Orientador: Vladimir Prokofievich Poliakov / Co-orientador: Carlos José de Mesquita Siqueira / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 2005 / Inclui bibliografia e anexos / Resumo: Pesquisas em aplicações de materiais avançados em próteses artificiais que apontam em minimizar as complicações biomecânicas de materiais implantados é atualmente de grande interesse. O desgaste provocado por pequenas partículas geradas do polietileno do peso molecular ultra alto (UHMWPE), usado geralmente no material de implante da taça acetabular da articulação coxo-femural foi reduzido ultimamente por um fator 30-600, revestindo as partes metálicas com um filme duro de DLC. A presença das partículas do polietileno são consideradas o principal fator que induz à osteólise. As tentativas precedentes em se revestir o UHMWPE com filmes finos duros resistentes ao desgaste pelo método CVD (Deposição Química de Vapor) e em combinação com métodos diferentes por PVD (Deposição Física de Vapor) não obtiveram sucesso. O trabalho atual inclui resultados de caracterização físico-química, de propriedades mecânicas (nanodureza, módulo elástico) e de testes tribológicos de filmes duros DLC depositados no UHMWPE. A caracterização físico-química dos filmes DLC foram realizadas por Espectroscopia Raman (RS), Análise de Reação Nuclear (NRA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados da análise de Espectroscopia Raman dos filmes DLC PVD e DLC CVD depositados em UHMWPE são diferentes daqueles para os filmes DLC PVD sem hidrogênio e assemelham-se aos resultados dos filmes DLC CVD com hidrogênio. Todo filme depositado por PVD e CVD em polietileno contêm hidrogênio. O teor de hidrogênio dos filmes DLC PVD são menores (6.0 %) do que os depositados por CVD (23 - 25%) analisados por NRA. A nanodureza e o módulo elástico dos filmes DLC PVD com espessuras de 0,25 ?m e 1?m sobre UHMWPE apresentaram valores da ordem de 10 GPa e 50-100 GPa respectivamente. A nanodureza é sensivelmente maior do que para os filmes de DLC CVD (0,6 GPa). O comportamento tribológico foi estudado por deslizamento recíproco através de um tribômetro linear. Verificou-se que o coeficiente de atrito variou de 0,12 para o UHMWPE não revestido a 0,18 para o DLC PVD e DLC CVD após quarenta mil ciclos. Para ensaios mais longos, há uma tendência de redução o coeficiente de atrito para o DLC PVD, mostrando maior poder de lubrificação. Quanto ao desgaste, mostrou-se que as taxas apresentadas pelo UHMWPE revestido por DLC PVD é equivalente ao do material não revestido, para ensaios até duzentos mil ciclos. Os resultados encontrados até o momento, para as condições de deposição dos filmes utilizados neste trabalho não sugerem que o revestimento do UHMWPE seja uma alternativa promissora para minimizar as complicações biomecânicas associadas à articulação do implante. / Abstract: Research in advanced materials aplications in artificial prosthetics aiming to minimize the biomechanical complications of the implanted materials is presently of great interest .The wear of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) particulate commonly used in hip joints as material for acetabular cup was lately decreased by a factor 30-600 by coating metallic substrates with a hard DLC film. The wear generated by particulates of polyethylene are considered to be the main origin inducing osteolysis. Previous attempts to cover UHMWPE with hard wear resistant thin films by CVD (Chemical Vapour Deposition) method and also in combination with different PVD (Physical Vapour Deposition) methods had not been succeeded . The present work includes the results of the physical chemical characterization, mechanical properties (nanohardness , elastic modulus ) and tribological tests of hard DLC films deposited on UHMWPE . Physical chemical characterization of DLC films they had been carried through Raman Spectroscopy (RS) , Nuclear Reaction Analysis (NRA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) The results of Raman Spectroscopy analysis of DLC PVD and DLC CVD films deposited on UHMWPE are different from those for hydrogen free DLC PVD films without hydrogen and resemble it the results of films DLC CVD with hydrogen. All of that films PVD and CVD deposited on polyethylene substrates contain hydrogen . Content of hydrogen in carbon films DLC PVD are smaller (6,0 %) than that in CVD (23 - 25%) analyzed by NRA . The nanohardness and elastic modulus of DLC PVD with thickness from 0,25 ?m - 1,0?m deposited on UHMWPE obtained values in the order of 10 GPa and 50-100 GPa respectively. The nanohardness is noticeably larger than those for DLC CVD films (0,6 GPa). The tribological behavior was studied by reciprocating sliding through linear tribometer.It was verified that the friction coefficient varied of the 0,12 for the UHMWPE not coated to 0,18 for DLC PVD and DLC CVD after forty thousand cycles. For longer tests, it has a reduction trend of the friction coefficient for DLC PVD, showing greater to be able of lubrication. About the wear, revealed that the rates presented for the UHMWPE coated for DLC PVD are equivalent to the material not coated, for tests up to two hundred thousand cycles. The results found until the moment, for the conditions from deposition of the films used in this work do not suggest that covering of UHMWPE is a promising alternative to minimize the biomechanics complications associates to the joint of the implantation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/38155 |
| Date | January 2005 |
| Creators | Dechandt, Simone Tod |
| Contributors | Siqueira, Carlos Jose de Mesquita, Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Poliakov, Vladimir Prokofievich, 1938- |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | viii, 100f. : il., grafs., tabs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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