Browsing by Author "Celsi Young, Stefano"
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Thesis Evaluación de las condiciones de procesamiento en el comportamiento mecánico y microestructural de espumas de titanio bimodal(2021) Celsi Young, Stefano; Chávez Vásconez, Ricardo; Reyes Valenzuela, Mauricio; Departamento de Ingeniería Mecánica; Lascano Farak, SheilaFactores como una expectativa de vida alta y sedentarismo, sugieren un incremento en los casos de enfermedades degenerativas. Producto de esto se han impulsado una serie de estudios, en diversas áreas, que buscan analizar el comportamiento de los biomateriales utilizados en sustitución ósea. El titanio comercialmente puro (titanio c.p.) y aleaciones de Ti-6Al-4V, han demostrado ser los materiales con mejor comportamiento in-vitro e in-vivo debido a sus excelentes propiedades mecánicas, buena resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. A pesar de esto, su módulo de elasticidad, mucho mayor al del hueso, genera problemas como el apantallamiento de tensiones (stress-shielding) que promueve la reabsorción ósea. Además, los implantes de titanio se ven rodeados por una delgada película de tejido fibroso, lo que puede producir aflojamiento. El objetivo de este estudio es analizar el efecto de la porosidad y la microestructura bimodal, sobre las propiedades efectivas de las espumas de titanio c.p grado 4. Se cree que la nueva matriz bimodal mejorará la funcionalidad estructural y mecánica de la matriz porosa, gracias a la combinación de resistencia y ductilidad. Para ello, se empleó pulvimetalurgia mediante la técnica de espaciadores (space-holders technique) y sinterizado por hot-pressing. La microestructura bimodal se obtiene mezclando distintos tamaños de partículas, una parte de titanio en estado de recepción y otra de titanio molido. La molienda mecánica del titanio se realiza en un molino planetario, en ciclos de 10 y 20 [h], empleando medios molienda de óxido de circonio, con una razón de bolas/polvo de 10:1 en una atmósfera controlada de argón. Se encontró que a medida que se aumentan las horas de molienda, el tamaño de partícula de los polvos disminuye y se produce un cambio en la morfología. Luego de la molienda, los polvos se mezclan en una proporción de 0, 50 y 75 [%] del volumen, variando el porcentaje y tipo de espaciador, empleando cloruro de sodio (𝑁𝑎𝐶𝑙) y bicarbonato de amonio ((𝑁𝐻4 )2𝐶𝑂3), en un 0, 40, 50 y 60 [%] del volumen. La caracterización microestructural se realiza mediante microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido (SEM) y comprende el estudio del tamaño, tipo, morfología, distribución y proporción de la porosidad total e interconectada. Se observó una distribución heterogénea de la porosidad y una reducción del tamaño medio de poro producto del sinterizado. También se detectaron tres zonas características, que están relacionadas con la distribución de los distintos tamaños de partículas incluidos en la matriz. La porosidad y densidad se midió con el método de Arquímedes. Se comparó el volumen de las muestras, antes y después del sinterizado para determinar el porcentaje de contracción. Respecto a las propiedades mecánicas, el esfuerzo de fluencia se determina con ensayos de micro-dureza Vickers [HV] obteniendo valores entre los 220 y 450 [MPa], encontrándose un mejor desempeño en muestras con polvo molido 20 [h]. El módulo de elasticidad se estimó usando la relación de Nielsen, con resultados entre los 70 y 100 Universidad Técnica Federico Santa María IV [GPa]. Finalmente, se analizaron los costos de emplear polvos molidos por mayor cantidad de tiempo y en una mayor proporción.
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