Effect of Interstitial Elements in the Anelastic Properties of Ti-Nb System Alloys

• Grant number: 10/07593-9
• Support Opportunities: Regular Research Grants
• Start date: September 01, 2010
• End date: August 31, 2012
• Field of knowledge: Engineering - Materials and Metallurgical Engineering - Physical Metallurgy
• Principal Investigator: Carlos Roberto Grandini
• Grantee: Carlos Roberto Grandini
• Host Institution: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brazil
• City of the host institution: Bauru

Abstract

A liga de titânio mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V. Quanto maior for o conteúdo de oxigênio, nitrogênio, ou vanádio, maior será sua resistência e o inverso, quanto menor for o conteúdo destes elementos maior será a tenacidade à fratura, a ductilidade e a resistência à corrosão. Porém, foi relatado anteriormente que o vanádio causa efeitos citotóxicos e reações adversas em alguns tecidos, enquanto o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. Dessa forma, o estudo e o desenvolvimento de ligas de titânio têm mobilizado muitos pesquisadores, haja visto que as propriedades destas ligas estão fortemente relacionadas com os elementos de liga e com os tratamentos termomecânicos efetuados em seu processamento. Estão sendo desenvolvidas novas ligas de titânio que apresentam em sua composição elementos como nióbio, tântalo, zircônio e molibdênio. A presença de elementos intersticiais (oxigênio, nitrogênio, carbono e hidrogênio) altera de maneira significativa as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga e as medidas de espectroscopia mecânica constituem uma ferramenta poderosa para o estudo da interação destes elementos substitucionais e intersticiais com a matriz metálica. O Laboratório de Relaxações Anelásticas ( hoje Laboratório de Anelasticidade e Biomateriais), iniciou suas atividades em 1990, com a implantação da técnica do Pêndulo de torção para a análise de materiais. Em 1995, com o apoio da FAPESP (processo nro. 1995/04.940-8), foi implantado um segundo sistema semelhante ao primeiro. Em 1998, também com o apoio da FAPESP (processo nro. 1998/12.160-0), implantamos um terceiro sistema para medidas de atrito interno por intermédio da técnica da barra vibrante. Estes sistemas têm trabalhado continuamente e hoje uma modernização completa se faz necessário. O principal objetivo deste projeto é estudar o efeito de elementos intersticiais pesados (como oxigênio, por exemplo) em solução sólida, presentes em ligas do sistema Ti-Nb (tanto em fase ± como em fase ²) nas propriedades anelásticas da liga por meio de medidas de espectroscopia mecânica (atrito interno e módulo de elasticidade). Para tanto, as amostras, após sua análise química e de gases, serão caracterizadas por intermédio de medidas de densidade, difração de raios X (DRX), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), micodureza Vickers, testes de corrosão e biocompatibilidade. Para tanto, estamos propondo com este projeto, a aquisição de um analisador dinâmico mecânico DMA25 da Metravib, um DMA que oferece a possibilidade de trabalhar com força de 25N, com a opção de fazer um up-grade para 50 N no futuro (outros equipamentos similares trabalham com força até 16 N, o que é insuficiente para o estudo de metais). Este equipamento permite trabalhar num amplo intervalo de freqüência, 10-5 a 200 Hz, intervalo de temperatura entre -150°C a 500°C, completamente automático via microcomputador e possibilidade de trabalho imerso em fluidos. Com a aquisição deste equipamento, poderemos substituir os três equipamentos atuais e trabalhar com uma única geometria de amostra variando-se um intervalo muito grande de freqüência (cerca de oito décadas). (AU)