Estudo da resistência ao desgaste de novas ligas de titânio visando aplicações ortopédicas

O titânio e suas ligas têm mostrado importante aplicação no setor biomédico por apresentarem excelentes e combinadas propriedades tais como elevada relação resistência/massa específica, baixo módulo de elasticidade, elevada resistência à corrosão em ambientes corpóreo e salino e alta biocompatibilidade. Entretanto, a liga Ti-6Al-V, amplamente utilizada nesse setor, apresenta problemas de resistência ao desgaste e liberação de íons tóxicos. Nesse sentido, ligas do sistema Ti-Si-B têm se demonstrado como alternativa por serem compostas por elementos naturalmente presentes na composição óssea e portanto, apresentarem superior biocompatibilidade. Em particular, a fase ternária Ti6Si2B desse sistema, possui elevada resistência à corrosão, potencial resistência quando submetida a condições de desgaste e mantem-se estável quando há o acréscimo de zircônio em até 7% atômico. O objetivo desse estudo foi verificar o comportamento tribológico de novas ligas de titânio para aplicações ortopédicas. Lingotes das ligas Ti-6Zr-2Si-1B, Ti-6Zr-6Si-3B e Ti-6Zr-10Si-5B foram produzidas via fusão a arco e posteriormente tratadas a 1100°C por 20 horas. Para obtenção de informações microestruturais, amostras das ligas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de dispersão de energia (MEV/EDS), difração de raios X (DRX) e microscopia de força atômica (MFA). A caracterização mecânica foi realizada através de ensaio de microdureza Vickers e ensaio de desgaste no modo de movimento oscilatório em meio seco e lubrificado. Em todas as ligas foi observada a presença das fases TiB, Ti3Si e Tiss e, portanto, com a rota de processamento adotada, não foi possível observar a formação da fase Ti6Si2B. Os resultados indicaram ainda que o zircônio foi preferencialmente dissolvido nas fases Ti3Si e Tiss. Os processos de lixamento e polimento proporcionaram superfícies homogêneas para todas as amostras de modo que a rugosidade média foi inferior a 0,8μm, conforme preconizado. Os valores médios de microdureza ficaram entre 272,2 e 397,8 HV, valores que se mostraram crescente, como esperado, com o aumento dos metalóides Si e B. A liga Ti-6Zr-10Si-5B apresentou o maior coeficiente de atrito na condição seca, onde foi observada relação direta com a microdureza, enquanto que na condição lubrificada, apesar de a liga Ti-6Zr-10Si-5B continuar apresentando o maior coeficiente de atrito, não foi observada a mesma relação com a microdureza. Em relação a perda de volume por desgaste, na condição seca a liga Ti-6Zr-2Si-B apresentou os maiores valores enquanto na condição lubrificada a maior perda foi observada na liga Ti-6Zr-10Si-5B. Os mecanismos de desgaste em todas as ligas em condição seca foram abrasivos, ao passo que em condição lubrificada, foram detectadas desgaste abrasivo, adesivo e corrosivo, sendo este mais evidente na liga Ti-6Zr-10Si-5B.