Desarrollo de aleaciones ss ti-nb-mo mediante pulvimetalurgia para aplicaciones biomédicas
- Autores: Mauricio Viera
- Directores de la Tesis: Vicente Amigó Borrás (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Torralba Castelló (presid.), David Busquets Mataix (secret.), Alberto Moreira Jorge Junior (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería y Producción Industrial por la Universitat Politècnica de València
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
Dentro del sector biomédico, el titanio y sus aleaciones han desplazado a otros materiales como el acero inoxidable 316L y las aleaciones Co-Cr por ofrecer un módulo elástico más cercano al hueso cortical, lo que reduce sustancialmente el efecto de apantallamiento de tensiones. Una manera de disminuir aún más el módulo elástico es estabilizando la fase cúbica beta (bcc) del titanio a temperatura ambiente mediante la adición de elementos como el Nb y Mo, cuya biocompatibilidad ha sido comprobada en numerosos estudios.
La ruta convencional para el procesado de estas aleaciones es la fundición y/o forja, pero en esta investigación se ha optado por la pulvimetalurgia ya que el desperdicio de material es mínimo y se reducen las etapas posteriores de tratamientos térmicos y mecanizado, facilitando el procesado en general y reduciendo los costos. Además, el carácter refractario de los elementos estabilizadores beta justifica aún más el empleo de un método de consolidación en estado sólido como la pulvimetalurgia donde no es necesario alcanzar temperaturas tan elevadas.
Por tanto, en una primera aproximación se han procesado aleaciones de Ti-xNb-yMo (x = 13, 20, 27, 35 ; y = 12, 10, 8, 6; % en peso) mediante pulvimetalurgia convencional para estudiar el efecto del Nb y Mo en la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones. A fin de atacar otros problemas inherentes del proceso como la porosidad y la falta de homogeneidad en la microestructura se ha acudido a la mezcla mecánica de polvos de la aleación Ti-35Nb-6Mo, evaluando también el efecto de diferentes agentes controladores de proceso en la molienda. Por último, se ha tratado la superficie de las aleaciones Ti-27Nb-8Mo y Ti-35Nb-6Mo mediante fusión por láser con diferentes parámetros para estudiar la capacidad del proceso de cerrar la porosidad abierta, mejorar la homogeneidad superficial, y evaluar su efecto en la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones.
Pese a aumentar la porosidad en función del contenido de Nb, las aleaciones Ti-27Nb-8Mo y Ti-35Nb-6Mo de las obtenidas por mezcla elemental exhibieron las mejores propiedades en general, con una microestructura casi beta en su totalidad y un módulo de elasticidad de 67 - 74 GPa, que se acerca más al presentado por el hueso cortical en comparación con la aleación comercial Ti-6Al-4V ELI.
Por su parte, la mezcla mecánica mejoró considerablemente la homogeneidad química de la aleación Ti-35Nb-6Mo, pero promovió la formación de la fase alfa y deterioró la resistencia y deformación mecánica debido a la ganancia en acritud del polvo y el aumento de la porosidad. No obstante, la microdureza de las aleaciones aumentó significativamente. En cuanto al agente controlador de proceso, el cloruro de sodio (NaCl) exhibió los mejores resultados en términos de rendimiento y distribución de tamaño de partícula, mientras que el ácido esteárico indujo la contaminación del polvo mediante la formación de la fase no deseada TiC.
El tratamiento de fusión superficial por láser consiguió cerrar efectivamente la porosidad abierta de las aleaciones y mejorar la homogeneidad microestructural. Adicionalmente, promovió un aumento de la resistencia y la deformación mecánica y una leve disminución del módulo elástico en ambas aleaciones. Por último, la aleación Ti-27Nb-8Mo tratada superficialmente a 1000W y 6,67 mm/s exhibió una microestructura beta casi en su totalidad y las mejores propiedades mecánicas desde un punto de vista biomédico, con una resistencia de 1467 MPa, una deformación de 7% y un módulo de elasticidad de 67 - 72 GPa.
