A degradação de materiais metálicos odontológicos é um processo comum, que normalmente acontece devido à ação de solicitações mecânicas e/ou devido à degradação por parte do ambiente fisiológico em que o material está inserido (saliva humana). Adicionalmente, os materiais metálicos odontológicos estão muitas vezes sujeitos, nas zonas de contato com o elemento dentário ou nas zonas de contato metal/porcelana, a movimentos (devido essencialmente às cargas de mastigação) e a solicitações químicas (ambiente da cavidade bucal). Nestas condições, os materiais metálicos odontológicos estão inseridos num sistema de tribocorrosão, que suscita um processo de degradação complexo podendo levar à falha. No entanto, o filme passivo que naturalmente cresce na superfície metálica do material odontológico, pode ser danificado ou mesmo destruído durante a inserção da prótese, por abrasão do metal com o dente ou com outros materiais. Assim como os materiais dentários restauradores, os dentes estão sob exigências mecânica e química/eletroquímica, e possível efeito de sinergismo da ação combinada da corrosão e cargas mecânicas podem, em algumas circunstâncias, levar à degradação dos dentes e/ou de materiais restauradores. Neste trabalho é estudado o comportamento da corrosão e da tribocorrosão de materiais restauradores atualmente utilizados na prática odontológica (NiCr, NiCrTi, CoCr e Ticp). Os testes foram conduzidos em solução de saliva artificial preconizada por Fusayama. Testes eletroquímicos foram empregados para investigar o comportamento corrosivo dos materiais. Testes de tribocorrosão foram efetuados na configuração de deslizamento linear alternativo, na presença da solução de saliva artificial, em contato com o dente natural. As cargas normais utilizadas foram: 3N e 10N. Nos testes movimento linear alternativo, foram impostas duas diferentes condições electroquímicas: OCP e controle potenciostático na região passiva da curva de polarização (500 mV). Adicionalmente, com o objetivo de obter informação mais detalhada sobre as características do filme passivo original assim como do filme passivo formado após os testes tribocorrosão, foram efetuados testes de Espectroscopia de Impedância Electroquímica (EIS), antes e depois do desgaste mecânico. A superfície mecânica, as propriedades estrutural e química dos materiais estudados, o dente e a superfície utilizada foram avaliadas por MEV/EDS/AFM. Baseado nos resultados obtidos é possível observar que a introdução de Ti na liga de NiCr resultou em um comportamento distinto, que essencialmente pode ser atribuído às características do filme passivo formado na superfície do material e pelo movimento cinético de re-formação do filme em cada ciclo de deslizamento. O Ticp apresentou excelente resistência à corrosão durante a polarização potenciodinâmica e superfície mais alterada pelo contato tribológico, com formação de tribocamadas e elevada alteração/desgaste, assim como houve transferência de metal para a superfície do elemento dentário que produziu alterações nas propriedades mecânicas do dente. / Dental material degradation is a common process usually caused by mechanical stress and/or by the physiological environment (human saliva) that surround the material. These types of dental material are frequently submitted to movements at the contact region with teeth or at the metal/porcelain interface (due to the transmitted mastication loads) and chemical solicitations (oral environment). Such dental material becomes part of a tribocorrosion system, which may undergo a complex degradation process that can lead to dental materials failure. Additionally, the passive film, which naturally grows on the metallic surface, can be scratched or destroyed during the prosthesis insertion by abrasion with tooth and other materials. Thus as restorative dental materials, the teeth are under complex demands from a mechanical and chemical/electrochemical point of view, and the possible synergism effects caused by the combined action of corrosion and mechanical loading may, in some circumstances, lead to the degradation of the materials and/or teeth. In this research, the corrosion and tribocorrosion behavior of restorative materials presently used in the dental practice (NiCr, NiCrTi, CoCr and Ticp) is studied. Tests were conducted in Fusayama modified artificial saliva solution. Electrochemical tests were applied to investigate the corrosion behavior of the materials. Tribocorrosion tests were conducted in the reciprocating sliding configuration in the presence of the saliva solution and in contact with natural teeth. Normal load were 3N and 10 N. In reciprocating tests, two different electrochemical conditions were imposed: OCP and potentiostatic control in the passive region of the polarization curve (0.5 V). Also, to obtain more detailed information on the characteristics of the original and reformed passive film, EIS measurements were made before and after the mechanical damage. In both cases, all metallic samples and teeth were characterized by SEM, EDS, and AFM techniques. Based on the results a detailed discussion of the tribocorrosion mechanisms is done. In particular it could be observed that the introduction of Ti in the NiCr alloy resulted in a distinctive behavior, which could be essentially attributed to the characteristics of the passive film formed on the surface of each material and to the re-forming kinetics of the film in each sliding cycle. The Ticp presented excellent corrosion resistance during the polarization and it surface altered by the tribology contact, with tribolayers and high alteration, as well as it had metal transference for the dental element surface that produced alterations in the tooth mechanical estates.

Este estudo teve como objetivo avaliar a alteração da rugosidade superficial e a dispersão de íons para o meio após tribocorrosão experimental das ligas CoCrMo, NiCr e NiCrTi, comercialmente utilizadas na fabricação de próteses odontológicas, utilizando solução de saliva artificial (Fusayama) como eletrólito com valores de pH 3,0; 6,5 e 9,0. Foram fundidas 15 amostras de cada liga (&Oslash;13x2mm) por chama e 15 por máquina de fundição com atmosfera inerte de argônio, sendo cinco amostras para cada pH analisado. A tribocorrosão experimental foi realizada na configuração esfera sobre superfície, utilizando esfera de zircônia (&Oslash;10mm), em equipamento de ciclagem vertical, simulando o movimento do ciclo mastigatório, com aplicação de 5N de carga e monitoramento do potencial de circuito aberto (OCP). O sistema operou a velocidade de 60 ciclos por minuto, totalizando 7500 ciclos após 15 minutos de ensaio, equivalente ao tempo de contato dental diário. Foi utilizada saliva artificial de pH 3,0; 6,5 e 9,0 e leituras de rugosidade de superfície foram realizadas antes e após os ensaios de tribocorrosão experimental em microscópio confocal a laser. A saliva utilizada foi armazenada em tubos de Falcon DNA-free e submetida à quantificação da dispersão de íons metálicos para a solução, por meio de análise de ICP-MS. O comportamento das ligas em contato com a esfera de zircônia durante o ensaio de tribocorrosão experimental realizado em potencial de circuito aberto foi alterado em função do pH do meio (P<0,001) e da técnica de fundição utilizada (P<0,001). Todas as amostras apresentaram tendência à repassivação após a remoção do contato com a esfera, indicando formação de novo filme protetor na superfície da liga. A liberação de íons foi maior nas amostras fundidas por chama e em contato com pH 3,0 (ácido), sendo o analito níquel liberado em maior concentração (P=0,010). Entretanto, os valores encontrados estão abaixo dos limites indicados como causadores de citotoxicidade e alterações celulares. Os resultados indicam que as amostras fundidas por chama apresentaram rugosidade de superfície estatisticamente maior que as fundidas por plasma (P=0,042), sendo observado nessas amostras a presença de defeitos na superfície e possíveis falhas de fundição que favorecem o processo corrosivo. O pH da saliva e a técnica de fundição exerceram influência sobre o comportamento de repassivação das ligas, rugosidade de superfície e quantidade de íons liberada para o meio, sendo os melhores resultados encontrados quando a técnica de fundição por plasma foi utilizada. / The aim of this study was to evaluate the changes in surface roughness and ions release to the environment after experimental tribocorrosion of CoCrMo, NiCr and NiCrTi alloys, commercially applied in dental prosthesis, using artificial saliva solution (Fusayama) as electrolyte with different levels of pH (3.0; 6.5 and 9.0). Fifteen samples were casted by flame from each alloy (&Oslash;13x2mm) and 15 by plasma in a casting machine with an inert atmosphere (argon), five samples for each pH analyzed. The experimental tribocorrosion was performed in a ball-on-flat configuration, using a zirconia ball (&Oslash;10mm) in vertical cycling equipment, simulating the masticatory cycle movement, applying 5N of load and recording the open circuit potential (OCP). The system operated at 60 cycles per minute, a total of 7500 cycles after 15 minutes, corresponding to the daily tooth contact. Artificial saliva at pH 3.0; 6.5 and 9.0 was used and surface roughness measurements were performed before and after the experimental tribocorrosion tests in a laser confocal microscope. After the tests, the saliva was stored in a DNA-free Falcon tubes and subjected to measurement of the ion release to the solution by means of ICP-MS analysis. The behavior of the alloys in contact with the zirconia ball during the experimental tribocorrosion performed in open circuit potential changed according to the pH (P<0.001) and the casting technique (P<0.001). All samples trended to repassivate when the ball contact was removed, indicating new formation of the protective film on alloy surface. The ion release was higher in the samples casted by flame and in contact with pH 3.0 (acid), nickel analyte being released in a higher concentration (P=0.010). However, the values found are below the limits specified to induce cytotoxicity and cellular changes. The results reflected that the samples casted by flame presented surface roughness statistically greater than those casted by plasma (P=0.042) and it was observed in these samples the presence of surface defects and possible casting flaws that enhance the corrosion process. The pH of the saliva and the casting technique presented influence on the repassivation behavior of the alloys, surface roughness and quantity of ions released into the environment, where the best results were found when the plasma casting technique was used.

Este estudo teve como objetivo avaliar a alteração da rugosidade superficial e a dispersão de íons para o meio após tribocorrosão experimental das ligas CoCrMo, NiCr e NiCrTi, comercialmente utilizadas na fabricação de próteses odontológicas, utilizando solução de saliva artificial (Fusayama) como eletrólito com valores de pH 3,0; 6,5 e 9,0. Foram fundidas 15 amostras de cada liga (&Oslash;13x2mm) por chama e 15 por máquina de fundição com atmosfera inerte de argônio, sendo cinco amostras para cada pH analisado. A tribocorrosão experimental foi realizada na configuração esfera sobre superfície, utilizando esfera de zircônia (&Oslash;10mm), em equipamento de ciclagem vertical, simulando o movimento do ciclo mastigatório, com aplicação de 5N de carga e monitoramento do potencial de circuito aberto (OCP). O sistema operou a velocidade de 60 ciclos por minuto, totalizando 7500 ciclos após 15 minutos de ensaio, equivalente ao tempo de contato dental diário. Foi utilizada saliva artificial de pH 3,0; 6,5 e 9,0 e leituras de rugosidade de superfície foram realizadas antes e após os ensaios de tribocorrosão experimental em microscópio confocal a laser. A saliva utilizada foi armazenada em tubos de Falcon DNA-free e submetida à quantificação da dispersão de íons metálicos para a solução, por meio de análise de ICP-MS. O comportamento das ligas em contato com a esfera de zircônia durante o ensaio de tribocorrosão experimental realizado em potencial de circuito aberto foi alterado em função do pH do meio (P<0,001) e da técnica de fundição utilizada (P<0,001). Todas as amostras apresentaram tendência à repassivação após a remoção do contato com a esfera, indicando formação de novo filme protetor na superfície da liga. A liberação de íons foi maior nas amostras fundidas por chama e em contato com pH 3,0 (ácido), sendo o analito níquel liberado em maior concentração (P=0,010). Entretanto, os valores encontrados estão abaixo dos limites indicados como causadores de citotoxicidade e alterações celulares. Os resultados indicam que as amostras fundidas por chama apresentaram rugosidade de superfície estatisticamente maior que as fundidas por plasma (P=0,042), sendo observado nessas amostras a presença de defeitos na superfície e possíveis falhas de fundição que favorecem o processo corrosivo. O pH da saliva e a técnica de fundição exerceram influência sobre o comportamento de repassivação das ligas, rugosidade de superfície e quantidade de íons liberada para o meio, sendo os melhores resultados encontrados quando a técnica de fundição por plasma foi utilizada. / The aim of this study was to evaluate the changes in surface roughness and ions release to the environment after experimental tribocorrosion of CoCrMo, NiCr and NiCrTi alloys, commercially applied in dental prosthesis, using artificial saliva solution (Fusayama) as electrolyte with different levels of pH (3.0; 6.5 and 9.0). Fifteen samples were casted by flame from each alloy (&Oslash;13x2mm) and 15 by plasma in a casting machine with an inert atmosphere (argon), five samples for each pH analyzed. The experimental tribocorrosion was performed in a ball-on-flat configuration, using a zirconia ball (&Oslash;10mm) in vertical cycling equipment, simulating the masticatory cycle movement, applying 5N of load and recording the open circuit potential (OCP). The system operated at 60 cycles per minute, a total of 7500 cycles after 15 minutes, corresponding to the daily tooth contact. Artificial saliva at pH 3.0; 6.5 and 9.0 was used and surface roughness measurements were performed before and after the experimental tribocorrosion tests in a laser confocal microscope. After the tests, the saliva was stored in a DNA-free Falcon tubes and subjected to measurement of the ion release to the solution by means of ICP-MS analysis. The behavior of the alloys in contact with the zirconia ball during the experimental tribocorrosion performed in open circuit potential changed according to the pH (P<0.001) and the casting technique (P<0.001). All samples trended to repassivate when the ball contact was removed, indicating new formation of the protective film on alloy surface. The ion release was higher in the samples casted by flame and in contact with pH 3.0 (acid), nickel analyte being released in a higher concentration (P=0.010). However, the values found are below the limits specified to induce cytotoxicity and cellular changes. The results reflected that the samples casted by flame presented surface roughness statistically greater than those casted by plasma (P=0.042) and it was observed in these samples the presence of surface defects and possible casting flaws that enhance the corrosion process. The pH of the saliva and the casting technique presented influence on the repassivation behavior of the alloys, surface roughness and quantity of ions released into the environment, where the best results were found when the plasma casting technique was used.

O uso de ligas metálicas na odontologia continua tendo aplicação em grande número de situações clínicas de próteses convencionais ou sobre implantes. O objetivo deste estudo foi avaliar a corrosão superficial do Ti cp, submetido a processo de escovação. Foram confeccionados espécimes, com 15,0 mm de diâmetro e 2,5 mm de espessura, obtidos pelo método de fundição por cera perdida. Em seguida, divididos em 4 grupos (n=6). Ensaios eletroquímicos e escovação mecânica (abrasão) foram realizados. Para a análise de Potencial em Circuito Aberto (OCP), o período de mensuração foi de 1 hora, com leitura do potencial da amostra a cada 0,6 segundos. No Grupo G1 foi realizada a análise de Pontecial em Circuito Aberto (OCP), em seguida, aplicado um Potencial Anódico a -250 mV por 1 hora e logo após, realizada a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) à -250mV. Para o Grupo G2 foi realizada a análise de OCP, em seguida, aplicado um Potencial Catódico a +1000 mV por 1 hora e logo após, realizada a EIS à +1000 mV. Os Grupos G1 e G2 não foram submetidos ao teste de escovação mecânica. O Grupo G3 foi submetido, primeiramente, ao ensaio de escovação mecânica, sendo a máquina acionada até atingir 14.600 ciclos, que representa 1 ano de escovação por um indivíduo saudável52 e corresponde a 41 minutos de funcionamento do equipamento. Posteriormente, foi realizada a mesma sequência do ensaio corrosivo do Grupo G1, ou seja: OCP + Aplicação de Potencial anódico à -250mV + EIS à -250 mV. Para o Grupo G4 primeiro foi realizado o ensaio de escovação mecânica, (14.600 ciclos). Em seguida, foi realizado a mesma sequência do ensaio corrosivo do Grupo G2 , ou seja: OCP + Aplicação de Potencial Catódico à +1000 mV + EIS a +1000 mV. Os resultados obtidos mostram não haver alteração estatisticamente significante na rugosidade superficial dos corpos-de-prova entre os grupos testados. No entanto, as imagens obtidas através dos testes de Interferometria Digital 3D e Microscopia eletrônica de varredura, sugerem a formação de superfícies com menos irregularidades, para os grupos 3 e 4, os quais foram submetidos a escovação mecânica antes dos ensaios eletroquímicos. Os valores da resistência do óxido (Róxido) observada após a EIS á -250 mV (grupos 1 e 3) e á + 1000 mV (grupos 2 e 4) foram estaticamente diferentes entre si (p&le;0,05), sendo que os grupos 1 e 2 , submetidos somente ao teste eletroquímico, demonstraram menor resistência do óxido, quando comparados com os grupos 3 e 4, escovados mecanicamente antes do teste eletroquímico. Concluiu-se que a escovação interfere positivamente na resistência a corrosão do Ti cp. / The use of metal alloys in dentistry continues to have application in many clinical situations of conventional prosthesis and implants. The aim of this study was to evaluate the effect of brushing and corrosion on the cp Ti surface. Specimens were prepared with 15.0 mm diameter and 2.5 mm thickness, obtained by the method of lost wax casting. Then divided into 4 groups (n=6). Electrochemical tests and mechanical brushing (abrasion) were performed. For the analysis of Open Circuit Potential (OCP), the measurement period was 1 hour, with the potential of sample reading every 0.6 seconds. For Group G1 Pontecial Open Circuit (OCP) analysis was performed, then applying a Anode potential at -250 mV for 1 hour and soon after, performed the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) at -250mV. For the Group G2 OCP analysis was performed, then applying a Cathodic Potential at +1000 mV for 1 hour and soon after, performed the EIS at +1000 mV. The Groups G1 and G2 were not subjected to mechanical brushing test. The Group G3was submitted, first, the mechanical brushing, and the machine was thrown up to 14,600 cycles, which represents 1 year of brushing for a healthy individual [52] and corresponds to 41 minutes of operation of the equipment. Subsequently, the same sequence of G1 Group corrosive test was performed (OCP + Potential Application of anodic at - 250mV + EIS at -250 mV). For the group G4, first mechanical brushing (14,600 cycles) was performed. Then was performed the same sequence of Group G2 corrosive test, (OCP + Application of Cathodic Potential at +1000 mV + EIS at +1000 mV). The results showed no statistical significance change of surface roughness between the tested groups. However, the images obtained through the 3D Digital interferometry and scanning electron microscopy tests , suggest the formation of surfaces with less irregularities, for groups 3 and 4, which were subjected to mechanical brushing before the electrochemical tests. The oxide resistance values (Róxido) observed after the EIS at -250 mV (groups 1 and 3) and at +1000 mV (groups 2 and 4) were statistically different ( p &le; 0.05 ), and the groups 1 and 2 ,subjected only to the electrochemical test showed less oxide resistance when compared with groups 3 and 4, mechanically brushed before the electrochemical testing. It was concluded that brushing positively interferes at the corrosion resistance of cp Ti.

O uso de ligas metálicas na odontologia continua tendo aplicação em grande número de situações clínicas de próteses convencionais ou sobre implantes. O objetivo deste estudo foi avaliar a corrosão superficial do Ti cp, submetido a processo de escovação. Foram confeccionados espécimes, com 15,0 mm de diâmetro e 2,5 mm de espessura, obtidos pelo método de fundição por cera perdida. Em seguida, divididos em 4 grupos (n=6). Ensaios eletroquímicos e escovação mecânica (abrasão) foram realizados. Para a análise de Potencial em Circuito Aberto (OCP), o período de mensuração foi de 1 hora, com leitura do potencial da amostra a cada 0,6 segundos. No Grupo G1 foi realizada a análise de Pontecial em Circuito Aberto (OCP), em seguida, aplicado um Potencial Anódico a -250 mV por 1 hora e logo após, realizada a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) à -250mV. Para o Grupo G2 foi realizada a análise de OCP, em seguida, aplicado um Potencial Catódico a +1000 mV por 1 hora e logo após, realizada a EIS à +1000 mV. Os Grupos G1 e G2 não foram submetidos ao teste de escovação mecânica. O Grupo G3 foi submetido, primeiramente, ao ensaio de escovação mecânica, sendo a máquina acionada até atingir 14.600 ciclos, que representa 1 ano de escovação por um indivíduo saudável52 e corresponde a 41 minutos de funcionamento do equipamento. Posteriormente, foi realizada a mesma sequência do ensaio corrosivo do Grupo G1, ou seja: OCP + Aplicação de Potencial anódico à -250mV + EIS à -250 mV. Para o Grupo G4 primeiro foi realizado o ensaio de escovação mecânica, (14.600 ciclos). Em seguida, foi realizado a mesma sequência do ensaio corrosivo do Grupo G2 , ou seja: OCP + Aplicação de Potencial Catódico à +1000 mV + EIS a +1000 mV. Os resultados obtidos mostram não haver alteração estatisticamente significante na rugosidade superficial dos corpos-de-prova entre os grupos testados. No entanto, as imagens obtidas através dos testes de Interferometria Digital 3D e Microscopia eletrônica de varredura, sugerem a formação de superfícies com menos irregularidades, para os grupos 3 e 4, os quais foram submetidos a escovação mecânica antes dos ensaios eletroquímicos. Os valores da resistência do óxido (Róxido) observada após a EIS á -250 mV (grupos 1 e 3) e á + 1000 mV (grupos 2 e 4) foram estaticamente diferentes entre si (p&le;0,05), sendo que os grupos 1 e 2 , submetidos somente ao teste eletroquímico, demonstraram menor resistência do óxido, quando comparados com os grupos 3 e 4, escovados mecanicamente antes do teste eletroquímico. Concluiu-se que a escovação interfere positivamente na resistência a corrosão do Ti cp. / The use of metal alloys in dentistry continues to have application in many clinical situations of conventional prosthesis and implants. The aim of this study was to evaluate the effect of brushing and corrosion on the cp Ti surface. Specimens were prepared with 15.0 mm diameter and 2.5 mm thickness, obtained by the method of lost wax casting. Then divided into 4 groups (n=6). Electrochemical tests and mechanical brushing (abrasion) were performed. For the analysis of Open Circuit Potential (OCP), the measurement period was 1 hour, with the potential of sample reading every 0.6 seconds. For Group G1 Pontecial Open Circuit (OCP) analysis was performed, then applying a Anode potential at -250 mV for 1 hour and soon after, performed the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) at -250mV. For the Group G2 OCP analysis was performed, then applying a Cathodic Potential at +1000 mV for 1 hour and soon after, performed the EIS at +1000 mV. The Groups G1 and G2 were not subjected to mechanical brushing test. The Group G3was submitted, first, the mechanical brushing, and the machine was thrown up to 14,600 cycles, which represents 1 year of brushing for a healthy individual [52] and corresponds to 41 minutes of operation of the equipment. Subsequently, the same sequence of G1 Group corrosive test was performed (OCP + Potential Application of anodic at - 250mV + EIS at -250 mV). For the group G4, first mechanical brushing (14,600 cycles) was performed. Then was performed the same sequence of Group G2 corrosive test, (OCP + Application of Cathodic Potential at +1000 mV + EIS at +1000 mV). The results showed no statistical significance change of surface roughness between the tested groups. However, the images obtained through the 3D Digital interferometry and scanning electron microscopy tests , suggest the formation of surfaces with less irregularities, for groups 3 and 4, which were subjected to mechanical brushing before the electrochemical tests. The oxide resistance values (Róxido) observed after the EIS at -250 mV (groups 1 and 3) and at +1000 mV (groups 2 and 4) were statistically different ( p &le; 0.05 ), and the groups 1 and 2 ,subjected only to the electrochemical test showed less oxide resistance when compared with groups 3 and 4, mechanically brushed before the electrochemical testing. It was concluded that brushing positively interferes at the corrosion resistance of cp Ti.

A degradação de materiais metálicos odontológicos é um processo comum, que normalmente acontece devido à ação de solicitações mecânicas e/ou devido à degradação por parte do ambiente fisiológico em que o material está inserido (saliva humana). Adicionalmente, os materiais metálicos odontológicos estão muitas vezes sujeitos, nas zonas de contato com o elemento dentário ou nas zonas de contato metal/porcelana, a movimentos (devido essencialmente às cargas de mastigação) e a solicitações químicas (ambiente da cavidade bucal). Nestas condições, os materiais metálicos odontológicos estão inseridos num sistema de tribocorrosão, que suscita um processo de degradação complexo podendo levar à falha. No entanto, o filme passivo que naturalmente cresce na superfície metálica do material odontológico, pode ser danificado ou mesmo destruído durante a inserção da prótese, por abrasão do metal com o dente ou com outros materiais. Assim como os materiais dentários restauradores, os dentes estão sob exigências mecânica e química/eletroquímica, e possível efeito de sinergismo da ação combinada da corrosão e cargas mecânicas podem, em algumas circunstâncias, levar à degradação dos dentes e/ou de materiais restauradores. Neste trabalho é estudado o comportamento da corrosão e da tribocorrosão de materiais restauradores atualmente utilizados na prática odontológica (NiCr, NiCrTi, CoCr e Ticp). Os testes foram conduzidos em solução de saliva artificial preconizada por Fusayama. Testes eletroquímicos foram empregados para investigar o comportamento corrosivo dos materiais. Testes de tribocorrosão foram efetuados na configuração de deslizamento linear alternativo, na presença da solução de saliva artificial, em contato com o dente natural. As cargas normais utilizadas foram: 3N e 10N. Nos testes movimento linear alternativo, foram impostas duas diferentes condições electroquímicas: OCP e controle potenciostático na região passiva da curva de polarização (500 mV). Adicionalmente, com o objetivo de obter informação mais detalhada sobre as características do filme passivo original assim como do filme passivo formado após os testes tribocorrosão, foram efetuados testes de Espectroscopia de Impedância Electroquímica (EIS), antes e depois do desgaste mecânico. A superfície mecânica, as propriedades estrutural e química dos materiais estudados, o dente e a superfície utilizada foram avaliadas por MEV/EDS/AFM. Baseado nos resultados obtidos é possível observar que a introdução de Ti na liga de NiCr resultou em um comportamento distinto, que essencialmente pode ser atribuído às características do filme passivo formado na superfície do material e pelo movimento cinético de re-formação do filme em cada ciclo de deslizamento. O Ticp apresentou excelente resistência à corrosão durante a polarização potenciodinâmica e superfície mais alterada pelo contato tribológico, com formação de tribocamadas e elevada alteração/desgaste, assim como houve transferência de metal para a superfície do elemento dentário que produziu alterações nas propriedades mecânicas do dente. / Dental material degradation is a common process usually caused by mechanical stress and/or by the physiological environment (human saliva) that surround the material. These types of dental material are frequently submitted to movements at the contact region with teeth or at the metal/porcelain interface (due to the transmitted mastication loads) and chemical solicitations (oral environment). Such dental material becomes part of a tribocorrosion system, which may undergo a complex degradation process that can lead to dental materials failure. Additionally, the passive film, which naturally grows on the metallic surface, can be scratched or destroyed during the prosthesis insertion by abrasion with tooth and other materials. Thus as restorative dental materials, the teeth are under complex demands from a mechanical and chemical/electrochemical point of view, and the possible synergism effects caused by the combined action of corrosion and mechanical loading may, in some circumstances, lead to the degradation of the materials and/or teeth. In this research, the corrosion and tribocorrosion behavior of restorative materials presently used in the dental practice (NiCr, NiCrTi, CoCr and Ticp) is studied. Tests were conducted in Fusayama modified artificial saliva solution. Electrochemical tests were applied to investigate the corrosion behavior of the materials. Tribocorrosion tests were conducted in the reciprocating sliding configuration in the presence of the saliva solution and in contact with natural teeth. Normal load were 3N and 10 N. In reciprocating tests, two different electrochemical conditions were imposed: OCP and potentiostatic control in the passive region of the polarization curve (0.5 V). Also, to obtain more detailed information on the characteristics of the original and reformed passive film, EIS measurements were made before and after the mechanical damage. In both cases, all metallic samples and teeth were characterized by SEM, EDS, and AFM techniques. Based on the results a detailed discussion of the tribocorrosion mechanisms is done. In particular it could be observed that the introduction of Ti in the NiCr alloy resulted in a distinctive behavior, which could be essentially attributed to the characteristics of the passive film formed on the surface of each material and to the re-forming kinetics of the film in each sliding cycle. The Ticp presented excellent corrosion resistance during the polarization and it surface altered by the tribology contact, with tribolayers and high alteration, as well as it had metal transference for the dental element surface that produced alterations in the tooth mechanical estates.

Orientador: Luís Augusto Sousa Marques da Rocha / Resumo: O titânio (Ti) é um material que apresenta boa resistência à fadiga e à corrosão. Ainda que seja utilizado na fabricação de próteses ortopédicas e implantes dentários, o titânio metálico não é bioativo, ou seja, não é capaz de provocar reações que favoreçam a fixação de implantes, biocolonização ou a regeneração de tecidos, além de apresentar alguns inconvenientes relacionados a propriedades de superfície, que podem levar à sua degradação. Para fins biomédicos, essa degradação se dá principalmente por processos de tribocorrosão, que ocorre quando ações mecânicas e químicas acontecem de formas concomitantes. Diante deste cenário, superfícies de titânio (Ti) foram recobertas com filmes finos de óxido de titânio (TiO2) por meio da técnica de Sputtering reativo. O principal objetivo do trabalho foi entender como as fases anatase e rutilo dos filmes de TiO2, produzidos por sputtering reativo, podem influenciar na resistência dessas superfícies de titânio, recobertas, à tribocorrosão. São apresentadas análises estruturais e de composição desses filmes, a partir de difração de raios-X e espectroscopia Raman, que confirmam a obtenção de filmes finos compostos de diferentes proporções entre as fases anatase e rutilo, além de uma análise detalhada da forma de crescimento, a partir de microscopia eletrônica de transmissão (MET). O trabalho apresenta uma análise da resistência dos filmes finos de TiO2 no que diz respeito aos mecanismos de tribocorrosão, em meios fisiológicos. Nesse senti... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Titanium (Ti) is a material that has good resistance to fatigue and corrosion. Although it is used in the manufacture of orthopedic prostheses and dental implants, metallic titanium is not bioactive, that is, it is not capable of causing reactions that favor the fixation of implants, biocolonization or tissue regeneration, in addition to presenting some inconveniences related to surface properties, which can lead to its degradation. For biomedical purposes, this degradation occurs mainly through tribocorrosion processes, which occur when mechanical and chemical actions occur in concomitant ways. In view of this scenario, titanium (Ti) surfaces were covered with thin films of titanium oxide (TiO2) using the reactive Sputtering technique. The main objective ofthe work was to understand how the different phases present in TiO2films, anatase and rutile, can influence the resistance of these surfaces relatedto tribocorrosion.Structural and composition analyzes of these films are presented, using X-ray diffraction and Raman spectroscopy, which confirm the achievement of thin films composed of different proportions between the anatase and rutile phases. Inaddition, a detailed analysis of the growth morphology was performed using transmission electron microscopy (TEM). The work presents an analysis of the resistance of TiO2thin films with respect to tribocorrosion mechanisms, in physiological media. In this sense, the tribocorrosion tests were carried out, the electrochemical data ar... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Turbulent fluid flow at high Reynolds numbers presents significant degradation risks to active-passive metals due to enhanced localized degradation phenomena. A multidisciplinary experiment was proposed to study the relationship between hydrodynamics in fully-developed pipe flow and both the growth and performance characteristics of passive films. Preliminary work was performed to set up (i) an environmental chamber for the experiment, (ii) design a custom wall shear stress sensor and constant temperature anemometer traverse system to monitor hydrodynamic conditions in-situ, (iii) monitor in-situ degradation through an array of ultrasonic thickness transducers, and (iv) acquire data and control the environment via a LabVIEW routine. A validation experiment was conducted on a 1220 mm long experimental section of 45.7 mm inner diameter AA2024-T3 tubing in simulated seawater. Extensive degradation was observed in-situ and confirmed with ex-situ techniques after sequential exposure to fully-developed turbulent flow at an expected wall shear stress of 10 Pa for 180ks (Reynolds number of 122,000) and then at 40 Pa for 630ks (Reynolds number of 262,000). No typical erosion-corrosion hydrological features were observed, however significant pitting and intergranular corrosion were observed with corrosion product caps covering 47% of the total ultrasonic transducers' measurement area. Passive film and pit growth were recorded via ultrasonic thickness measurements with an observed simultaneous decrease in dissolved oxygen content. The validation experiment successfully demonstrated the capability of the designed and constructed sensors for the proposed experiment. Numerous areas of suggested development and research were identified to ensure accuracy and improve interpretation of future experiments. / Master of Science / The durability and degradation resistance of aluminum and its alloys are of significant interest due to their widespread applications across several industries in which they experience a wide variety of environmental conditions. These materials are attractive for many reasons, most notably due to their low density, cost, and the ability to tailor their material properties for specific applications through selective alloying, heat treatments, and/or cold working. Aluminum displays active-passive behavior and naturally develops a protective oxide that can be improved through anodization, known as a passive film. The oxide provides a physical, chemical, and electrical boundary between the substrate and its environment that resists degradation, but the oxide is still vulnerable to highly aggressive environments due to tribocorrosion. Specifically, aggressive turbulent fluid flow at high Reynolds numbers presents significant degradation risks to aluminum alloys and other active-passive metals. An original multidisciplinary experimental program was proposed and designed to study the relationship between hydrodynamics in fully-developed turbulent pipe flow and both the growth and performance characteristics of passive films. The study was motivated by the lack of and disagreement between reported hydrodynamic data that lead to passive film failure. It is believed that the characterization of this relationship may yield suggested procedures for improving the corrosion resistance of both passive films and artificial coatings. In order to perform the proposed experiment, several preliminary tasks were conducted. An environmental chamber was modified and characterized to ensure the desired hydrodynamic conditions could to achieved and sustained. The environmental chamber, known as the Virginia Tech High Turbulence Corrosion Loop is single direction, variable Reynolds number environment where a material is exposed to fully-development turbulent pipe flow. A custom wall shear stress sensor and a constant temperature anemometer traverse system were designed to measure the hydrodynamic parameters of wall shear stress and degrees of turbulence during experimental operation. An array of fifteen ultrasonic thickness transducers provided in-situ degradation measurements of experimental materials. Degradation measurements and environmental conditions were conducted and monitored remotely and frequently via a custom software routine. A validation experiment was conducted on a 1220 mm long experimental section of 45.7 mm inner diameter AA2024-T3 tubing in simulated seawater to verify the capability of performing the proposed experiment with the constructed equipment and provide a baseline for expected degradation. Extensive degradation was observed in-situ and confirmed after with ex-situ techniques after sequential exposure to fully-developed turbulent flow conditions at an expected iv wall shear stress of 10 Pa for 180ks (Reynolds number of 122,000) and then at 40 Pa for 630ks (Reynolds number of 262,000). No typical erosion-corrosion hydrological features were observed, however significant pitting and intergranular corrosion were observed with corrosion product caps covering 47% of the total ultrasonic transducers’ measurement area. Passive film and pit growth were recorded via ultrasonic thickness measurements with an observed simultaneous decrease in dissolved oxygen content. The validation experiment successfully demonstrated the capability of the designed and constructed sensors for the proposed experiment. Numerous areas of suggested development and research were identified to ensure accuracy and improve interpretation of future experiments.

Ce travail porte sur l’étude du comportement d’un acier inoxydable (matériau passivable) en situation de tribocorrosion. L’accent a été mis sur l’effet de synergie existant entre la sollicitation mécanique et l’électrochimie du milieu, conduisant à une usure significative. Dans un premier temps, une méthodologie a été mise en place, sur une microstructure ferritique, pour quantifier cette synergie et ses deux composantes que sont l’électrochimie accélérée par l’usure (E.A.U.) et l’usure accélérée par l’électrochimie (U.A.E.). La première représente la dissolution du matériau consécutive à l’action mécanique du pion sur la surface. La seconde rend compte des modifications des propriétés mécaniques de la surface induites par l’électrochimie. Les paramètres de la sollicitation mécanique étant tout d’abord fixés, l’évolution des composantes de l’effet de synergie a été étudiée en fonction du caractère oxydant d’un milieu acide, modifié à l’aide d’un potentiostat. Un minimum d’usure, déterminé sous polarisation cathodique est considéré comme l’usure mécanique de référence. Dans le domaine passif, pour des potentiels passifs croissants, l’U.A.E. diminue suite à un épaississement de la partie oxyde du film passif, renforçant les propriétés mécaniques de la surface. A l’inverse, l’augmentation de l’E.A.U. s’explique par une intensité supérieure des réactions d’oxydation sur la surface mise à nu au cours du frottement. Ceci conduit à une usure maximale pour un potentiel passif intermédiaire. L’évolution des composantes de l’effet de synergie a ensuite été investiguée en potentiel libre sous les influences croisées de l’acidité du milieu et du temps de latence. L’E.A.U. augmente avec l’acidité en lien avec une dissolution plus prononcée mais diminue pour un temps de latence plus court suite à la diminution du couplage galvanique entre la trace d’usure partiellement repassivée et la zone cathodique. La diminution du temps de latence limite la maturation du film passif. En milieu acide, l’U.A.E. ne diminue pas car le film passif, majoritairement constitué d’oxyde, conserve son caractère abrasif. A l’inverse en milieu neutre, la proportion d’hydroxyde étant alors majoritaire, l’U.A.E. diminue. Dans un second temps, l’influence de la microstructure sur le comportement à la tribocorrosion a été mise en évidence en fonction des paramètres étudiés précédemment. Après traitement thermique, l’acier inoxydable présente une microstructure ferrito martensitique. En considérant l’usure totale, l’effet de la microstructure apparait négligeable sur la tenue à la tribocorrosion en potentiel libre, dans les conditions étudiées. Le biphasage est par contre bénéfique lorsque le frottement se déroule sous potentiels cathodiques ou passifs grâce à un transfert d’effort de la martensite à la ferrite sous-jacente. De même, l’effet délétère du film passif sur les propriétés mécaniques de la surface est réduit lorsque la microstructure comporte une phase dure (U.A.E.). / This study deals with the behaviour of a stainless steel (passive material) undergoing tribocorrosion. Focus has been put on the synergistic effect existing between mechanical action and medium electrochemistry, leading to significant wear. In a first step, a methodology has been set up, on a ferritic microstructure, to quantify this synergy as well as its two compounds that are the wear-accelerated electrochemistry (W.A.E.) electrochemistry-accelerated wear (E.A.W.). The former stands for the material dissolution following the mechanical action of the pin on the surface. The latter accounts for the modifications of the surface mechanical properties induced by electrochemistry. The parameters of the mechanical action being set, the evolution of the synergistic effect compounds has been studied as a function of the oxidizing feature of an acidic medium, modified by using a potentiostat. A minimum of wear, determined under cathodic polarisation is considered as the reference mechanical wear. In the passive domain, for higher passive potentials, E.A.W. decreases due to the thickening of the oxide part of the passive film, enhancing the mechanical properties of the surface. On the contrary, the W.A.E. increase is explained by more intense oxidising reactions occurring on the bare material revealed to the electrolyte by sliding. This leads to a maximum wear obtained at an intermediate passive potential. The evolution of the synergistic effect compounds has then been investigated under free potential condition with crossed influences of the medium acidity and the latency period. The more acidic the medium, the greater the W.A.E. because dissolution is enhanced. However, it decreases with a shorter latency period because of a weaker galvanic coupling between the partially repassivated wear track and the cathodic surface. The latency period decrease limits the passive film maturation. In acidic medium, E.A.W. does not decrease because the passive film, mainly composed of oxide, keeps its abrasive feature. To the opposite, in neutral medium, the hydroxide proportion being majority, E.A.W. decreases. In a second step, the microstructure influence on the tribocorrosion behaviour has been evidenced as a function of the previously studied parameters. After a thermal treatment, the stainless steel shows a ferrite-martensite microstructure. Considering global wear, the microstructure effect appears to be negligible on the tribocorrosion resistance in free potential situation, under the studied conditions. On the contrary, a two-phase microstructure is beneficial when sliding is performed under cathodic or passive potentials thanks to a mechanical transfer occurring from the martensite to the underlying ferrite. Moreover, the detrimental effect of the passive film on the surface mechanical properties is reduced when the microstructure involves an hard phase (E.A.W.).

La présente thèse doctorale vise à analyser le comportement tribologique, en corrosion et en tribocorrosion des nouveaux aciers inoxydables martensitiques et leurs mécanismes de dégradation pour applications aéronautiques. Pour ce faire, techniques électrochimiques, tribo-électrochimiques et d’analyse de surface ex-situ ont été utilisés. L'usure est affectée par la dureté du matériau et le durcissement lors du glissement de contact. Les aciers inoxydables martensitiques ont montré une augmentation de résistance à la rayure, mais une plus grande perte de matière lors des essais tribologiques à sec par rapport à l'acier inoxydable austénitique. La résistance à la corrosion des aciers inoxydables martensitiques est favorisée par leur passivité, dont la cinétique du film passif peut être décrite par un modèle de type high-field. La vitesse de dissolution passive dépend de la composition chimique de la surface du matériau, ce qui diminue la teneur en Cr dans la couche passive. Les mécanismes de dégradation en tribocorrosion des aciers inoxydables martensitiques comprennent déformation plastique, shakedown et fatigue de de type oligo-cyclique. Les conséquences de ces mécanismes impliqués dépendent des conditions électrochimiques qui prévalent. / The present Doctoral Thesis aimed to analyze the tribological, corrosion and tribocorrosion behavior of new martensitic stainless steels and their degradation mechanisms for aeronautical applications. For this, electrochemical, tribo-electrochemical and ex-situ surface analysis techniques were used. Wear damage was found to be critically affected by the hardness of the material and its hardening during sliding. Martensitic stainless steels showed higher scratch wear resistance but higher wear material loss when compared to the austenitic stainless steel. Corrosion resistance of martensitic stainless steels is driven by their passivity, whose kinetics can be described through a high field conduction model. Passive dissolution rate depends on the surface chemistry of the material, thus decreasing with the Cr content in the passive film. Degradation mechanisms involved in tribocorrosion of martensitic stainless steels included plastic deformation, shakedown and low-cycle fatigue. The consequences of those involved mechanisms depended on the prevailing electrochemical conditions. / La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo analizar el comportamiento tribológico, frente a la corrosión y a la tribocorrosión de nuevos aceros inoxidables martensíticos y sus mecanismos de degradación en aplicaciones aeronáuticas. Para ello, se han utilizado técnicas electroquímicas, tribo-electroquímicas y de análisis de superficie ex-situ. El desgaste depende de la dureza del material y de su endurecimiento durante el deslizamiento. Los aceros inoxidables martensíticos mostraron una mayor resistencia al rallado pero una mayor pérdida de material en el ensayo tribológico de desgaste si se compara con el acero inoxidable austenítico. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables martensíticos es promovida por su pasividad, cuya cinética puede ser descrita a través de un modelo de tipo high field. La velocidad de disolución pasiva depende de la química de la superficie del material, disminuyendo por lo tanto con el contenido de Cr en la película pasiva. Los mecanismos de degradación en tribocorrosión de los aceros inoxidables martensíticos incluyen deformación plástica, shakedown y fatiga de bajo ciclo. Las consecuencias de esos mecanismos dependen de las condiciones electroquímicas del sistema. / La present Tesi Doctoral té com a objectiu analitzar el comportament tribològic, front a la corrosió i a la tribocorrosió de nous acers inoxidables martensítics i els seus mecanismes de degradació en aplicacions aeronàutiques. Per tot això, s'han utilitzat tècniques electroquímiques, tribo-electroquímiques i d'anàlisi de superfície ex-situ. El desgast depen de la duresa del material i del seu enduriment durant el lliscament. Els acers inoxidables martensítics van mostrar una major resistència al ratllat però una major pèrdua de material en l'assaig tribològic de desgast si es compara amb l'acer inoxidable austenític. La resistència a la corrosió dels acers inoxidables martensítics és promoguda per la seva passivitat, i la seua la cinètica pot ser descrita a través d'un model de tipus high field. La velocitat de dissolució passiva depen de la química de la superfície del material, disminuint per tant amb el contingut de Cr en la pel·lícula passiva. Els mecanismes de degradació en tribocorrosió dels acers inoxidables martensítics inclouen deformació plàstica, shakedown i fatiga de baix cicle. Les conseqüències d'aquests mecanismes depenen de les condicions electroquímiques del sistema.