Resumen:
En el presente trabajo se realizó una investigación de una aleación base Ti diseñada para aplicación biomédica. El objetivo fue determinar el efecto de la adición de Fe sobre la estabilidad de la fase β y las subsecuentes modificaciones que ésto provoca sobre las propiedades mecánicas, químicas y biológicas de la aleación biomédica Ti-Nb-Zr.
Para ello las aleaciones Ti-19Nb-10Zr-1Fe, Ti-18Nb-10Zr-2Fe, Ti-17Nb-10Zr-3Fe, Ti- 16Nb-10Zr-4Fe y Ti-15Nb-10Zr-5Fe %at fueron sintetizadas por un proceso de fundición por arco eléctrico bajo una atmosfera de Ar usando elementos de alta pureza (<99.9%). Para determinar el efecto sobre la estructura cristalina se implementó la técnica de difracción de rayos X. En el estudio de la microestructura se empleó microscopia óptica y electrónica de barrido. La dureza y módulo de elasticidad fueron evaluadas aplicando pruebas de microdureza HV y nanoindentación. Técnicas potenciodinámicas utilizando fluidos corporales simulados fueron empleadas para estudiar la velocidad y tendencia a la corrosión de las aleaciones. El comportamiento biológico fue evaluado con pruebas de citicompatibilidad al sumergir las muestras en un cultivo con células madre de origen humano. La capacidad de oseointegración celular fue estudiada cualitativamente al identificar la expresión de diferentes marcadores de tipo osteogénico.
Los resultados experimentales indican que la estabilidad de la fase β, las propiedades mecánicas, químicas y biológicas de la aleación Ti-Nb-Zr pueden ser mejoradas con pequeñas adiciones de Fe. Específicamente la aleación Ti-15Nb-10Zr-5Fe %at mostró una excelente combinación de dureza en conjunto con un bajo módulo elástico, un posible comportamiento superelástico y excelente resistencia a la corrosión. Todo lo anterior sin tener un efecto significativo en la citocompatibilidad y capacidad de diferenciación celular.
Descripción:
In the present work was developed an investigation about a Ti alloy designed for biomedical application. The aim of the investigation was identify the effect of Fe addition on the β phase stability and the subsequent modifications it has on the mechanical, chemical and biological properties of the biomedical Ti-Nb-Zr alloy.
For this, the Ti-19Nb-10Zr-1Fe, Ti-18Nb-10Zr-2Fe, Ti-17Nb-10Zr-3Fe, Ti-16Nb-10Zr-4Fe and Ti-15Nb-10Zr-5Fe %at alloys were synthesized using high-purity (99.9%) elemental sources by an arc-melting method under high-purity argon atmosphere.
The phase stability was determinate at room temperature by X ray diffraction. For the study of microstructure was employed optical and electron microscopy. The mechanical properties were evaluated by microhardness and nanoindentation test. About chemical behavior, potentiodynamic test were developed in simulated body fluid to determine corrosion rates. Finally, the biological behavior was evaluated with cytocompatibility and differentiation test using human stem cells.
Experimental results indicate that the β phase stability, mechanical, chemical and biological properties of the Ti-Nb-Zr alloy can be improved adding small additions of Fe. Specifically the Ti-15Nb-10Zr-5Fe %at alloys possess an excellent combination in hardness with low elastic modulus, a possible superelastic behavior and good corrosion resistance. All this without significant effect on the cytocompatibility of the alloy.
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