Processing of highly porous titanium parts by metal injection moulding in combination with innovative plasma treatment

A combinação da Moldagem por Injeção de pós Metálicos (Metal Injection Moulding MIM) e o Método do Retentor Espacial (Space Holder Method - SHM) é uma técnica promissora para fabricação de peças porosas de titânio com porosidade bem definida como implantes biomédicos, uma vez que permite um alto grau de automatização e redução dos custos de produção em larga escala quando comparado a técnica tradicional (SHM e usinagem a verde). Contudo a aplicação desta técnica é limitada pelo fato que há o fechamento parcial da porosidade na superfície das amostras, levando ao deterioramento da fixação do implante ao osso. E além disso, até o presente momento não foi possível atingir condições de processamento estáveis quando a quantidade de retentor espacial excede 50 vol. %. Entretanto, a literatura descreve que a melhor faixa de porosidade para implantes de titânio para coluna vertebral está entre 60 - 65 vol. %. Portanto, no presente estudo, duas abordagens foram conduzidas visando a produção de amostras altamente porosas através da combinação de MIM e SHM com o valor constante de retentor espacial de 70 vol. % e uma porosidade aberta na superfície. Na primeira abordagem, a quantidade ótima de retentor espacial foi investigada, para tal foram melhorados a homogeneização do feedstock e os parâmetros de processo com o propósito de permitir a injeção do feedstock. Na segunda abordagem, tratamento por plasma foi aplicado nas amostras antes da etapa final de sinterização. Ambas rotas resultaram na melhoria da estabilidade dimensional das amostras durante a extração térmica do ligante e sinterização, permitindo a sinterização de amostras de titânio altamente porosas sem deformação da estrutura.

Biocompatibilidade in vitro em amostras densas e porosas de titânio-35nióbio submetidas a tratamento biomimético

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efectos de la combinación de abonos orgánicos y fertilizante químico sobre la densidad aparente y el espacio poroso total de un suelo volcánico Nicaragüense

Se realizó un muestreo de suelos en parcelas experimentales de un ensayo de campo, con el fin de evaluar los efectos de la aplicación de tres dosis de Abonos Orgáníeos (AO), combinadas con fertilizante químico, sobre la densidad aparente (á) y el espacio poroso total (FPT) de un suelo volcánico nicaragüense. El ensayo se realizó durante la época de Postrera (Septiembre -Diciembre) de 1989, en la Finca Experimental La Compañía, Carazo, Nicaragua; sobre un suelo franco - arenoso derivado de cenizas volcánicas (Typic Durandepts). Se utilizó un experimento Bifactorial en diseño de parcelas divididas en Bloques completos al azar, con cuatro réplicas. Los AO empleados fueron Gallinaza, Compost y Pulpa de café, siendo las dosis ensayadas de 5, 10 y 15 ton.ha 1 de cada uno, combinadas con Fosfato Díamónico a razón de 64.8 kg.ba· 1• Se observó una disminoción de la d y un aumento del EPT con la aplícacion de los AO, siendo este efecto influido por las dosis incorporadas. Las parcelas que presentaron la menor d y el mayor EPT, fueron aquellas donde se incorporó el Compost.

Comportamento do titânio comercialmente puro obtido por diferentes processamentos submetidos a soluções fluoretadas

O objetivo deste estudo in vitro foi analisar o comportamento superficial do titânio comercialmente puro (grau 2 ASTM) usinado e obtido pelo processamento de metalurgia do pó sob a ação de diferentes soluções fluoretadas, através da análise do grau de corrosão em microscopia óptica (MO) e da rugosidade superficial. Além disso, o estudo se propôs a comparar essas análises com os resultados obtidos com o titânio fundido da dissertação de mestrado de Barros (2004). Todas as amostras receberam procedimento metalográfico padrão e foram divididas em grupos: Gr.1- saliva artificial com pH 7.0 (controle), Gr.2- gel de flúor fosfato acidulado a 1,23% com pH 3.5, Gr.3- gel de NaF a 2% com pH 6.5, Gr.4- solução de NaF a 0,05% com pH 4.0 e Gr.5- solução de NaF a 0,05% com pH 7.5. As amostras foram expostas a estas soluções por 1, 4, 8 e 16 min, intercaladas com imersão em saliva artificial por 24 h, e depois foram observadas em MO e MEV, a cada intervalo de tempo. As imagens em MO, 100x, foram classificadas através de escores de 0 a 4, conforme o grau de corrosão. A rugosidade foi analisada utilizando o parâmetro Ra. Os resultados da análise de MO foram tratados estatisticamente pelo teste qui-quadrado e da rugosidade pelo teste F de Snedecor e de Bonferroni (p<0,05). Nos três tipos de amostras, o Gr2 apresentou a corrosão mais severa, e os Gr.4 e 5 apresentaram os menores graus de corrosão. Entretanto, nas amostras usinadas o Gr5 apresentou uma corrosão menos acentuada em relação ao Gr4. No Gr3 houve um aumento da corrosão em função do tempo, sendo que as amostras fundidas mostraram este aumento mais rapidamente. Houve um aumento significativo na rugosidade superficial no Gr.2 nos três tipos de amostras. Nos diversos grupos, os valores de rugosidade superficial das amostras fundidas foram significantemente maiores que os das usinadas e as de metalurgia do pó. Os autores concluíram que as soluções fluoretadas de uso odontológico são danosas às superfícies do titânio fundido, usinado e metalurgia do pó, principalmente as soluções com alta concentração de fluoreto.

Estudo teórico da redução fotocatalítica do gás carbônico a metanol utilizando dióxido de titânio

O aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapa

Comportamento tribocorrosivo do aço inoxidável e de ligas de titânio em meio salino

No presente trabalho, foram realizados ensaios de tribocorrosão no aço inoxidável AISI 304L, no titânio comercialmente puro (CPTi) e na liga de titânio Ti6Al4V em solução aquosa de 0,90% m/v NaCl. Amostras de ligas de titânio com tratamento térmico superficial de refusão a laser também foram utilizadas. Um tribômetro do tipo pino-no-disco com contracorpo de alumina foi usado. Técnicas eletroquímicas in situ de monitoramento em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, curvas de polarização e amperimetria de resistência nula foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que o desgaste tribocorrosivo das ligas de titânio é mais intenso do que o observado no aço inoxidável, apresentando perfis de superfície mais irregulares. A análise da impedância eletroquímica mostrou que todos os materiais utilizados apresentam uma rápida recuperação da camada passiva, exibindo módulos e fases um pouco menores do que os medidos antes do desgaste. Sob atrito, os diagramas de impedância apresentam uma forte redução do módulo. Sob desgaste, o expoente α do elemento de fase constante (CPE) atinge seu valor mais baixo, enquanto o parâmetro γ é máximo. As curvas de polarização exibem potenciais menores e densidades de corrente de corrosão maiores durante o desgaste. O tratamento de refusão a laser, embora mude a microestrutura e a dureza superficial das amostras, não indica uma mudança aparente nos parâmetros eletroquímicos sob tribocorrosão, bem como do coeficiente de atrito. Nos ensaios de amperimetria de resistência nula, foi possível estimar a corrente mensurada no ARN por meio do emprego de um circuito elétrico equivalente. A densidade espectral de potência dos sinais de potencial e de corrente exibe a frequência de rotação (1,25 Hz) e seus harmônicos. Para baixas frequências (abaixo de 10 mHz), o decaimento obedece à relação 1 ⁄ e 1⁄ para os sinais de potencial e corrente, respectivamente.

Cambios en la distribución del espacio poroso debidos al sistema de labranza y al tránsito en un hapludol típico de la región subhúmeda Argentina

p.19-26

Avaliação da biocompatibilidade e da propriedade bactericida de nanotubos de dióxido de titânio impregnados com lectina e nanopartículas de prata para aplicações biomédicas

O titânio e suas ligas são os materiais mais comumente utilizados na substituição de tecidos duros por possuírem resistência mecânica, biocompatibilidade, resistência à corrosão e fácil manipulação. Embora o titânio possua várias vantagens sobre outros biomateriais, seu uso em longo prazo pode ocasionar problemas de rejeição. A modificação da superfície do titânio a fim de criar microrrugosidades é uma estratégia efetiva para melhorar a adesão e proliferação celular sobre implantes. Quando um implante danifica ou invade as barreiras epitelial e das mucosas, pode servir como reservatório para microrganismos e desta forma predispor à infecção. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi modificar a superfície do titânio, utilizando nanopartículas de prata (Ag) e lectina, a fim de melhorar a sua biocompatibilidade e conferir propriedades antimicrobianas a este material. O racional por trás destas mudanças é que a criação de uma topografia em nanoescala pode contribuir para mimetizar o ambiente celular melhorando a osseointegração e diminuindo o risco de infecção. Em nosso estudo, nanotubos de dióxido de titânio (NTs-TiO2) com estrutura bem distribuída e organizada, com diâmetro em torno de 70–80nm, foram sintetizados por anodização eletroquímica e decorados com nanopartículas de Ag usando a técnica de layer-by-layer (LbL), enquanto a lectina do peixe Oreochromis niloticus (OniL) foi incorporada aos NTs-TiO2 por spin coating. Estas amostras foram caracterizadas e avaliadas quanto a sua citotoxidade, adesão celular, potencial osteogênico e atividade bactericida. Nossos resultados mostraram que tanto as nanopartículas de Ag, como a Onil foram incorporadas com sucesso à superfície dos NTs-TiO2. Entretanto nossas preparações de LbL não foram capazes de melhorar a biocompatibilidade ou inibir o crescimento de bactérias nos NTs-TiO2. Por outro lado, a funcionalização dos NTs-TiO2 com a OniL induziu eficientemente a adesão e proliferação dos osteoblastos. Nossos resultados apontam para o uso da lectina OniL para melhorar a qualidade dos implantes de NT-TiO2 existentes.

Separação caulinita-dióxido de titânio por floculação seletiva : mecanismo, seletividade e aplicação no cualim do Rio Jari (AP)

No presente trabalho, é investigado um método alternativo para remover as impurezas coloridas contidas no caulim ultrafino do Rio Jari (AP), mediante a adsorção seletiva com polímeros aquosolúveis. Apesar desse método (floculação seletiva) ser considerado inovador no tratamento de minérios ultrafinos, problemas como a alta sensibilidade do meio e o baixo rendimento, freqüentemente comprometem a sua aplicação em sistemas naturais. Nesse contexto, o presente trabalho enfatiza questões envolvendo a seletividade do processo, bem como os mecanismos e os fenômenos envolvidos na adsorção seletiva de uma das fases minerais, A caracterização do minério define o tipo de contaminante (anatásio) e as suas relações de contato com a caulinita (ausência de adesão física). Tal informação é útil na avaliação do rendimento ativo do processo. A eficiência na remoção do anatásio, frente ao ambiente específico do meio e em combinação com a intensidade de carga aniônica do polímero floculante, define a condição mais favorável em termos de adsorção e seletividade. Tal condição prevê a utilização de poliacrilamidas fracamente aniônicas em meio alcalino (pH = 10). o aumento da concentração de hexametafosfato-Na (dispersante de atividade eletrostática) provoca uma redução nos níveis de adsorção da caulinita, pelo aumento da sua carga superficial. A seletividade do processo atinge o seu nível máximo com a adição de poliacrilato-Na (dispersante que combina a atividade eletrostática com o efeito estérico). Nessas condições, remoções consideráveis de anatásio são obtidas, fazendo com que o teor de Ti02 contido no caulim caia de 1,3% para 0,2% e com que a recuperação permaneça em níveis satisfatórios (57%). o nível de adição química do meio também condiciona o grau de consistência dos flocos gerados, aumentando a cinética de sedimentação. Nos ambientes considerados altamente seletivos, a sedimentação dos flocos chega a atingir uma velocidade de 18 mm/minuto em polpa com 30% de sólidos.

Determinação de propriedades físicas de diferentes materiais para discos e pastilhas de freio e relação destas propriedades com ruído

Este trabalho visou a determinação experimental de propriedades físicas básicas de materiais para pastilhas e discos de freio de diferentes composições químicas. Posteriormente, estas propriedades foram correlacionadas com resultados de avaliação de ruído de freio dos respectivos materiais. As propriedades físicas determinadas para os materiais de pastilhas de freio foram: dureza, densidade, porosidade, compressibilidade a frio, compressibilidade a quente, transmissão térmica, resistência à compressão, resistência à tração, resistência interna ao cisalhamento, módulo de elasticidade, freqüências de ressonância, índice de amortecimento, coeficiente de atrito em diferentes condições de frenagem, e taxas de desgaste. Medições incluem verificações do efeito do aumento da temperatura na variação de algumas das propriedades citadas. A avaliação de ruído de freio gerado com uso das diferentes composições de materiais foi realizada através do uso de um sistema de freio padrão, e o ensaio executado em um dinamômetro tipo inercial dotado de recursos como câmara para isolamento acústico de ruído externo e sistema de aquisição de sinais para monitoramento dos parâmetros de frenagem: tempo, torque, pressão, temperatura e espectro de ruído gerado em escala de tempo e freqüência. Os materiais de pastilhas de freios incluídos nesta verificação experimental foram selecionados de seis aplicações bastante distintas, como por exemplo: materiais para pastilhas de freio traseiro de veículos de passeio, pastilhas para freio dianteiro de veículos de passeio, pastilhas para caminhonetes, pastilhas para caminhões leves e microônibus Além da composição química bastante distinta, estudos da influência da alteração de parâmetros de processo de fabricação nas propriedades físicas do material de atrito foram considerados. Para a avaliação do efeito da variação de composição de materiais de discos de freio na geração de ruído, cinco diferentes tipos de discos foram selecionados. Dentre estas versões estão incluídas: a liga de ferro fundido cinzento do material tipo original do sistema de freio a disco padrão, uma versão de ferro fundido cinzento de baixo custo comprada no mercado de autopeças de reposição, um ferro fundido cinzento com alto de teor de carbono, um ferro fundido cinzento com adição de titânio como elemento de liga, e, finalmente, um ferro fundido vermicular. Propriedades físicas dos materiais de discos de freio não foram tão amplamente avaliadas como no caso dos materiais de pastilhas, mesmo assim dados de dureza, densidade, resistência à tração, índice de amortecimento e freqüências fundamentais de ressonância foram determinados para os diferentes materiais.Ao final do trabalho, foram definidas correlações entre ruído de freio e propriedades físicas dos materiais de pastilhas de freio que indicam que o material de atrito da pastilha é mais propenso a apresentar ruído quando: menos poroso, com maior resistência mecânica, maior módulo de elasticidade, maior dureza (valores mais baixos de dureza Gogan), e maior coeficiente de atrito. Também foram detectadas alterações significativas no comportamento de ruído com uso de diferentes materiais de discos de freio, mas não foram estabelecidas correlações conclusivas entre as propriedades dos discos de freio e sua propensão a ruído devido ao baixo número de versões avaliadas.

Obtenção de titânio particulado pelo processo hidretação-dehidretação

A alta resistência combinada à baixa densidade e resistência à corrosão do titânio e suas ligas apresentam-se de grande importância para indústrias química, automobilística, aeronáutica e biomédica. Todavia, a produção e processamento do titânio possui custos elevados. Consequentemente, muitos esforços tem sido despendidos para reduzir o custo de peças de titânio. Uma alternativa de redução de custo foi produzir peças pela técnica de metalurgia do pó, sem a necessidade de operações secundárias. Atualmente os métodos usados para produzir pós de titânio são os processos de eletrodo rotatório à plasma e hidretação-dehidretação. O presente trabalho tem como objetivo produzir e caracterizar os pós de titânio comercialmente puro, obtidos a partir de sucata de processos de conformação, usando o processo de hidretação-dehidretação (HDH). Sua processabilidade foi testada através das técnicas de moldagem por injeção de pós e metalurgia do pó convencional. A morfologia, microestrutura e composição dos pós foram caracterizados pelas análises de difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e analisador elementar de hidrogênio. Os resultados mostraram que o processo HDH combinado com a moagem mecânica é capaz de produzir partículas de pó de titânio com tamanho médio na faixa de 7-45 mm, que podem ser usadas nas técnicas de moldagem por injeção de pós e metalurgia do pó convencional, respectivamente.

Produção de implantes de titânio, via moldagem por injeção de pós de hidretos de titânio

O objetivo deste trabalho foi a produção e caracterização de componentes sinterizados de titânio para aplicação biomédica, obtidos através do processo de fabricação chamado de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ), ou “Metal Injection Molding” ( MIM ) na língua inglesa. Para a produção dos componentes de titânio, utilizou-se de pós de hidreto de titânio produzidos pelo processo de Hidretação-Dehidretação ( HDH ), no Laboratório de Transformação Mecânica - UFRGS. Foram realizados ensaios para a caracterização dos componentes sinterizados quanto às suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão, características morfológicas e de biocompatibilidade. Este trabalho concentra-se no desenvolvimento e produção de componentes para área odontológica ( implantodontia ) e médica, visando a implementar a técnica de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ) de hidreto de titânio para aplicação na produção de implantes, tendo em vista que, atualmente, este processo não é utilizado para tal fim. Para as análises de biocompatibilidade foram produzidos parafusos corticais para utilização como implantes. Após a caracterização morfológica e química dos implantes produzidos foram realizados ensaios in vitro de corrosão e in vivo de biocompatibilidade onde foi possível observar algumas características da superfície do implante como, por exemplo, a susceptibilidade à corrosão por frestas e elevado recobrimento ósseo do implante.

Estudo das características físico-químicas e biológicas pela adesão de osteoblastos em superfícies de titânio modificadas pela nitretação em plasma

SILVA, J. S. P. Estudo das características físico-químicas e biológicas pela adesão de osteoblastos em superfícies de titânio modificadas pela nitretação em plasma. 2008. 119 f. Tese (Doutorado) - Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo. São Paulo, 2008.

Avaliação do estresse oxidativo induzido por superfícies de titânio

Commercially pure Titanium (cp Ti) is a material largely used in orthopedic and dental implants due to its biocompatibility properties. Changes in the surface of cp Ti can determine the functional response of the cells such as facilitating implant fixation and stabilization, and increased roughness of the surface has been shown to improve adhesion and cellular proliferation. Various surface modification methods have been developed to increase roughness, such as mechanical, chemical, electrochemical and plasma treatment. An argon plasma treatment generates a surface that has good mechanical proprieties without chemical composition modification. Besides the topography, biological responses to the implant contribute significantly to its success. Oxidative stress induced by the biomaterials is considered one of the major causes of implant failure. For this reason the oxidative potential of titanium surfaces subjected to plasma treatment was evaluated on this work. CHO-k1 cells were cultivated on smooth or roughed Ti disks, and after three days, the redox balance was investigated measuring reactive oxygen species (ROS) generation, total antioxidant capacity and biomarkers of ROS attack. The results showed cells grown on titanium surfaces are subjected to intracellular oxidative stress due to hydrogen peroxide generation. Titanium discs subjected to the plasma treatment induced less oxidative stress than the untreated ones, which resulted in improved cellular ability. Our data suggest that plasma treated titanium may be a more biocompatible biomaterial.

Formulação e caracterização de matérias-primas para revestimento cerâmico Semi-Poroso com adição de chamote de telhas

The ceramics industry in Piauí is nowadays with 55 industries where 11 are in Teresina which is the mainstream of the state, producing 55 million shingles; in which 10 % is of this production is wasted being sometimes thrown on the margins of rivers, roads and highways provoking an environmental degradation. The main goal of this work is to verify the potential of producing semi porous ceramic using grog of shingles, on the first part of this work bodies-of-proof were produced from a basic formula of an industry, doping it with 5 %, 10 %, 15 % and 20 % in mass and in the second part of this work some bodies-of-proof were produced from a formula where one raw material was substituted by 50 % of grog and another substituting it all by grog, bodies-of-proof made of a basic formula previously announced was used for experiment control.The grog and the raw materials were characterized by: particle size analysis , thermal differential analysis, X ray diffraction , X ray fluorescence, an thermal gravimetric analysis and rational analyses. The bodies-of-proof were sintetisized in an industrial oven obeying the normal cycle adopted by an industry, with peak temperatures of 1135 oC and a fast burning cycle of 25 minutes having as energetic fuel liquefied petroleum gas . The pieces that were obtained by this were submersed in rehearsed physics of: water absorption of, apparent specific mass, apparent porosity, lineal retraction, rupture tension to the flexural and dilatometry; mineralogical analysis for X ray diffraction; and microstructural for electronic microscope of sweeping. For all the formulas with addition of grog, superior priorities to the requested by the requirements for semi porous and for the formula to F2-2,5 superior priorities to standard formulas which justifies the incorporation of the shingles in mass for the semi porous ceramic