Efeito de elementos susbstitucionais e intersticiais nas propriedades mecânicas e na biocompatibilidade de ligas do sistema Ti-15Zr-xMo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação do processamento por atrito linear em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V.

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares.

Caracterização elementar de ligas metálicas em implantes dentários

An ideal biomaterial for dental implants must have very high biocompatibility, which means that such materials should not provoke any serious adverse tissue response. Also, used metal alloys must have high fatigue resistance due the masticatory force and good corrosion resistance. These properties are rendered by using alpha and beta stabilizers, such as Al, V, Ni, Fe, Cr, Cu, Zn. Commercially pure titanium (TiCP) is used often for dental and orthopedic implants manufacturing. However, sometimes other alloys are employed and consequently it is essential to research the chemical elements present in those alloys that could bring prejudice for the health. Present work investigated TiCP metal alloys used for dental implant manufacturing and evaluated the presence of stabilizing elements within existing limits and standards for such materials. For alloy characterization and identification of stabilizing elements it was used EDXRF technique. This method allows to perform qualitative and quantitative analysis of the materials using the spectra of the characteristic X-rays emitted by the elements present in the metal samples. The experimental setup was based on two X- rays tubes (AMPTEK Mini X model with Ag and Au targets), a X-123SDD detector (AMPTEK) and a 0.5mm Cu collimator, developed due to the sample characteristics. The other experimental setup used as a complementary technique is composed of an X-ray tube with a Mo target, collimator 0.65mm and XFlash (SDD) detector - ARTAX 200 (BRUKER). Other method for elemental characterization by energy dispersive spectroscopy (EDS) applied in present work was based on Scanning Electron Microscopy (SEM) EVO® (Zeeis). This method also was used to evaluate the surface microstructure of the sample. The percentual of Ti obtained in the elementary characterization was among 93.35 ± 0.17% and 95.34 ± 0.19 %. These values are considered below the reference limit of 98.635% to 99.5% for TiCP, established by Association of metals centric materials engineers and scientists Society (ASM). The presence of elements Al and V in all samples also contributed to underpin the fact that are not TiCP implants. The values for Al vary between 6.3 ± 1.3% and 3.7 ± 2.0% and for V, between 0.26 ± 0.09% and 0.112 ± 0.048%. According to the American Society for Testing and Materials (ASTM), these elements should not be present in TiCP and in accordance with the National Institute of Standards and Technology (NIST), the presence of Al should be <0.01% and V should be of 0.009 ± 0.001%. Obtained results showed that implant materials are not exactly TiCP but, were manufactured using Ti-Al-V alloy, which contained Fe, Ni, Cu and Zn. The quantitative analysis and elementary characterization of experimental results shows that the best accuracy and precision were reached with X-Ray tube with Au target and collimator of 0.5 mm. Use of technique of EDS confirmed the results of EDXRF for Ti-Al-V alloy. Evaluating the surface microstructure by SEM of the implants, it was possible to infer that ten of the thirteen studied samples are contemporaneous, rough surface and three with machined surface.

Tratamento térmico do titânio e suas consequências sobre as propriedades físico-químicas e de biocompatibilidade

The titanium and titanium alloys are widely used as biomaterial in biomedical device and so research have been developed aiming to improve and/or better to understand interaction biomaterial/biological environment. The process for manufacturing of this titanium implants usually involves a series of thermal and mechanical processes which have consequence on the final product. The heat treatments are usually used to obtain different properties for each application. In order to understand the influence of these treatments on the biological response of the surface, it was done, in this work, different heat treatments in titanium and analyzed their influence on the morphology, adhesion and proliferation of the pre-osteoblastic cells (MC3T3-E1). For such heat-treated titanium disks were characterized by optical microscopy, contact angle, surface energy, roughness, microhardness, X-ray diffraction and scanning through the techniques (BSE, EDS and EBSD). For the analysis of biological response were tested by MTT proliferation, adhesion by crystal violet and β1 integrin expression by flow cytometry. It was found that the presence of a microstructure very orderly, defined by a chemical attack, cells tend to stretch in the same direction of orientation of the material microstructure. When this order does not happen, the most important factor influencing cell proliferation is the residual stress, indicated by the hardness of the material. This way the disks with the highest level state of residual stress also showed increased cell proliferation

Estudo da molhabilidade de ligas de adição à base de prata sobre insertos cerâmicos para aplicação em brocas perfuração de poços de petróleo

Metal-ceramic interfaces are present in tricone drill bits with hard ceramic inserts for oil well drilling operations. The combination of actions of cutting, crushing and breaking up of rocks results in the degradation of tricone drill bits by wear, total or partial rupture of the drill bit body or the ceramic inserts, thermal shock and corrosion. Also the improper pressfitting of the ceramic inserts on the bit body may cause its total detachment, and promote serious damages to the drill bit. The improvement on the production process of metal-ceramic interfaces can eliminate or minimize some of above-mentioned failures presented in tricone drill bits, optimizing their lifetime and so reducing drilling metric cost. Brazing is a widely established technique to join metal-ceramic materials, and may be an excellent alternative to the common mechanical press fitting process of hard ceramic inserts on the steel bit body for tricone drill bit. Wetting phenomena plays an essential role in the production of metal/ceramic interfaces when a liquid phase is present in the process. In this work, 72Silver-28Copper eutectic based brazing alloys were melted onto zirconia, silicon nitride and tungsten carbide/Co substrates under high vacuum. Contact angle evolution was measured and graphically plotted, and the interfaces produced were analysed by SEM-EDX. The AgCu eutectic alloy did not wet any ceramic substrates, showing high contact angles, and so without chemical interaction between the materials. Better results were found for the systemns containing 3%wt of titanium in the AgCu alloy. The presence os titanium as a solute in the alloy produces wettable cand termodinamically stable compounds, increasing the ceramics wetting beahviour

Comparative study of chemical and mechanical retentive systems for bonding of indirect composite resin to commercially pure titanium

This study evaluated the effect of chemical and mechanical surface treatments for cast metal alloys on the bond strength of an indirect composite resin (Artglass) to commercially pure titanium (cpTi). Thirty cylindrical metal rods (3 mm diameter x 60 mm long) were cast in grade-1 cpTi and randomly assigned to 6 groups (n=5) according to the received surface treatment: sandblasting; chemical treatment; mechanical treatment - 0.4 mm beads; mechanical treatment - 0.6 mm beads; chemical/mechanical treatment - 0.4 mm; and chemical/mechanical treatment - 0.6 mm beads. Artglass rings (6.0 mm diameter x 2.0 mm thick) were light cured around the cpTi rods, according manufacturer's specifications. The specimens were invested in hard gypsum and their bond strength (in MPa) to the rods was measured at fracture with a universal testing machine at a crosshead speed of 2.0 mm/min and 500 kgf load cell. Data were analyzed statistically by one-way ANOVA and Tukey test (a=5%). The surface treatments differed significantly from each other (p<0.05) regarding the recorded bond strengths. Chemical retention and sandblasting showed statistically similar results to each other (p=0.139) and both had significantly lower bond strengths (p<0.05) than the other treatments. In conclusion, mechanical retention, either associated or not to chemical treatment, provided higher bond strength of the indirect composite resin to cpTi.

Estudo da resistência à corrosão de ligas de magnésio para a indústria automóvel

O magnésio com a sua baixa densidade, abundância natural e baixo custo, torna-se muito atractivo para aplicações onde o peso é determinante, como na indústria automóvel e aeroespacial. A utilização do magnésio ligado a outros elementos como o zircónio e o alumínio permite, por outro lado, melhorar as propriedades mecânicas. Um factor determinante para o emprego destas ligas é obviamente a sua resistência à corrosão. Como em todos os materiais, esta é condicionada pela presença de um filme passivo de óxidos/hidróxidos que se forma espontaneamente na superfície. Contudo, no magnésio e suas ligas, esta camada de passivação é pouco protectora e muito instável em meios neutros ou ácidos. Um dos objectivos deste trabalho é a caracterização do comportamento face à corrosão das ligas de magnésio relacionando-o com factores metalúrgicos e ambientais, que são os principais responsáveis pelas causas mais comuns do ataque corrosivo. Apresenta-se também o estado da arte relativo às aplicações das ligas de magnésio na indústria automóvel, as barreiras tecnológicas e soluções possíveis para as ultrapassar. Finalmente foi também objectivo deste trabalho o estudo da influência das terras raras e do ítrio enquanto elementos de liga do magnésio no comportamento perante a corrosão. Para se atingir esse objectivo realizaram-se ensaios laboratoriais numa liga de magnésio contendo terras raras (WE54) sendo os resultados comparados com uma liga tradicional à base de zircónio (ZK31) em meios de diferentes pH. Os resultados obtidos permitiram concluir que as terras raras aumentam a resistência à corrosão das ligas de magnésio. Este facto aparenta ser o resultado de dois factores: a estabilização do filme superficial resultante da presença de terras raras e a formação de uma camada de produtos de corrosão espessa e rica em ítrio.

Soldadura de ligas de alumínio de construção naval

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia dos Materiais

Utilização de ligas com memória de forma no controlo de vibrações em estruturas inteligentes de Engenharia Civil

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil - Estruturas e Geotecnia

Estudo das ligas de alumínio aplicadas em construção naval nomeadamente na resistência à corrosão em estruturas navais soldadas

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia dos Materiais

Estudo do comportamento de nanopartículas de dióxido de titânio em diferentes suspensões

Dissertação efectuada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em engenharia de Materiais

Ligas com memória de forma - características e aplicações em Engenharia Civil

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Perfil de Estruturas

Técnicas avançadas de controlo não destrutivo para ligações de ligas com memória de forma a aços de construção civil

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Estudo de avaliação de emissões de nanopartículas na soldadura por fricção linear de ligas de alumínio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica