Effects of additives in artificial saliva on the corrosion and tribocorrosion behavior of cp Ti

Abstract

Os implantes dentários são normalmente estruturas de Ti ou ligas de Ti colocadas na maxila ou mandíbula, para substituir as raízes dos dentes. Embora sejam bastante fiáveis, com uma taxa de sucesso de 90 a 95%, atualmente ainda são relatados casos de falha de implantes, nomeadamente devido à corrosão in vivo (na boca) que, além de modificar a aparência do metal exposto, pode comprometer as propriedades mecânicas do implante e causar reações adversas no organismo. A saliva artificial Fusayama é o meio mais comum para testar o comportamento à corrosão de biomateriais dentários. O estudo do impacto de aditivos na saliva (como ácido fosfórico, PA, presente nalguns alimentos, ou ácido lático, LA, formado pelo crescimento de algumas bactérias) no comportamento à corrosão destes biomateriais é ainda escasso. Por outro lado, a tribocorrosão a que um implante dentário é sujeito está diretamente relacionada com a sua possível falha. Desta forma, o grande objetivo deste trabalho foi investigar o efeito de alguns aditivos na saliva artificial (AS) no comportamento à corrosão e tribocorrosão de Ti comercialmente puro (cp). O melhor comportamento à corrosão do Ti cp foi em AS, tendo sido influenciado pela presença de aditivos. O aumento do teor de LA (2,5 e 5 g/L) teve efeito negligenciável no comportamento à corrosão, no entanto, quando adicionadas diferentes concentrações de PA (1 e 14 M), o comportamento à corrosão do Ti cp piorou, verificando-se que ocorreu um aumento tanto da suscetibilidade como da taxa de corrosão. Em condições tribo-eletroquímicas, os papéis inverteram-se. Ao OCP, quando em contacto com AS, o filme passivo formado na superfície do Ti cp, juntamente com os produtos de desgaste resultantes do contacto mecânico, promoveram menor proteção ao material, o que levou à formação de pistas de desgaste de maiores dimensões e, deste modo, um volume de desgaste superior. Ao adicionar LA, o desgaste do material foi ligeiramente, mas não consideravelmente, menor. Por outro lado, a adição de PA, devido à presença de fósforo (P), um constituinte de lubrificantes industriais, levou a um desgaste menor. Os mecanismos de tribocorrosão consistiram em mecanismos de abrasão e adesão, porém, foi detetada fadiga quando o PA 14M foi adicionado. Nos ensaios potenciostáticos (+0,5VAg/AgCl) concluiu-se que, no caso da AS, o desgaste mecânico foi dominante. Já com a adição de aditivos, a corrosão foi significativa, confirmando um sinergismo entre corrosão e desgaste.

Dental implants, which are usually made of Ti or its alloys, are placed in the maxilla or mandible to replace the roots of the teeth. Although they are quite reliable, with a 10-year success rate of 90 to 95%, nowadays, cases of implant failure are still reported, namely due to in vivo corrosion (in the mouth). This phenomenon, in addition to modifying the appearance of the exposed metal, can compromise the mechanical properties of the implant and cause adverse reactions in the body. Fusayama´s artificial saliva is the most common testing solution to access the corrosion behavior of dental biomaterials. However, the impact of additives in saliva (such as phosphoric acid, PA, found in some foods, or lactic acid, LA, formed by the growth of bacteria) on the corrosion behavior of these biomaterials is still scarce. On the other hand, tribocorrosion effect on a dental implant is directly related to its possible failure. Hence, the main goal of this work was to study the effect of some additives, at different concentrations, in artificial saliva (AS) on the corrosion and tribocorrosion behavior of cp Ti. Cp Ti best corrosion behavior was promoted by AS, and significantly influenced by the presence of additives. Increasing amount of LA (2.5 and 5 g/L) had negligible effect on corrosion behavior, however, the added different concentrations PA (1 and 14 M) were detrimental for both corrosion susceptibility and rate. In tribo-electrochemical conditions, the roles reversed. At OCP, in AS, the passive film formed on cp Ti surface, along with the wear debris resulting from the mechanical contact, promoted the lowest level of protection to the material, leading to the largest wear tracks and, therefore, the highest volume loss. By adding LA, the mechanical damage was slightly lower, but not considerable. On the other hand, the addition of PA, due to the presence of P, a known constituent of industrial lubricants, leaded to the smallest wear tracks. The tribocorrosion mechanisms consisted in abrasion and adhesion mechanisms, however, fatigue phenomenon was detected when PA 14M was added. In potentiostatic conditions (+0.5VAg/AgCl) it was concluided that, in the case of AS, mechanical wear was dominant, and when additives were added, corrosion was significant, confirming a synergism between corrosion and wear.