Comportamento mecânico da liga Ti-6Al-4V com superfície modificada por laser de femtosegundo para uso biomédico

• Main Author: Santos, Alan dos
• Other Authors: Bolfarini, Claudemiro
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de São Carlos 2016
• Subjects: Aço inoxidável; Ligas de titânio; Biomateriais; Prótese; Laser; Stainless steel; Titanium alloys; Biomaterials; Prosthesis; ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Online Access: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/7106

Submitted by Regina Correa ([e-mail]) on 2016-09-12T17:59:06Z No. of bitstreams: 1 DissAS.pdf: 3683315 bytes, checksum: 5ae06ee0ca42268d4a03bfff70047e6c (MD5) === Approved for entry into archive by Marina Freitas ([e-mail]) on 2016-09-13T18:03:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAS.pdf: 3683315 bytes, checksum: 5ae06ee0ca42268d4a03bfff70047e6c (MD5) === Approved for entry into archive by Marina Freitas ([e-mail]) on 2016-09-13T18:03:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAS.pdf: 3683315 bytes, checksum: 5ae06ee0ca42268d4a03bfff70047e6c (MD5) === Made available in DSpace on 2016-09-13T18:03:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAS.pdf: 3683315 bytes, checksum: 5ae06ee0ca42268d4a03bfff70047e6c (MD5) Previous issue date: 2012-02-10 === Não recebi financiamento === Stainless steel orthopedic implants are still the most widely used in Brazil due to their lower cost. There is, however, a tendency to expand the use of special alloys such as titanium-based, due to clinical advantages that they present, notably the low modulus of elasticity and the best biocompatibility among the metallic biomaterials. The surface treatments aim to develop substrates suitable for bone growth, thus preventing the implantation of the prosthesis with PMMA cement, which results in an efficient mechanical fixing, but there is no biological interaction between implant and bone. There are several surface modification techniques, all of them improving at some level the process of osseointegration. However, researches have focused on biological aspects of the process and, despite the durability of the implant, there is currently no objective information in the literature about the influence of surface treatments on the mechanical behavior under cyclic stresses. The laser surface modification emerges as a promising alternative, since it permits precise control of parameters, regular surface development, induces reduced mechanical and thermal damage, and is known to promote osseointegration. The femtosecond laser, in particular, allows pulses of short duration (10-15s), reducing even more the damage caused by heat input. This study evaluated the influence of surface modification by femtosecond LASER in the fatigue resistance of Ti-6Al-4V alloy samples. S-N curves were determined for the reference samples and for the samples with modified surface. The topography developed and the fracture surfaces were analyzed by scanning electron microscopy. The femtosecond LASER has developed a regular surface with a bimodal distribution of microcolumns and ripples, and did not cause severe damage adjacent to the modified surface, however, has significantly reduced fatigue resistance. === Os implantes ortopédicos de aço inoxidável ainda são – em razão do menor custo - os mais utilizados no Brasil, mas há uma tendência em se ampliar a utilização de ligas especiais, como as de titânio, devido às vantagens clínicas que apresentam, destacando-se o baixo módulo de elasticidade e a melhor biocompatibilidade dentre os biomateriais metálicos. Os tratamentos de superfície buscam desenvolver substratos adequados ao crescimento ósseo, evitando assim a implantação da prótese por cementação com PMMA, que resulta em uma eficiente fixação mecânica, porém não há interação biológica entre o implante e o osso. Existem diversas técnicas de modificação superficial, todas elas melhorando em algum nível o processo de osseointegração. Entretanto, as pesquisas têm se concentrado nos aspectos biológicos do processo e, a despeito da durabilidade do implante, não há atualmente na literatura informações objetivas sobre a influência destes tratamentos de superfície no comportamento mecânico sob esforços cíclicos. A modificação superficial por LASER surge como uma alternativa promissora, pois permite um controle preciso de parâmetros, oferece regularidade, induz reduzidos danos mecânicos e térmicos e conhecidamente promove a osseointegração. O LASER de femtosegundo, em especial, permite pulsos de curtíssima duração (10-15s), reduzindo ainda mais os danos decorrentes do aporte térmico. Este trabalho avaliou a influência da modificação superficial por LASER de femtosegundo na resistência à fadiga de corpos de prova da liga Ti-6Al-4V. Foram levantadas as curvas S-N para amostras de referência e com a superfície modificada. A topografia formada e as superfícies de fratura foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura. O laser de femtosegundo desenvolveu uma superfície regular bimodal de microcolunas e ripples, não causou danos metalúrgicos severos nas adjacências da superfície, porém, reduziu significativamente a resistência à fadiga.