Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barboza / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Banca: Carlos Moura Neto / Resumo: 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. / Abstract: 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. / Doutor

Resumo: O Brasil ainda não produz a liga Ni - Ti em escala comercial, importando grande parte dos produtos à base de Ni - Ti voltados à área médica. O grande custo envolvido na importação destes produtos estimula a tentativa de desenvolvimento nacional desta liga. Assim, esta pesquisa objetivou a caracterização de ligas Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta e Ni-Ti-Mo-Zr produzidas por meio de moagem de alta energia e subseqüente prensagem a quente. A caracterização dos produtos moídos e prensados a quente foi realizada por meio de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, espectrometria por dispersão de energia. Os resultados indicaram que a formação dos compostos intermetálicos, como o Ni3Ti, NiTi e NiTi2, ocorreram nos estágios iniciais de moagem. Em todas as misturas constituídas de pós, os tamanhos de suas respectivas partículas foram aumentados, e a distância entre as lamelas foram reduzidas para longos períodos de moagem. Este fato ocorreu devido ao mecanismo de solda fria entre as partículas dúcteis, que foram totalmente revestidas em suas superfícies esféricas. O rendimento da mistura de Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta e Ni-Ti-Mo-Zr aumentou após a moagem molhada. A prensagem a quente contribuiu para a obtenção de estruturas homogêneas e a consolidação dos pós de Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta e Ni-Ti-Mo-Zr moídos. No caso das ligas Ni-45Ti-5Mo e Ni-40Ti-10Mo, o composto Ni-Ti foi identificado na estrutura de ambas as ligas, enquanto que as fases Ni3Ti e NiTi2 foram formadas nas microestruturas das ligas Ni-45Ti-5Mo e Ni-40Ti-10Mo. Estas fases intermetálicas dissolveram teores de molibdênio inferiores a 2,1 %-at. Além disso, foi encontrada a presença de precipitados ricos em molibdênio com teores (%-at) próximos de 16Ni-25Ti-59Mo.Não foi encontrada variação significativa dos valores médios de dureza Vickers relacionadas a estas ligas ternárias, após o aumento da ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Brazil not yet product the Ni - Ti alloy commercially, importing the most products of the Ni-Ti of the medical area. The high cust to wrap up in the importation this products encourage the development national this alloy. In this way, this work aimed the characterization of Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta and Ni-Ti-Mo-Zr alloys produced by high-energy ball milling and subsequent hot pressing. The milled and hot-pressed materials were characterized by, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, energy dispersive spectrometry. Results indicated that the formation of intermetallic compounds such as Ni3Ti, NiTi and NiTi2 occurred at the initial milling stages. For all the powder mixtures, it was noted that the powder sizes were increased and the distance between lamellas were reduced for longer milling times. This fact occurred due to excessive cold welding mechanism between ductile particles, which were coated fully the vial and balls surfaces. The yield of Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta and Ni-Ti-Mo-Zr powders was increased after wet milling. The hot pressing of milled Ni-Ti-Mo, Ni-Ti-Ta and Ni-Ti-Mo-Zr powders contributed for obtainment of homogeneous structures containing amounts of pores lower than 1%. In Ni-45Ti-5Mo and Ni-40Ti-10Mo alloys, the NiTi compound was identified in structure of both the alloys while that the Ni3Ti and NiTi2 were formed in microstructures of the Ni-45Ti-5Mo and Ni-40Ti-10Mo, respectively. These intermetallic phases dissolved molibdenum contents lower than 2.1 at-%. Moreover, it was noted the presence of Mo-rich precipitates with contents close to 16Ni-25Ti-59Mo (at-%). No significant variation of average Vickers hardness values was noted in Ni-Ti-Mo alloys for increased Mo addition up to 10 at-%. In Ni-Ti-Ta alloys, the NiTi and Ni3Ti phases were formed in microstructures of the hot-pressed Ni-48Ti-2Ta and Ni-45Ti-5Ta alloys, while that the Ni3Ti phase was found in ... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Alfeu Saraiva Ramos / Coorientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Renata Amadei Nicolau / Mestre

Orientador: Lidia Parsekian Martins / Co-orientador: Renato Parsekian Martins / Banca: Laurindo Zanco Furquim / Banca: José Nelson Mucha / Banca: Luis Geraldo Vaz / Banca: Ary dos Santos Pinto / Resumo: O fechamento de espaços por meio de molas T com a liga de Níquel-Titânio (NiTi) para a retração em massa ainda não foi estudada. A superelasticidade e memória de forma são propriedades desta liga interessantes para a movimentação dentária. Sendo assim, o objetivo foi determinar, por meio da avaliação tridimensional as melhores variações do design de molas T compostas para o fechamento de espaços em massa. Foram utilizadas cem molas compostas por alças T de NiTi e fios base de aço inoxidável, unidos por tubos cruzados. As molas foram divididas em grupos de 10 molas de acordo com o calibre do fio de NiTi, altura da mola, ativação horizontal ou ainda variações no raio de pré-ativação ou espessura do fio base. As molas foram testadas na máquina de ensaios OFT (Orthodontic Force Tester). Foram medidos força, momento e relação momento força (M:F) nos eixos de interesse. A análise multivariada de perfis foi aplicada para comparação dos grupos. Observou-se que as molas com médias de força horizontal adequadas para retração tem espessuras de 0,017" x 0,025" e 0,018" x 0,025" de NiTi. As variáveis altura da mola e ativação horizontal demonstraram interação durante a desativação para a variável força, entretanto, não demonstraram esta relação para momento e M:F. Observou-se que o melhor design das molas foi a altura de 7mm, ativação horizontal de 7mm e raio de pré-ativação de 6mm. Concluiu se que as molas compostas de NiTi compostas apresentaram propriedades adequadas para retração em massa, especialmente com pré-ativação 6mm de raio de curvatura. / Abstract: The space closure with Nickel-Titanium alloy (NiTi) T-loop springs for en masse retraction has not been studied. Superelasticity and shape memory are NiTi properties interesting to tooth movement. The aim was to determine by assessing three dimensionally the best T-loop spring design to the en masse space. Were tested one hundred T-loop composed springs by handles of rectangular NiTi wires and stainless steel horizontal rods, joined by criss-cross tubes. The T-loop composed springs were divided in groups of ten springs according to the caliber of the NiTi wire, handles height, horizontal activation or variations of preactivation radius or thickness of the wire rods. The springs were tested in the OFT device (Orthodontic Force Tester) for measuring orthodontic force system. Mmultivariate analysis profiles was used to compare the groups along the deactivation and possible interaction between the variables under study. It was observed that composed T-loop springs showed adequate horizontal force average for en mass retraction 0.017 "x 0.025" and 0.018 "x 0.025" NiTi wires. The height handles and horizontal activation variables demonstrated interaction during off to the force variable, however, have not shown this relationship to moment and M:F. It was considered that the best design of T-loop was 7mm height, 7mm horizontal activation and pre-activation radius 6mm. It was concluded that composite NiTi T-loop springs showed adequate properties for en masse retraction...(Complete abstract electronic access below) / Doutor

Orientador: Ângela Cristina Cilense Zuanon / Banca: Alessandra Nara de Souza Rastelli / Banca: Maria Cristina Borsatto / Resumo: A adição de nanopartículas aos materiais odontológicos busca melhorar principalmente suas propriedades antibacterianas sem, contudo, alterar suas propriedades mecânicas e físicas. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da incorporação de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) a um CIV convencional (Ketac Molar EasyMix) sobre suas propriedades mecânicas (dureza Vickers e resistência a compressão axial) e físicas (rugosidade e porosidade). Para todos os testes foram adotados quatro grupos (n=10): controle (sem adição de nanopartículas), 1, 2 e 5% em peso de TiO2. A dureza Vickers foi avaliada por meio do microdurômetro digital (Micromet 2100), a compressão axial por máquina de testes universais (EMIC-DL 2000), a rugosidade por rugosímetro (Mitutoyo SJ-400) e a porosidade por imagens de microscopia eletrônica de varredura (SM-300), analisadas pelo software Image J. Os dados foram analisados pela Análise de variância (ANOVA) a um critério fixo seguida do pós-teste de Tukey, com nível de significância de 5%. Houve diferença estatisticamente significativa para os experimentos dureza Vickers (p ≤ 0.001) e rugosidade (p = 0.010). Observamos que o CIV contendo 1% ou 2% de nanopartículas apresentou valores mais baixos para dureza. A rugosidade de superfície mostrou-se menor ao adicionar 2% e 5% de nanopartículas. Imagens em MEV mostraram não haver mudanças significativas na morfologia da porosidade na superfície do CIV. A adição de 5% de nanopartículas de TiO2 ao CIV convencional proporcionou resultados promissores, uma vez que não comprometeu suas propriedades mecânicas e físicas, e melhorou a rugosidade de superfície. Assim, a adição da nanopartícula de TiO2 a 5% ao Ketac Molar EasyMix sugere sua indicação clínica. / Abstract: The addition of nanoparticles to dental materials mainly searches to improve the antibacterial properties without changing their mechanical and physical properties. The aim of this study was to evaluate the influence of the incorporation of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles to conventional glass ionomer cement (GIC) (Ketac Molar EasyMix) on mechanical (Vickers hardness and compressive strength) and physical (roughness and porosity) properties. For all experiments four groups (n=10) were used: control (without addition of nanoparticles), 1%, 2%, 5% (w/w) of TiO2. The Vickers hardness was measured using a digital hardness (Micromet 2100), compressive strength using a universal testing machine (EMIC-DL 2000), the roughness using a profilometer (Mitutoyo SJ-400) and for porosity, images were made using scanning electron microscopy (SM-300) and analyzed by Image J-software. The data were analyzed by one-way ANOVA and Tukey's post hoc test, with the level of significance set at 5%. There were statistically significant differences for the experiments of Vickers hardness (p ≤ 0.001) and roughness (p = 0.010). We observed that the GIC containing 1% or 2% of nanoparticles had lower values for hardness and the surface roughness was lower by adding 2% and 5% of nanoparticles. SEM images showed no significant changes in surface morphology of the GIC. The addition of 5% (w/w) TiO2 nanoparticles to conventional GIC provides promising results, since it does not compromise the physical and mechanical properties and improves surface roughness. The addition of TiO2 nanoparticle to Ketac Molar EasyMix suggests clinical indication. / Mestre

Orientador: Luís Geraldo Vaz / Co-orientador: Laiza Maria Grassi Fais / Banca: Valfrido Antonio Pereira Filho / Banca: Valentim Adelino Ricardo Barão / Resumo: Este estudo comparou as propriedades de superfície e a adesão Streptococcus mutans na liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta e no titânio comercialmente puro (Ti cp) antes e após a anodização. Foram utilizados discos (Ø8mmx2mm; N = 40) divididos em 2 grupos: T (Ti cp), TNZT (Ti-35Nb- 7Zr-5Ta), e subdivididos conforme a realização (A+) ou não (A-, controle) da anodização eletroquímica (300 V, 1 min) em β-glicerofostato de sódio + acetato de cálcio. As propriedades avaliadas foram: topografia de superfície e identificação qualitativa dos elementos químicos (microscópio eletrônico de varredura-MEV/EDS), energia livre de superfície (ELS, mensurada em goniômetro) e rugosidade média (Ra, determinada em rugosímetro). Para avaliação da adesão bacteriana, os discos foram contaminados com Streptococcus mutans (NTCC 25175) para determinação de UFC/mL e do padrão de adesão (MEV). Os valores de Ra e ELS de cada grupo foram comparados (A- vs. A+) por meio do teste Kruskal-Wallis associado ao teste de Dun (α = 0,05). Os valores de Ra (μm) e ELS (mN/m), respectivamente, foram: A-- T=0,97/44,24; TNZT=0,17/36,68; A+ - T=1,21/56,88; TNZT=0,53/53,64, com aumento significante de ambas propriedades (p < 0,05) após a anodização. A análise em MEV/EDS indicou a formação de uma camada multiporosa, com deposição de íons Ca e P nos subgrupos A+. Após a anodização houve aumento na adesão do patógeno apenas na liga TNZT. Conclui-se que a anodização do Ti cp e da liga TNZT alteram as propriedades de superfície com potencial para melhorias na osseointegração, contudo há aumento na adesão de S. mutans na liga TNZT. / Abstract: The aim of this study was to compare the surface properties and the adhesion of Streptococcus mutans on Ti-35Nb-7Zr-5Ta and commercially pure titanium (cp Ti) before and after the anodization. Discs (Ø8mmx2mm, N=40) were divided into 2 groups: T (cp Ti), TNZT (Ti-35Nb-7Zr- 5Ta), and subdivided in untreated (A- , control) or anodic treated (A+) in β- glicerofostato + calcium acetate (300 V, 1min). The evaluated surface properties were: surface topography and qualitative identification of chemical elements (in scanning electron microscope -SEM/EDS), surface free energy (SFE, measured with a goniometer), and the average roughness (Radetermined in profimoleter). The discs were contaminated with Streptococcus mutans (NTCC 25175) for determination of CFU/mL; the surfaces with adhered viable cell were also analyzed with SEM. The values of Ra and ELS were compared (A- vs . A+) by means of Kruskal-Wallis associated Dun test (α= 0.05). The median Ra (μm) and ELS (mN/m), respectively, were: A- T=0.97/44.24; TNZT=0.17/36.68; A+ T=1.21/56.88; TNZT=0.53/ 53.64. All groups showed significantly higher values of Ra and ELS (p < 0.05) after anodizing. The analysis in SEM/EDS indicated the formation of a multiporous layer with deposition of Ca and P ions. Only anodic treated TNZT exhibited an increase in adhesion of S. mutans. It was concluded that the anodic tretament of Ti cp and TNZT change the surface properties with potential improvements for osseointegration, despite the increase in the adhesion of S. mutans on TNZT. / Mestre

Orientador: Leinig Antonio Perazolli / Co-orientador: Ossamu Hojo / Banca: Leandro Martins / Banca: Marcelo Henrique Armoa / Resumo: Este trabalho se baseou na síntese de catalisadores de TiO2 modificados com cátions de nióbio estruturalmente através do método Pechini e superficialmente através da deposição de nióbio metálico por sputtering, caracterização destes catalisadores para verificar estas modificações, e a avaliação da atividade fotocatalítica na redução do CO2 a metanol e da descoloração de soluções do corante Rodamina-B. A modificação do TiO2 busca obter um aumento no tempo de recombinação do par elétron/buraco e consequentemente uma maior atividade fotocatalítica. A modificação em substituição do Ti4+ pelo Nb5+ visa promover a geração de níveis doadores de elétrons na estrutura cristalina e a modificação por deposição de nanopartículas de nióbio metálico por sputtering que atuarão como aceitadores de elétrons sobre a superfície dos catalisadores, modificações estas, que atuarão na redução do CO2. Partindo destas premissas, primeiramente foram sintetizados os catalisadores nas concentrações 0,0%; 0,5%; 1,0%; 2,5% (m/m) de nióbio, e posteriormente 5,0%; 10,0% e 20,0% (m/m) de nióbio através dos métodos citados. Os catalisadores obtidos foram caracterizados utilizando difratometria de Raios X (DRX - Rigaku Rint-2000), área de superfície SBET (B.E.T. - Micrometrics ASAP 2010), espectroscopia RAMAN (HORIBA-HR 800), FEG/SEM (JEOL modelo JSM-7500F) e XPS (UNI-SPECS UHV) para analisar as características da superfície. Após a caracterização, os catalisadores foram submetidos a dois ensaios fotocatalíticos. O primeiro para avaliar a ocorrência da redução de CO2 e o segundo visou avaliar a capacidade dos mesmos na descoloração oxidativa do corante Rodamina-B utilizando espectroscopia na região do UV-vis para obtenção dos resultados. Para verificar e quantificar a possível formação de radicais carbonila e álcool, cada amostra foi analisada por TOC (O.I. Analytical Aurora model 1030) e GC-FID... / Abstract: This work was based on synthesis of TiO2 photocatalysts powders modified with Nb structurally by Pechini and superficially by metallic Nb depositing by sputtering, characterization of these photocatalysts powders to verify these changes, and evaluation of photocatalytic activity in the reduction of CO2 to methanol and decolorization of of dye rhodamine-B solutions. The TiO2 modification tries to achieve an increase in the recombination time of the electron-hole pair and hence a higher photocatalytic activity. The modification to replace Ti4+ by Nb5+ aims to promote the generation of donor levels of electrons in the crystal structure and modification for nanoparticles deposition of metallic Nb by sputtering to act as acceptor of electrons on the photocatalysts powders surface, changes them, who will serve in reducing CO2. Starting from these premises first photocatalysts powders were synthesized in the compositions of 0.0 %, 0.5 %, 1.0 %, 2.5 % (w/w) of Nb and subsequently 5.0% , 10.0 % and 20.0% (w/w) of Nb with the methods mentioned. The photocatalysts powders were characterized using X-ray diffraction (XRD-Rigaku Rint-2000) , surface area SBET (EST-Micrometrics ASAP 2010) , Raman spectroscopy (HORIBA HR-800 ) , FEG / SEM (JEOL JSM-7500F) and XPS (UNI-SPECS UHV) to analyze the surface characteristics. After characterizing the photocatalysts poder underwent two photocatalytic tests. The first to assess the occurrence of CO2 reduction and the second aimed at evaluating the capacity in the oxidative bleaching of the dye rhodamine-B using spectroscopy in the UV-vis region to obtain the results. To verify and quantify the possible formation of carbonyl and alcohol radicals, each sample was analyzed for TOC (Aurora Analytical model HI 1030) and FID-GC (Varian CP- 3800). Through the techniques used for characterization of photocatalyst powders was observed that the predominant crystalline phase is anatase and Ti was replaced by Nb... / Mestre

Neste trabalho apresentamos a síntese e caracterização de nanoestruturas core/shell de TiO2/SiO2 e SiO2/TiO2. Visando aumentar a eficiência de DSSC’s, foi investigado o efeito das interfaces SiO2|TiO2 na diminuição de defeitos estruturais (trapping states) no TiO2, sem resultar no bloqueio da transferência de carga entre as partículas no fotoanodo. Foram obtidas nanoestruturas sintetizadas por diferentes períodos, pH, e tratamentos térmicos utilizando-se cores cristalinos e amorfos de SiO2 e TiO2. As amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Transmissão, UV-VIS, FTIR-ATR, Difratometria de Raios-X, Cronopotenciometria, Voltametria Linear e Impedância. Foram obtidos cores de TiO2 de cerca de 30 nm de diâmetro e shells de SiO2 de cerca de 5 nm de espessura, também obtivemos cores de SiO2 de 10 e 70 nm em diâmetro e encapsuladas com shell de TiO2 de 5 nm de espessura. Os resultados obtidos mostraram que há uma influência da fase polimorfica do material componente do core na fase polimorfica do material que compõe o shell, havendo um significativo retardo nas temperaturas de mudança de fase. Observou-se também uma correlação da fase polimórfica do TiO2 e a camada de SiO2 no bandgap das amostras. Constatamos que estruturas core/shell são eficientes na passivação de defeitos superficiais, embora a espessura da camada isolante deva ser controlada para não influenciar nos parâmetros elétricos do dispositivo. / In this work, we present the synthesis and characterization of core/shell structures of TiO2/SiO2 and SiO2/TiO2 nanoparticles. Aiming to improve the efficiency of DSSCs, the effect of SiO2|TiO2 interfaces to reduce the amount of trapping states on TiO2, without blocking charge transfer among nanoparticles across the photoanode, was investigated. Nanostructures were obtained trough different reaction periods, pH and thermal treatment temperatures using crystalline and amorphous cores of TiO2 and SiO2. The samples were characterized by transmission electron microscopy, UV-Vis, x-ray diffractometry, chronopotentiometry, linear sweep voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. TiO2 cores of ca. 30 nm in diameter were obtained an were encapsulated with a 5 nm thick SiO2 shell. SiO2 cores of ca. 70 nm in diameter were obtained and encapsulated in ca. 5 nm thick TiO2 shell. The results show an influence of polymorphic phase of the core material on the polymorphic phase of the shell material, resulting in a significative change in the phase transition temperatures. It was also determined a correlation between the polymorphic phase of TiO2 and the insulator layer on the samples bandgap. Finally we show that, even though core/shell structures are efficient in trapping states passivation, the thickness of the insulator layer must be controlled in order to not jeperdize the electric parameters of the photoelectrochemical device.

As propriedades físicas, químicas e mecânicas de superfícies de titânio e suas ligas têm sido estudadas buscando uma melhor osseointegração para aplicação em implantes biomédicos. Tais propriedades do material a ser utilizado em implantes têm apresentado influência direta na qualidade da interface osso-implante e uma relação direta com a rugosidade em escala nanométrica e micrométrica, porosidade e molhabilidade (energia de superfície) da superfície. Nesse contexto, estudos relacionados com o processo de eletropolimento de superfícies metálicas de titânio e suas ligas têm sido desenvolvidos visando controlar a morfologia da superfície através da escolha de parâmetros experimentais adequados, para a obtenção de superfícies com diferentes texturas. Dessa forma o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros operacionais no processo de eletropolimento de Ti-cp, visando à obtenção de superfícies nanoestruturadas com controle morfológico. Foi avaliado o efeito de filmes de DLC (Diamond Like Carbon) eletrodepositados a partir de uma solução orgânica de Dimetilformamida sobre a superfície eletropolida. A etapa de caracterização morfológica das superfícies eletropolidas e eletropolidas revestidas com DLC se deram por meio de microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perfilometria de contato. Além disso, as superfícies obtidas foram caracterizadas quanto à molhabilidade (ensaio da gota séssil), comportamento eletroquímico (monitoramento do potencial de circuito aberto e curvas de polarização potenciostáticas) e resistência ao desgaste (ensaio tribológico do tipo ball-on-plate). Os filmes de DLC também foram caracterizados por espectroscopia Raman. Os resultados obtidos evidenciaram o efeito dos parâmetros operacionais sobre o controle da morfologia das superfícies de Ti-cp eletropolidas. A obtenção dos filmes DLC foi favorecida em superfícies eletropolidas com a presença de óxidos de titânio. As amostras eletropolidas e revestidas com DLC apresentaram valor do potencial de circuito aberto menos ativo comparativamente ao titânio sem revestimento. Contudo, apenas a presença do óxido formado durante o processo de eletropolimento também contribui para o aumento da resistência à corrosão. Ensaios de desgaste mostraram que a superfície eletropolida sofreu um processo de deformação, enquanto que a amostra eletropolida com revestimento de DLC apresentou melhor resistência ao desgaste. / The physical, chemical and mechanical properties of surface titanium and its alloys have been studied, searching better osseointegration for use in biomedical implants. Such properties of the material used as implants has shown direct influence on the quality of the bone-implant interface and a direct relationship with the roughness in nanometric and micrometric scale, porosity and wettability (surface energy) of the surface. In this context, studies associated to the electropolishing process of metal surfaces of titanium and its alloys have been developed to control the morphology of the surface by choice of the adequate experimental parameters to obtain surfaces with different textures. Therefore the present work aims evaluating the influence of operating parameters in the process of Ti-cp, electropolishing to obtain nanostructured surfaces with controlled morphology. The effect of DLC (Diamond Like Carbon) films electrodeposited was evaluated from an organic solution of Dimethylformamide (DMF) on the electropolished surface. The morphological characterization of electropolished surfaces and electropolished coated with DLC surfaces was made by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and contact profilometry. Moreover, the surfaces obtained were characterized as wettability test (sessile drop test), electrochemical behaviour (monitoring the open circuit potential and potentiodynamic polarization curves) and wear (tribological test of type ball-on-plate). The DLC films were also characterized by Raman spectroscopy. The results showed the effect of operating parameters about control of morphology of the electropolished titanium surfaces. The obtaining of DLC films was favored in electropolished surfaces. The samples electropolished and coated with DLC showed open circuit potential less active compared to titanium without coating, at the same time, the presence of the oxide formed during the electropolishing process also contributes to the corrosion resistance increase. Wear tests shown that the electropolished sample with a DLC coating showed better wear resistance.

Operationen im Schädel‐ und Gesichtsbereich stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die behandelnden Ärzte dar, weil sich oftmals die Abgrenzung des Knochendefekts und die Wiederherstellung der ursprünglichen Knochenstruktur als schwierig erweisen. Die erste Herausforderung dabei ist die Definition der Implantatgeometrie, da jeder Patient eine individuelle Anatomie und, im Falle eines Knochendefekts durch Traumata oder Tumore, jeder Defekt eine spezifische Form aufweist. Das Implantat sollte somit eine der originalen Knochenstruktur entsprechenden Geometrie besitzen und aus einem für die Implantation geeigneten Material bestehen. Weiterhin muss das für die Herstellung des Implantats gewählte Verfahren derart anpassungsfähig sein, dass auch die Erzeugung eines einzelnen individuellen Produktes möglich ist und keine übermäßigen Kosten im Werkzeug‐ und Formenbau verursacht werden. Im gegenwärtigen Szenario flexibler Herstellungsprozesse, die eine effiziente Blechumformung auch in kleineren Stückzahlen erlauben, liegt ein besonderer Schwerpunkt auf dem Verfahren der inkrementellen Umformung. In dieser Arbeit wird daher die Durchführbarkeit der präoperativen Herstellung individueller Implantate zur Wiederherstellung knöcherner Strukturen verschiedener Regionen im Schädel‐ und Gesichtsbereich mit dem Verfahren der inkrementellen Blechumformung untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Methoden zur Modellierung von Implantaten aus patientenspezifischen CT‐Daten angewendet und Prozessparameter für die Herstellung verschiedener Formen von Titanimplantaten entwickelt. Ferner werden alternative Techniken vorgestellt, mit denen es ebenfalls möglich ist, solche Implantate herzustellen. Gleichwohl es Einschränkungen hinsichtlich der Formgenauigkeit und Komplexität der zu formenden Geometrie des Implantates gibt, zeigt diese Arbeit, dass das Verfahren der inkrementellen Blechumformung eine geeignete Alternative für die präoperative Herstellung von individuellen Implantaten für den Schädel‐ und Gesichtsbereich darstellt. / Atualmente, cirurgias de reconstrução craniofacial ainda são um desafio à equipe cirúrgica devido às dificuldades em definir e reparar o defeito ósseo. A definição da geometria do implante é o primeiro desafio, uma vez que cada paciente possui uma anatomia individual e, em caso de defeitos ósseos devido a traumas ou tumores, cada defeito possui uma forma específica. O implante deve, então, possuir geometria tal que o possibilite substituir a estrutura original e ser constituído de material apto para a implantação. Além disso, o processo de fabricação selecionado deve ser flexível a fim de possibilitar a produção de uma peça única, dispensando custos excessivos com ferramental. No cenário atual de processos de manufatura flexível, um destaque especial recebe o processo de estampagem incremental, que permite a conformação de chapas metálicas para a fabricação de pequenos lotes. Neste sentido, este estudo ocorre no âmbito da fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para reparo de defeitos em diferentes regiões do complexo craniofacial através do processo de estampagem incremental. Foram utilizados diferentes procedimentos para modelagem dos implantes a partir de dados tomográficos e foram desenvolvidos parâmetros para a conformação de diferentes geometrias em titânio. São apresentadas, ainda, técnicas alternativas capazes de produzir tais implantes. O estudo mostra que, embora possua precisão dimensional limitada e restrições com relação à complexidade geométrica dos implantes que podem ser conformados, o processo de estampagem incremental apresenta‐se como uma alternativa viável à fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. / Currently, craniofacial reconstruction surgeries are still a challenge for surgical teams due to the difficulty to define and repair bone defects. Defining the geometry of the implant is the first challenge, since each patient has an individual anatomy and, in case of bone defects due to trauma or tumors, each defect has a specific shape. The implant should then have a geometry that permits the replacement of the original structure and should consist of a material suitable for implantation. Moreover, the selected manufacturing process must be flexible enough to enable the production of a single piece, not requiring excessive cost with dyes and tooling. In the current scenario of flexible manufacturing processes, the process of incremental forming, which permits forming metal sheets to manufacture small batches, receives special emphasis. Thus, this study evaluates the feasibility of preoperative manufacturing of customized implants to repair defects in different regions of the craniofacial complex through the process of incremental forming. Different procedures were used for modeling implants obtained from CT data of patients and the parameters for forming different geometries of titanium implants were developed. Alternative techniques capable of producing such implants are also presented. The study shows that, although it has limited dimensional accuracy and restrictions regarding the geometric complexity of the implants that can be shaped, the single point incremental forming (SPIF) process represents a suitable alternative for the preoperative manufacturing of customized implants for the reconstruction of craniofacial defects.

A presente tese de doutorado apresenta resultados sobre nanoestruturas obtidas pelo processo de anodização a partir de Al Bulk, filmes finos de Al sobre Si e de Ti Bulk e alguns resultados novos e preliminares sobre o uso das mesmas em aplicações tais como: superfícies superhidrofóbicas e foto-catalisadores para produção de H2. Foi desenvolvida uma rota inovadora de fabricação de nanotubos de alumina, através da mudança da geometria (razão dos eletrodos de Pt e Al) do sistema de anodização, seguida de etching químico em temperatura de 5°C. Essa mudança altera a cinética da anodização, modificando a velocidade de expansão da célula hexagonal da alumina. Com isso, obtêm-se zonas de defeitos que são revelados durante o processo de etching químico. No processo de anodização em filmes finos de Al, foi demonstrado um procedimento de controle dimensional e estrutural de nanoporos de alumina, a partir do controle do tamanho de grãos de Al. Foi verificado também que o aumento do tempo de anodização para filmes finos de Al sobre Si, induz a oxidação do Si, gerando um stress na interface, devido à expansão do SiO2. Esse efeito é responsável pela mudança dimensional e estrutural da alumina porosa. Na anodização do Ti para a formação de nanotubos de TiO2, obtivemos um novo método de dopagem in situ dos nanotubos com nanopartículas de ouro, modificando as propriedades físico-químicas dos nanotubos de TiO2. Na última parte desta tese de doutorado, são apresentadas possíveis aplicações para estas nanoestruturas, como superhidrofobicidade e como catalisadores para produção de H2. Os principais resultados mostram que no caso da superhidrofobicidade foram obtidos ângulos de contato de 165° e, na produção de H2, um aumento significativo com a amostra dopada com nanopartículas de Au. / This thesis presents results on nanostructures obtained by anodization of Al bulk, Al thin films on Si and Ti bulk, and some new and preliminary results on the use of these structures in applications, such as superhydrophobic surfaces and photocatalysts for H2 production. We developed a novel route for fabrication of alumina nanotubes by changing the geometry (ratio between electrodes of Pt and Al) of the anodization system, followed by chemical etching at a temperature of 5°C. This procedure modifies the kinetics of anodization, increasing the expansion speed of the hexagonal alumina cell. Therefore, defective areas are revealed during chemical etching. It is shown that control of the Al grain size before the anodization process of Al thin films makes possible control of dimension and structure of the alumina nanopores. It was also found that increse of anodization time leads to oxidation of the Si substrate, wich generates a stress at the interface between the Al thin film and the Si substrate due to the expansion of SiO2. This effect is responsible for the dimensional and structural change of porous alumina. A new Ti anodization process for doping the TiO2 nanotubes with Au nanoparticles is presented. This process is capable of modifing the physico-chemical properties of the TiO2 nanotubes as photo-catalysts. In the last part of this thesis it is presented applications for these nanostructures, using them as superhydrophobic structures and as photo-catalysts for H2 production. The main results show that contact angles of 165° for a superhydrophobic surface were obtained, as well as a significant increase of H2 production from the sample doped with Au nanoparticles.