ANÁLISIS DEL EFECTO DEL TIEMPO DE MOLIENDA EN LA EVOLUCIÓN MICROESTRUCTURAL DE ALEACIONES DE TITANIO OBTENIDAS POR ALEADO MECÁNICO

Abstract

Las aleaciones de titanio son ampliamente utilizadas como implantes biomédicos debido a su excelente biocompatibilidad, oseointegración y un módulo elástico menor comparado con las aleaciones de acero inoxidable y cobalto, utilizadas con el mismo propósito. Sin embargo, los valores de módulo de elasticidad de las aleaciones de titanio aun no son lo suficientemente bajos para estar al nivel del módulo de elasticidad del hueso, por lo que actualmente, se está trabajado en la creación de nuevas aleaciones de titanio con microestructura nanométrica, con el fin de lograr menores módulos de elasticidad. Un método de fabricación de aleaciones metálicas que permite obtener microestructura con escala nanométrica es el proceso de aleado mecánico. Cuando se logre obtener prótesis de aleaciones de titanio que sean; biocompatibles, que presenten bajo desgaste y que su de módulo de elasticidad sea lo más cercano posible al del hueso, se podrá asegurar que estas prótesis pueden durar durante toda la vida del paciente sin necesidad de ser reemplazadas. En la presenta memoria de titulación se busca estudiar y analizar el efecto del tiempo de molienda en la evolución microestructural de dos aleaciones de titanio fabricadas por medio de aleado mecánico, estas dos aleaciones son Ti-13Ta-6Mn (%at) y Ti-30Nb-6Sn (%at). Para llevar a cabo este objetivo se caracterizaron ambas aleaciones por medio de difracción de rayos X, luego estos datos fueron analizados por medio de programas computacionales, tales como; Match, Maud, y MAAT. Con el uso de Match y MAUD se identifican las fases presentes en cada aleación para cada tiempo de molienda. Además, utilizando el método de Rietveld en el programa MAUD se obtiene la siguiente información: parámetros de red, tamaño de cristalita, anisotropía, microdeformaciones y cantidad de fases presentes. Por medio de estos programas se identificó que la fase Ti- se hace presente a partir de las 10 horas de molienda en ambas aleaciones. Además, luego de las 20 horas de molienda la presencia de la fase Ti- desaparece lo cual sugiere que esta fase sufre una transformación hacia la fase Ti-. A las 100 horas de molienda se obtienen los porcentajes en peso máximos para la fase Ti- de 56,5% y 45,8 % en las aleaciones de TiNbSn y TiTaMn, respectivamente. En cuanto al tamaño de cristalita de las tres fases de titanio reportadas se presenta el fenómeno de “recristalización mecánica” en la fase Ti- lo cual explica el aumento en su tamaño de cristalita a medida que aumenta el tiempo de molienda. Por otro lado, las fases Ti-  y Ti- presentan una disminución de su tamaño de cristalita a medida que aumenta el tiempo de molienda. En el caso de Ti- se llegan a tamaños nanométricos de 5 y 6 [nm] en las aleaciones de TiNbSn y TiTaMn, respectivamente. Con el programa MAAT se estudió la estabilidad de las fases presentes y las condiciones necesarias para formación de solución sólida en la aleación, seleccionando el tiempo de molienda óptimo. De los cálculos se obtiene que la aleación Ti-30Nb-6Sn posee una tendencia natural a formar solución sólida, por lo que a cualquier tiempo de molienda se podrá obtener solución sólida. La aleación Ti-13Ta-6Mn necesita de energía adicional para formar solución sólida, la cantidad de energía adicional necesaria es de 0,3488 [kJ/mol] y se obtiene a todos los tiempos de molienda. Por lo tanto, se concluye que el tiempo óptimo de molienda será aquel donde se tenga la fase metaestable Ti- formando solución sólida lo cual ocurre en ambas aleaciones a las 10 horas de molienda.