as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga. Este trabalho apresenta os efeitos das etapas de processamento, da concentração de nióbio e de oxigênio intersticial em solução sólida na dureza, módulo de elasticidade e microestrutura de ligas do sistema Ti-Nb, preparadas por fusão a arco e caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microdureza Vickers, análise química quantitativa, análise do teor de oxigênio e módulo de elasticidade. Observa-se tendência de aumento da dureza e do módulo de elasticidade com o aumento do teor de oxigênio, enquanto o aumento do teor de nióbio tende a diminuir... / Abstract: Recent scientific advances have led to a significant increase in life's quality and consequantly, longevity. As a result, the elderly population has increased considerably and thus age-related diseases such as osteoporosis lead the government to spend considerable sums of money with orthopedic prostheses. There is also a great demand for orthopedic prostheses due to accidents. The most used Ti-based alloy for biological applications is the Ti-6Al-4V alloy, but some studies associate the V to cytotoxic effects and adverse reactions in tissues , while Al has been associated with neurological disorders. To solve this problem, new Ti-based alloys that have in their composition elements such as Nb, Ta, Zr, Fe and Mo are being researched. The development of new Ti-based alloys containing Nb for orthopedic application is a topic of great social and technological relevance, as this element is a non-toxic, non-allergenic, has high biocompatibility and has Brazil as its biggest producer, hence the importance of development of science and technology using this material. The processing steps, the concentration of substitutional solute and the presence of interstitial elements (O, C, N and H) changes signficantly the mechanical properties of the alloy, particularly its elastic properties, causing hardening or softening of the alloy. This work presents the effects of processing steps, the concentration of interstitial oxygen and niobium in solid solution in some mechanical properties of alloys of Ti-NB system, prepared by arc melting and characterized by density measurements, X-ray diffraction, optical microscopy, Scanning Electron Microscopes, microhardness, quantitative chemical analysis, analysis of the oxygen content and modulus of elasticity. Observed trend of increasing oxygen content, while increasing in the niobium content tends to stabilize the B phase, which presents values lower of elasticity modulus than the presented by the a phase / Doutor

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Conrado Ramos Moreira Afonso / Banca: Peterson Luiz Ferrandini / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Com o envelhecimentoda população, os problemas de saúde relacionados à idade aumentam, como osteoartrite e a osteoporose, doenças que afetam articulações e ossos, e muitas vezes exigem cirurgia para aliviar a dor e aumentar a mobilidade, requerendo o uso de biomateriais. Além disso, há também uma busca por próteses ortopédicas devido a acidentes no trânsito e una prática de esportes. O titânio e suas ligas têm se destacado entre os biomateriais metálicos por possuir propriedades adequadas para tal fim. Para este trabalho, foram preparadas ligas de titânio com 19 e 23% em peso de tântalo, utilizando um forno a arco voltaico, e posteriormente as amostras passaram por tratamento térmico de homogeneização, laminação, tratamento térmico de alívio de tensões e tratamentos térmicos em atmosfera de oxigênio com o objetivo de que as amostras fossem dopadas, uma vez que a introdução deste elemento pode melhorar diversas propriedades do titânio. Para caracterizar as amostras, foram efetuadas análises da composição química e de gases, medidas de densidade, difração de raios X (DRX), com análise pelo método de Rietveld, microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), com microanálises via Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Também foram efetuadas medidas de microdureza e módulo de elasticidade, com a finalidade de estudar o efeito de oxigênio em algumas propriedades mecânicas das ligas. Os resultados de composição química e EDS mostram que as ligas possuem boa qualidade. Os difratogramas de Raios X apresentaram estrutura hexagonal compacta para todas as amostras estudadas, corroborando com as micrografias, onde foi possível observar a formação de agulhas, características da fase а' (matensítica). A liga com 23% em peso de Tântalo apresenta uma dureza maior do que a liga com 19% em peso de tântalo. As variações nos valores da dureza das ligas foram atribuídas ao processamento... / Abstract: With the population aging, health related to increasing age, such as osteoarthritis and osteoporosis, diseases that affect the joints and bones, and often require surgery to relieve pain and increase mobility, requiring the use of biomaterials. In addition, there is also a search for orthopedic prostheses due to traffic accidents and sports. Titanium and its alloys have been highlighted among metallic biomaterials because have suitable properties for the purpose. For this study, were prepared titanium alloys with 19 and 23% in weight of tantalum, using an arc-furnace, and after the samples have undergone by homogenization heat treatment, cold rolling, solubilization heat treatment, and heat in oxygen atmosphere in order to doping the samples, since the introduction of this element can improve various properties of titanium. To chacarcterize the samples, were performed analysis of chemical and gas composition, density, X-ray diffraction (XRD) with Rietveld analysis, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM), with microanalysis by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) measurements. Microhardness and elastic modulus measurements were also made, in order to study the effect of oxygem on some mechanical properties of the alloys. The results of the chemical composition and EDS showed that the alloys have good quality. The X-ray diffraction showed hexagonal compact structure for all samples, where could be observed the formation of needles, characteristics of phase а' (martensite). The alloy with 23 wt% of tantalum has higher hardness than the alloy with 19 wt% of tantalum. The variations in hardness values of the alloys were atributed to processing; it is not possible to observe variations in the values due to the addition of oxygen. The values of elastic modulus did not change due to the increase in the concentration of tantalum, oxygen addition and processing, remaining constant / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Cláudia Eliana Bruno Marino Zarbin / Banca: Maria Cristina R Alves Rezende / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Titânio e suas ligas, atualmente, são utilizados como implantes por possuir excelente resistência à corrosão e propriedades mecânicas mais adequadas que os implantes de aço inoxidável e de Co-Cr. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biomédicas é a liga Ti-6Al-4V, porem estudos mostraram que o vanádio causa reações alérgicas nos tecidos humanos e o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. Assim, para contornar este problema, novas ligas de titânio sem a presença desses elementos estão sendo estudada. O objetivo desse trabalho é analisar a influência do soluto substitucional molibdênio na estrutura cristalina, microestrutura, microdureza e módulo de elasticidade de ligas ternárias do sistema Ti-20Zr-Mo, onde o teor de molibdênio foi variado de 0,2,5,5,7,5 e 10% em peso. A caracterização química dos materiais foi realizada pela técnica de espectroscopia por EDS, FRX, mapeamento químico e medidas de densidade. A análise estrutural foi efetuada por difração de raios X, com posterior refinamento do difratograma com o método de Rietveld, analisando a variação dos parâmetros de rede e quantidade de fases. A análise microestrutural foi realizada pela da técnica de microscopia ótica e eletrônica de varredura. Uma análise das propriedades mecânicas da liga é obtida por intermédio de medidas de microdureza Vickers e módulo de elasticidade dinâmico. Os resultados de composição química mostraram que as amostras produzidas são de ótima qualidade. Os resultados estruturais e microestruturais indicam que a liga Ti-20Zr possui apenas a fase... / Abstract: Titanium and alloys currently are used as implants possessing excellent corrosion resistance and mechanical properties more suited to stainless steel implants and Co-Cr. The titanium alloy used for most biomedical applications is Ti-6Al-4V, however studies showed that vanadium cause allergic reactions in human tissues and alluminum has been associated with neurological disorders. So to overcome this problem, new titanium alloys without the presence of these elements are being studied. The objective of this study is to anlyze the influence of molybdenum substitutional solute in the structure, microstructure, hardness and elastic modulus of ternary alloy Ti-20Zr-Mo system, where the molybdenum content was varied from 0,2,5,5,7,5 to 10% by weight. The chemical characterization of materials was performed by spectroscopy EDS, XRF, chemical mapping and density measurements... / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Rodrigo José Contieri / Banca: Piter Gargarella / Banca: Aroldo Geraldo Magdalena / Banca: Marcelo Falcão de Oliveira / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Ligas de titânio apresentam grande potencial para uso como biomateriais devido à boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas. A adição do níquel ao titânio melhora a resistência ao desgaste, à corrosão e propriedades mecânicas deste elemento. O objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos da dopagem de oxigênio na estrutura, microestrutura e em algumas propriedades mecânicas selecionadas de ligas do sistema Ti-xNi%p, x= 10, 15 e 20. Neste trabalho as ligas foram preparadas pela fusão dos metais comercialmente puros em forno a arco voltaico. Para comprovar a composição das ligas obtidas foram feitas análises químicas por emissão óptica por plasma induzido e EDS, que forneceu também o mapeamento dos elementos titânio e níquel para verificar a homogeneidade das ligas. Tratamentos térmicos de homogeneização foram realizados como preparação para a conformação mecânica, no caso a laminação a quente, e após para obter uma microestrutura mais estável, livre de tensões. A seguir foram realizadas dopagens com oxigênio, variando a pressão deste gás e a temperatura, originando amostras com quantidades diferentes de oxigênio. A estrutura foi analisada por difração de raios-X e a microestrutura por microscopia óptica, eletrônica de varredura e EDS para analisar a distribuição dos elementos titânio e níquel nas fases. A quantificação de oxigênio e nitrogênio foi feita por fusão sob gás inerte. As propriedades mecânicas mensuradas foram dureza e módulo elástico dinâmico. Os resultad... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Titanium alloys have great potential for use as biomaterials due to the good biocompatibility and mechanical properties. The nickel addition to titanium improves the wear, corrosion and mechanical resistance of this element. The objective of this work was to investigate the effects of oxygen doping on structure, microstructure and on some selected mechanical properties of Ti-xNi wt% (x = 10, 15 and 20) alloys system. In this work, the alloys were prepared by melting of commercially pure metals in arc furnace. To establish the composition of the obtained alloys chemical analyses were made by induced plasma optical emission and EDS, which also provided the titanium and nickel elements mapping to check the homogeneity of alloys. Homogenization heat treatment was performed in preparation for conformation, in the case hot-rolling, and after, to get a more stable microstructure, free of stress. Oxygen doping were made, by varying the pressure of this gas and temperature, resulting in samples with different quantity of oxygen. The structure was analyzed by x-ray diffraction and the microstructure by optical and scanning electron microscopy, and EDS, to analyze the distribution of the elements titanium and nickel in phases. Quantification of oxygen and nitrogen was made by melting under inert gas. The mechanical properties measured were hardness and elastic modulus. The results showed that the samples have the proper concentration of nickel and titanium, and good homogeneity of the e... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Title: Microstructure and mechanical properties of ultra-fine grained titanium alloys Author: Bc. Kristína Václavová Department / Institute: Department of Physics of Materials Supervisor of the master thesis: PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D. Abstract: Metastable β-Ti alloys Ti-15Mo and Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al (TIMETAL LCB) were subjected to severe plastic deformation by high pressure torsion. Microhardness of Ti-15Mo and TIMETAL LCB alloys increases with increasing inserted deformation, i.e. with increasing number of HPT rotations and also with increasing distance from the centre of the sample. The highest microhardness after HPT exceeds significantly the microhardness of two- phase α + β heat-treated material. Increasingly deformed microstructure was also demonstrated by scanning electron microscopy and by electron back-scatter diffraction. Significant twinning was observed in both studied alloys. Mechanism of multiple twinning contributes notably to the fragmentation of grains and thus to the refinement of the microstructure. Defect structure in Ti-15Mo alloy was studied by positron annihilation spectroscopy. It was proved that dislocations are the only detectable defects in the material by positron annihilation spectroscopy and that dislocation density increases with the number of HPT revolution and with...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-17Bitstream added on 2014-06-13T19:22:31Z : No. of bitstreams: 1 costa_myp_dr_guara.pdf: 6972028 bytes, checksum: 99390a220ba003846f11527479388013 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Na indústria aeronáutica, propriedades como elevada razão resistência mecânica/peso e resistência à corrosão são as razões principais para o uso das ligas de titânio em componentes estruturais, substituindo ligas de alumínio e de aço. Contudo, em componentes mecânicos submetidos ao desgaste, a estrutura hexagonal compacta do titânio somada ao baixo limite de resistência ao cisalhamento requer o uso do material base com um tratamento superficial específico. Os componentes de trem-de-pouso, geralmente submetidos a um ambiente corrosivo sob carregamentos cíclicos, exigem caracterização quanto a resistência à fadiga. Nesta pesquisa é realizado o estudo do comportamento em fadiga da liga Ti-6Al-4V tratada superficialmente em 3 condições: Anodizada, revestida por HVOF com carbeto de tungstênio; e revestida com TiN, CrN e WC por PVD. Os ensaios pino-disco proporcionam uma análise comparativa da resistência ao desgaste dos revestimentos estudados. O principal objetivo deste estudo é avaliar o comportamento em fadiga e ao desgaste da liga Ti-6Al-4V sob diferentes tratamentos superficiais de tal forma que esse material possa substituir as ligas de aço atualmente utilizadas em componentes aeronáuticos. Os resultados mostram que a liga Ti-6Al-4V revestida com WC:H (DLC) por PVD é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência a fadiga e ao desgaste. / In the aeronautical industry, properties as high strength/weight ratio and effective corrosion resistance are primary reasons for the use of titanium alloys in structural components, in the replacement of steel or aluminum alloys. In mechanical components subjected to friction, the titanium hexagonal close packed crystalline structure in addition to the low shear resistance limit the use of the base material as received, then a specific surface treatment is required. Fatigue strength is an important property for components under cyclical loading and corrosive environment as landing gears. This research presented an evaluation of fatigue strength of Ti-6al-4V alloy in three main conditions: anodized, coated by HVOF with WC-10%Co-4% Cr and coated by PVD with TiN, CrN e WC. The pin-disc tests were carried out to obtain a comparative analysis among coatings wear resistance. The main propose of this research is replace the AISI 4340 alloy by Ti-6Al-4V, reducing the aeronautic component weight. Ti-6Al-4V DLC coated by PVD process is the chosen coating system alternative considering fatigue and wear resistance.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-14Bitstream added on 2014-11-10T11:57:36Z : No. of bitstreams: 1 000696703_20151015.pdf: 717026 bytes, checksum: 5355948c5df8f33b19259671ebbacaef (MD5) Bitstreams deleted on 2015-10-16T13:54:04Z: 000696703_20151015.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2015-10-16T13:54:47Z : No. of bitstreams: 1 000696703.pdf: 3192154 bytes, checksum: 9e16a047b017d630b9cc1b50dfe0ff4e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O sucesso dos implantes dentários em longo período depende da interação do biomaterial com o ambiente bucal, a qual envolve reações eletroquímicas, resistência mecânica e desgaste mecânico. Com o intuito de melhorar a resistência mecânica e à corrosão do titânio (Ti), elementos de liga são adicionados, sendo a liga Ti6Al4V a mais comum. Porém, o vanádio e o alumínio são considerados potencialmente tóxicos. Portanto, nos últimos anos, esforços vêm sendo feitos para o desenvolvimento de novas ligas de Ti ultra resistentes e biocompatíveis, a partir do sistema TiNbZr. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a corrosão e tribocorrosão das novas ligas Ti35Nb5Zr e Ti35Nb10Zr em saliva artificial a 37°C comparadas à liga comercial Ti6Al4V. Testes de potencial de circuito aberto com o tempo (Ecorr) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram realizados em função do tempo (0-216h). Testes de tribocorrosão em função de cargas aplicadas (50mN-1N) foram realizados tanto em Ecorr como em potencial anódico aplicado. Como resultados, todas as ligas exibiram aumento de Ecorr com o tempo, indicando crescimento e estabilização do filme passivo. Os experimentos de EIS indicaram que a liga Ti35Nb10Zr possui resistência à corrosão ligeiramente maior que a liga Ti6Al4V, assim como melhor comportamento tribocorrosivo quando realizado com baixa carga. Portanto, o filme passivo formado na liga Ti35Nb10Zr possui melhor resistência à corrosão e ao desgaste devido à presença de Nb2O5 e ZrO2. Porém, o metal base da liga Ti6Al4V apresentou menor desgaste mecânico. Concluindo, a liga de Ti35Nb10Zr é candidata promissora a ser utilizada na fabricação de conjuntos implantes-componentes protéticos. / The long-life success of dental implants relies on the interaction between the biomaterial and oral environment, always involving electrochemical reactions, mechanical stresses and mechanical wear. In order to improve the mechanical strength and corrosion resistance of titanium (Ti), alloying elements are added to it, the most common alloy being Ti6Al4V. However, vanadium and aluminum are known to be toxic. Therefore, in last years, efforts are being made towards the development of new high resistant and biocompatible titanium alloys, namely from the TiNbZr system. Therefore, the aim of this work was to assess the corrosion and tribocorrosion behavior of new Ti35Nb5Zr and Ti35Nb10Zr in artificial saliva at 37°C, in comparison with the commercial Ti6Al4V alloy. Open circuit potential (Ecorr) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) experiments were carried in function of time (0-216h). Tribocorrosion tests were performed at different applied loads (50mN to 1N) both at Ecorr and anodic applied potential. In general, all alloys exhibited an increase of Ecorr with the immersion time, indicating the growth and stabilization of the passive film. The EIS results indicated that Ti35Nb10Zr alloy exhibited slightly better corrosion resistance than Ti6Al4V. Just as better tribocorrosion behavior at low applied loads. Therefore, the passive film formed on Ti35Nb10Zr alloy had better mechanical strength and corrosion resistance due to Nb2O5 e ZrO2. However, the bulk metal of Ti6Al4V suffered less mechanical wear. Concluding, Ti35Nb10Zr alloy appear as promising candidate for dental implant-abutment sets manufacturing.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-04-14Bitstream added on 2014-12-02T11:20:59Z : No. of bitstreams: 1 000799348.pdf: 6754619 bytes, checksum: e644afc59cd5041af19277598bbc1e58 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os recentes avanços científicos resultaram em melhor qualidade de vida e consequente aumento da longevidade. Por conta disso, a população de idosos aumentou e doenças relacionadas à idade como osteoporose levam o governo a ter que gastar consideráveis quantias em próteses ortopédicas. Há também uma grande demanda devido aos acidentes de transito. A liga de Ti mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V, porém alguns estudos associam efeitos citotolóxicos e reações adversas em tecidos e desordens neurológicas à presença de Al e V. Para sanar este problema, novas ligas de Ti que apresentam em sua composição elementos como Nb, Ta, Zr, Fe e Mo estão sendo pesquisadas e o desenvolvimento de novas ligas de Ti contendo Nb para aplicação ortopédica é um tema de grande importância social e tecnológica, pois o Nb é um elemento não tóxico e não alergênico, possui elevada biocompatibilidade e tem o Brasil como seu maior produtor, daí a importância de desenvolvimento de ciência e tecnologia utilizando tal maneira. As etapas de processamento, a concentração de soluto substancial e a presença de elementos interticiais (O, C, N e H) alteram significativamente as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga. Este trabalho apresenta os efeitos das etapas de processamento, da concentração de nióbio e de oxigênio intersticial em solução sólida na dureza, módulo de elasticidade e microestrutura de ligas do sistema Ti-Nb, preparadas por fusão a arco e caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microdureza Vickers, análise química quantitativa, análise do teor de oxigênio e módulo de elasticidade. Observa-se tendência de aumento da dureza e do módulo de elasticidade com o aumento do teor de oxigênio, enquanto o aumento do teor de nióbio tende a diminuir... / Recent scientific advances have led to a significant increase in life's quality and consequantly, longevity. As a result, the elderly population has increased considerably and thus age-related diseases such as osteoporosis lead the government to spend considerable sums of money with orthopedic prostheses. There is also a great demand for orthopedic prostheses due to accidents. The most used Ti-based alloy for biological applications is the Ti-6Al-4V alloy, but some studies associate the V to cytotoxic effects and adverse reactions in tissues , while Al has been associated with neurological disorders. To solve this problem, new Ti-based alloys that have in their composition elements such as Nb, Ta, Zr, Fe and Mo are being researched. The development of new Ti-based alloys containing Nb for orthopedic application is a topic of great social and technological relevance, as this element is a non-toxic, non-allergenic, has high biocompatibility and has Brazil as its biggest producer, hence the importance of development of science and technology using this material. The processing steps, the concentration of substitutional solute and the presence of interstitial elements (O, C, N and H) changes signficantly the mechanical properties of the alloy, particularly its elastic properties, causing hardening or softening of the alloy. This work presents the effects of processing steps, the concentration of interstitial oxygen and niobium in solid solution in some mechanical properties of alloys of Ti-NB system, prepared by arc melting and characterized by density measurements, X-ray diffraction, optical microscopy, Scanning Electron Microscopes, microhardness, quantitative chemical analysis, analysis of the oxygen content and modulus of elasticity. Observed trend of increasing oxygen content, while increasing in the niobium content tends to stabilize the B phase, which presents values lower of elasticity modulus than the presented by the a phase / FAPESP: 09/16731-9

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-29Bitstream added on 2015-03-03T12:06:34Z : No. of bitstreams: 1 000808041.pdf: 4965995 bytes, checksum: 534f9b7121d448c841399ac74fdcb48d (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação para o Desenvolvimento da UNESP (FUNDUNESP) / O desenvolvimento biomateriais metálicos para uso ortopédico depende muito da região corpórea pretendida. Para próteses ortopédicas, espera-se que um biomaterial seja biocompatível, não-cancerígeno, resistente à corrosão e possua baixo desgaste. Estas propriedades são todas dependentes da superfície do material. Além destas propriedades espera-se que a prótese tenha baixo módulo de elasticidade, que é uma propriedade do bulk, do material. Neste trabalho, ligs do sistema temário Ti-15Mo-xZr(x=5,10,e15%p) foram estudadas em função da concentração do elemento substitucional e em função do oxigênio intersticial, para a compreensão dos mecanismos metalúrgicos e subsequente redução do módulo elástico, relacionando a resposta mecânica das ligs com suas microestruturas. Para fundamentar a discussão, a qualidade das amostras foi verificada por análise química quantitativa, análise de gases e EDS. Estas análises iniciais comprovaram que a estequiometria das amostras está satisfatória e o processo de fusão produziu ligas homogênicas. Para o relacionamento entre propriedades mecânicas e microestrutura foram realizadas medidas de difração de raios X, análise pelo método de Rietveld, microscopia óptica e eletrônica de varredura, microdureza, módulo estático e atrito interno. As ligas possuem predominantemente fase B (com estrutura cúbica de corpo centrado), com pequenas concentrações da fase martensitica (com estrutura hexagonal compacta) nas amostras com maiores concentrações de oxigênio em solução sólida. De modo geral a adição do oxigênio aumenta a dureza das ligas, em função da dificuldade de movimentos das discordâncias, fazendo com que a dureza aumente com a concentração desse soluto. Nos ensaios realizados, não se observa alteração significativa no módulo elástico em função da concentração de oxigênio, que se mostrou mais sensível aos tratamentos termomecânicos submetidos... / The development of metallic biomaterials for orthopedic applications is highly dependent on the body part under consideration. Biomaterils used in orthopedic prostheses should be biocampatible, noncarcinogenic, and corrosion resistant, with low wear rates; these properties are dependent on the surface characteristics of the materials. In additon, a prosthesis should have a low modulus of elasticity, which is a property of material bulk. In this work, the ternary Ti-15Mo-xZr (x=5, 10 and 15 wt%) alloys are studied as a function of the concentration of substitutional and interstitial elements in order to understand the metallurgical mechanisms and subsequent reduction of the elastic modulus, relating the mechanical properties of the alloys with their microstructures. Initially, the quality of the samples was verified via quantitative chemical analysis, gas analysis, and EDS. These initial analyses showed that the stoichiometry of the samples was satisfactory and that the melting process produced homogeneous allys without any precipitate. The following were performed in order to examine the relationship between the mechanical properties of the alloys and their microstructures: X-ray diffraction with Rietveld analysis: optical and electron scanning microscopy: and investigations of hardness, elastic modulus (using impulse excitation), and internal friction. The alloys were found to comprise predominantly B phase (with body-centered cubic structure), with small concentrations of martensitic phase (with hexagonal compact structure), after quenching the samples in an oxygen-controlled atmosphere. In general, an increase in oxygen concentration makes it difficult for dislocations to move, thereby increasing the hardness of the alloys. No significant change was observed in the elastic modulus as a function of oxygen concentration in the conducted tests; this property was found to be more sensitive to thermomechanical treatments. Nonetheless, the...