Desenvolvimento e caracterização de biocompósitos de Ti--TiO2--HAPb

Abstract

O titânio e as suas ligas são dos materiais mais utilizados em implantes dentários e ortopédicos devido às suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão e biocompatibilidade. No entanto, a falta de bioatividade e a baixa resistência à tribocorrosão do titânio constituem uma limitação à sua aplicação em implantes biomédicos. Atualmente, têm sido desenvolvidos vários estudos com o intuito de minimizar estes problemas, nomeadamente recorrendo a revestimentos de hidroxiapatite (HAP) ou de dióxido de titânio (TiO2) assim como compósitos de Ti−HAP ou Ti−TiO2. A HAP tem a função de aumentar a bioatividade do implante, no entanto, esta apresenta baixa resistência mecânica. Por sua vez, os óxidos de titânio apresentam uma elevada resistência ao desgaste. Visto isto, a produção de compósitos híbridos Ti−HAP−TiO2 surge assim como uma solução promissora para o fabrico de implantes, aumentando assim tanto a bioatividade como a resistência à tribocorrosão. Assim, este trabalho tem como objetivos o processamento de compósitos de Ti−TiO2−HAP para aplicações em implantes dentários e a avaliação do seu comportamento à tribocorrosão. Para a concretização destes objetivos foram produzidos, por metalurgia dos pós convencional, compósitos de Ti−5HAP (%vol.), Ti−5TiO2 (%vol.) e Ti−5TiO2−5HAP (%vol.). O comportamento à corrosão dos compósitos foi avaliado através da técnica de potencial de circuito aberto e de polarização potenciodinâmica numa solução de Cloreto de Sódio (NaCl) 0,9% peso a 37°C ± 2°C. Os testes de tribocorrosão foram efetuados usando como contra-corpo uma esfera de alumina com 10 mm de diâmetro, com 10 N de carga normal, 1 Hz de frequência e 3 mm de comprimento total; o ensaio, realizado numa solução de Cloreto de Sódio (NaCl) 0,9% peso a 37°C ± 2°C, teve a duração de 30 minutos. Estes testes foram efetuados sob condições de potencial de circuito aberto. Foi efetuada a caracterização estrutural e mecânica dos compósitos bem como a análise das superfícies após os ensaios de corrosão e tribocorrosão. Os resultados obtidos mostram que o Ti acelera a decomposição da HAP. No que diz respeito ao comportamento à corrosão dos compósitos Ti−HAP, verifica-se um efeito negativo, uma vez que os poros criados pela decomposição da HAP não possibilitam a formação de um patamar de passivação e aumentam consideravelmente a velocidade de corrosão. No caso dos compósitos Ti−TiO2, não se verificou uma influência significativa nem no comportamento à corrosão nem à tribocorrosão, pois devido à aglomeração das partículas de TiO2, estas são removidas durante o desgaste.

Titanium and its alloys are the most used materials in dental and orthopaedic implants due to their good mechanical properties, excellent corrosion resistance and biocompatibility. However, the lack of bioactivity and the low tribocorrosion resistance are the limitations on biomedical implants. Recently, several studies have been developed in order to minimize these problems by applying hydroxyapatite (HAP) and titanium dioxide (TiO2) coatings, as well as developing Ti−HAP or Ti−TiO2 composite structures. HAP has the function of increasing the implant bioactivity, however, it has a low mechanical resistance. On the other hand, titanium oxides have a high wear resistance. Thus, Ti−TiO2−HAP hybrid composites are considered as an effective solution for the biomedical implants giving the opportunity of increasing both bioactivity and tribocorrosion resistance. Thus, the main objective of this work was the production of Ti−TiO2−HAP composites for dental implants and to study its tribocorrosion behaviour. To accomplish these objectives, Ti−5HAP (%vol.), Ti−5TiO2 (%vol.) and Ti−5TiO2−5HAP (%vol.) composites were produced by conventional powder metallurgy. The corrosion behaviour of the composites was analyzed by open circuit potential and potentiodynamic polarization techniques in a sodium chloride solution (NaCl) 0.9% wt. at 37°C ± 2°C. The tribocorrosion tests were performed using an alumina ball with 10 mm of diameter as a counter material, under 10 N normal load, 1 Hz frequency and 3 mm of total stroke length with a total sliding time of 30 minutes, in a sodium chloride solution (NaCl) 0,9% wt. at 37°C ± 2°C, by measuring open circuit potential before, during and after sliding. The structural and mechanical characterization of the composites, as well as the surfaces analysis, was performed after the corrosion and tribocorrosion tests. Results showed that the presence of Ti increases the decomposition rate of HAP. Regarding corrosion and tribocorrosion behaviour, it was noticed a negative effect with the addition of HAP, once that the pores induced by the HAP decomposition did not allow obtaining a passivation plateu and by increasing the corrosion rate. On the other hand, the presence of TiO2 did not significantly affect the corrosion and tribocorrosion behaviour mainly due to the agglomerations of TiO2 particles resulting in pulling out of the particles during sliding.