DESARROLLO DE ESPUMAS METÁLICAS BASE TITANIO MEDIANTE LA RUTA PULVIMETALÚRGICA

Abstract

Las aleaciones base titanio (Ti) son ampliamente utilizadas en aplicacionesbiomédicas debido a sus peculiares propiedades tales como buena resistencia a lafatiga, durabilidad, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Sin embargo elefecto del manganeso (Mn) como elemento en aleaciones a base Ti paraaplicaciones biomédicas aún no ha sido investigado en profundidad. Losmecanismos de aleación impulsados por deformación en el sistema Ti-30Nb-13Ta-2Mn durante el aleado mecánico (AM) fueron estudiados mediante microscopíaelectrónica de barrido (MEB), difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónicade transmisión de alta resolución (MET). La molienda de alta energía se realizó enatmósfera controlada de argón utilizando ágata como medio de molienda contiempos de molienda. Los patrones de rayos X muestran la formación de unasolución sólida Ti-ß y la fase amorfa se produce por encima de 20 horas de moliendadebido a la alta energía de este proceso, la cual promueve la formación de fasescristalinas Ti-ß y Nb-fcc embebidas en una fase amorfa. A mayores tiempos demolienda se observa una texturización de la aleación sintetizada la cual se apreciaen los patrones de rayos X por encima de 50 horas de molienda. Los valores detamaño de cristalita, parámetros de red y microdeformación se calcularon utilizandoel software MAUD. Además los tamaños de cristalita o dominios nano cristalinos secuantificaron mediante MET. Este trabajo también reporta la síntesis de espumas deuna aleación Ti-30Nb-13Ta-2Mn mediante el uso de NaCl como espaciador (0, 20 y30% volumen añadido) y estructura bimodal. El prensado en caliente se utilizó paraconsolidar las muestras en verde utilizando gas argón como atmósfera protectorabajo 30 MPa y 780ºC durante 30 minutos. Las espumas se caracterizaron pormicroscopía óptica y microscopía electrónica de barrido. Los módulos elásticos delas espumas se midieron en un intervalo de 19 a 38 GPa. Las espumas mostraronuna distribución no homogénea de los macroporos y características adecuadas parapromover la adhesión celular y el crecimiento óseo, con una distribución de tamañoentre 100 a 300 µm. Las espumas con estructura bimodal mostraron un mayorporcentaje de porosidad aparente. El esfuerzo de fluencia se estimó mediante lamedición de microdureza Vickers y utilizando los modelos Gibson-Ashby (G-A) ycellular-lattice-structure-in-square-orientation (C-L), determinando que las espumascon 20 y 30 % espaciador y con estructura bimodal (CB) poseen resistenciamecánica adecuada para su implantación en el cuerpo humano.Titanium (Ti)-based alloys are widely used in biomedical applications because of theirpeculiar properties such as good fatigue resistance, durability, corrosion resistanceand biocompatibility. However the effect of manganese (Mn) as alloying element inTi-based alloys for biomedical applications has not yet been investigated. Thedeformation-driven alloying mechanisms in the system Ti-30Nb-13Ta-2Mn duringmechanical alloying (MA) have been studied by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD) and high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM). High-energy milling was performed in controlled atmosphere of argonusing agate as grinding media at different milling times. The XRD patterns show theformation of Ti-ß solid solution and an amorphous phase occurs above 20 hours ofmilling due to the high energy of this process, that promotes the formation of Ti-ß andNb-fcc crystalline phases embedded in an amorphous phase. The higher milling timeresulted in texturing of the synthetized alloy that can be seen in the XRD above 50hours of milling. Mean crystallite size, lattice parameters and mean root square (rms)of the microstrains were calculated using MAUD software. Also crystallite sizes ornanocrystalline domains were quantified by TEM. This work also reports thesynthesis of Ti-30Nb-13Ta-2Mn foams using NaCl as space holder (0, 20 and 30%vol. added) and bimodal microstructure. Hot pressing was used to consolidate thegreen samples using argon gas as protective atmosphere under 30 MPa at 780ºC for30 minutes. The foams obtained were characterized by optical microscopy andscanning electron microscopy. The elastic moduli of the foams were measured in arange of 19 and 38 GPa. The foams showed non-homogeneous distribution ofmacropores and suitable characteristics to promote cell adhesion and bone growth,with pore size distribution between 100 and 300 µm. All the foams with bimodalstructure showed a higher percentage of apparent porosity. Yield strength valueswere estimated using Vickers hardness and G-A and C-L relationships, showing thatfoams with 20 and 30% space holder added with bimodal microstructure (CB) havemechanical resistance adequate for his implantation in the human body.