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Comportamiento de Fretting y Corrosión por Fretting de Aleaciones Ti-6Al-4V y Ti-Nb-Zr Fabricadas por Adición en Aire y Soluciones Fisiológicas

Autores: Mace, Annsley O.; Kurtz, Michael A.; Gilbert, Jeremy L.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Comportamiento de Fretting y Corrosión por Fretting de Aleaciones Ti-6Al-4V y Ti-Nb-Zr Fabricadas por Adición en Aire y Soluciones Fisiológicas


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Materiales para aplicaciones biomédicas

Palabras clave

Fabricación aditiva
Implantes ortopédicos
Aleaciones de titanio
Corrosión por fricción
Profundidad de desgaste
Ti-29Nb-21Zr

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 14

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La fabricación aditiva (AM) de implantes ortopédicos ha aumentado en los últimos años, proporcionando beneficios a cirujanos, pacientes y empresas de implantes. Se están considerando aleaciones de titanio tanto tradicionales como nuevas para implantes fabricados por AM. Sin embargo, persisten preocupaciones sobre su rendimiento en desgaste y corrosión (tribocorrosión). En este estudio, se investigaron los efectos de la corrosión por fricción en Ti-29Nb-21Zr (prealeado y mezclado) y Ti-6Al-4V con 1% de zirconia estabilizada con nano ytrio (nYSZ) fabricados por AM. Se utilizaron métodos de fricción de bajo ciclo (100 ciclos, 3 Hz, 100 mN) y corrosión por fricción (potenciostática, 0 V vs. Ag/AgCl) para comparar estas aleaciones AM con el Ti-6Al-4V fabricado tradicionalmente. Las superficies de aleación y mezcla fueron sometidas a (1) fricción en el aire (es decir, deslizamiento recíproco a pequeña escala) y (2) corrosión por fricción en solución salina tamponada con fosfato (PBS) utilizando una asperidad de diamante única (radio de 17 um). Las mediciones de profundidad de la pista de desgaste, las corrientes de fricción y el análisis de microscopía electrónica de barrido/espectroscopia de energía dispersiva (SEM/EDS) de los desechos de óxido revelaron que el Ti-29Nb-21Zr AM prealeado generalmente tenía mayores profundidades de desgaste después de 100 ciclos (4.67 +/- 0.55 um en seco y 5.78 +/- 0.83 um en solución) y corrientes de fricción más altas (0.58 +/- 0.07 uA). Se encontró una correlación (R = 0.67) entre la profundidad de desgaste y las corrientes de fricción promedio, con diferentes aleaciones ubicadas en diferentes regiones de la relación. No se observaron diferencias estadísticamente significativas en la profundidad de desgaste entre las pruebas en aire y en PBS. Sin embargo, se encontraron cantidades significativamente mayores de oxígeno (medidas por porcentaje de peso de oxígeno mediante análisis EDS de los desechos) incrustadas dentro de la pista de desgaste para las pruebas realizadas en PBS en comparación con el aire para todas las muestras, excepto el Ti-29Nb-21Zr mezclado ( = 0.21). Para el Ti-6Al-4V tradicional y AM, las profundidades de la pista de desgaste (fricción en seco: 2.90 +/- 0.32 um vs. 2.51 +/- 0.51 m, respectivamente; corrosión por fricción: 2.09 +/- 0.59 m vs. 1.16 +/- 0.79 m, respectivamente) y las mediciones de corriente de fricción (0.37 +/- 0.05 A vs. 0.34 +/- 0.05 A, respectivamente) no mostraron diferencias significativas. El proceso de deformación por desgaste dominante fue la deformación plástica seguida de la extrusión cíclica de desechos de desgaste en forma de placa al final de la carrera, resultando en material extruido en forma de cinta para todas las aleaciones. Si bien trabajos anteriores documentaron una mejor resistencia a la corrosión del Ti-29Nb-21Zr en soluciones inflamatorias simuladas en comparación con el Ti-6Al-4V, este trabajo no muestra mejoras similares en la resistencia relativa a la corrosión por fricción de estas aleaciones en comparación con el Ti-6Al-4V.

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