Modificação da superfície do Ti6Al4V com tratamento Smat e revestimento DLC : estudos tribológicos e caracterização de fragmentos

Abstract

Resumo: O titânio e suas ligas são muito utilizados na confecção de implantes e próteses ortopédicas principalmente devido a sua biocompatibilidade e baixa tendência a corrosão. Ha possibilidade de aprimorar suas características biotribologicas através de tratamentos e revestimentos superficiais, aumentando a vida util dos implantes e próteses e submetendo os pacientes a uma menor quantidade de cirurgias de revisão. No presente trabalho estudou-se a modificação da superfície do titânio liga Ti6Al4Vutilizando-se o tratamento SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) e revestimento de DLC (Diamond-like Carbon). As amostras foram submetidas a ensaios mecânicos e de composição química, rugosidade, espectroscopia Raman, indentacao instrumentada em nanoescala, riscamento e adesão. Foram efetuados ensaios com uso de um tribometro linear recíproco para verificação das características tribologicas. Os resultados dos ensaios tribologicos demonstraram que o revestimento de DLC aumentou as propriedades do titanio liga estudado. Houve uma maior resistência ao desgaste, um coeficiente de atrito menor e uma diminuição na quantidade de fragmentos gerados. Os resultados obtidos indicam que o tratamento SMAT anterior aumenta a resistência ao desgaste do revestimento de DLC em, no mínimo, 23%. Os fragmentos obtidos do ensaio de desgaste foram observados por meio de microscopia eletrônica de varredura, verificando-se que as amostras submetidas ao tratamento SMAT e revestimento com DLC produziram fragmentos com maior esfericidade (razão de Feret).

Abstract: Titanium and titanium alloys are used in orthopedic implants and prostheses due to its biocompatibility and low corrosion rate. It's possible to increase its tribological properties using superficial treatments and coatings, increasing the lifetime of implants and prostheses and thus allowing patients to be submitted to less revision surgeries. In this work samples of titanium-alloy (Ti6Al4V) are submitted to SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) and DLC (Diamond-like Carbon) coating. Samples were submitted to mechanical and chemical tests, roughness, Raman spectroscopy, nanoindentation, surface scratch and adhesion tests. A reciprocating linear tribometer was used to access the tribological behavior. The tribological tests showed that the DLC coating increased the properties of the titanium alloy, increasing the wear resistance, lowering the coefficient of friction and generating less debris. Results show that a previous SMAT increase the wear resistance in 23%, at least. Debris was analyzed using scanning electronic microscopy and it was verified that samples treated with SMAT and coated with DLC produced debris with increased roundness (Feret ratio).