Aliaje Ti- Mo și Ti- Zr [603825]

Universitatea Politehnica București
Departamentul de Bioinginerie și Biotehnologie

Biomateriale metalice
Aliaje Ti- Mo și Ti- Zr

Masterand: [anonimizat]: Biomateriale
An I

2010 -2011

2

Cuprins

1. Biomateriale metalice – scurt istoric ………………………….. ………….. 3
2. Proprietățile biomaterialelor metalice ………………………….. ………… 4
3. Titanul folosit ca biomaterial ………………………….. ……………………. 6
3.1. Titanul și aliajele sale folosite în medicină …………………………. 7
3.1.1. Aliaje Ti -Mo ………………………….. ………………………….. ……. 8
3.1.2. Aliaje Ti -Zr ………………………….. ………………………….. ……. 14
4. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ……………… 21

3
1. Biomateriale metalice – scurt istoric

Știința biomaterialelor este „știința care se ocupă cu interacțiunile dintre organismele vii și
materiale”, iar biomaterialele ca fiind „orice substanță sau combinație de substanță, de origine
naturală sau sintetică, care poate f i folosită pe o perioadă de timp bine determinată, ca un
întreg sau ca o parte componentă a unui sistem care tratează, grăbește, sau înlocuiește un
țesut, organ sau o funcție a organismului uman”(Williams 1992).
Astfel s -a născut știința biomaterialelor cu un vocabular medical și științific îmbogățit de
noi termeni, destinați definirii interacțiunii între un organism viu si un material.
Ortopedia, chirurgia estetica, oftamologia, chirurgia maxio -facială, cardiologia, urologia
si neurologia și practic toate specialitățile medicale nu numără mai puțin de 400 de produse
diferite și 10% din activitățile medicale necesită utilizarea de biomateriale în scopuri de:
diagnosticare, prevenție și terapie ( Fig.1).
Din categoria biomaterialelor folosite pentru realizare a implanturilor și a dispozitivelor
medicale fac parte următoarele materiale: polimerii, metalele, ceramicele și compozitele.
Metalele sunt unele dintre cele mai folosite biomateriale în cazul implanturilor ortopedice,
și nu numai. Acestea sunt cunoscute p entru rezistența mare la uzură, ductibilitate și duritate
ridicată. Cel mai des folosite metale pentru realizarea implanturilor sunt oțelurile inoxidabile,
aliajele de cobalt -crom -molibden, titanul și aliajele de titan.
Titanul și aliajele acestuia sunt f olosite cu precădere la realizarea implanturilor ortopedice
datorită faptului că proprietățile mecanice ale acestuia sunt asemănătoare cu cele ale țesutului
osos.
Principalele dezavantaje al acestor metale sunt rigiditatea ridicată pe care o au în
compara ție cu țesuturile gazdă, precum și tendința acestora de a crea artefacte în cazul
procedeelor de diagnosticare avansate (investigarea cu computerul tomografic și rezonanță
magnetică).

4

Figura 1 . Aplicații ale biomaterialelor în medicină

2. Proprietățile biomaterialelor metalice
Proprietățile materialelor sunt guvernate direct chiar de structura lor. La nivel atomic,
metalele sunt formate din ioni pozitivi, aflați în interiorul norului de electroni liberi. Acest
nivel atomic este responsab il pentru caracteristicile și proprietățile distincte ale metalelor.
Legăturile metalice permit atomilor să se autoaranjeze într -o anumită ordine, să se repete și să
se organizeze într -un model cristalin tridimensional. Electronii liberi sunt responsabili pentru
proprietățile electrice și de conductibilitate termică a metalelor. Datorită faptului că legăturilor
interatomice din structura metalelor nu sunt spațial orientate, atomii aflații la capătul
straturilor pot aluneca de pe un strat pe altul dând astfe l naștere deformației plastice.
Proprietățile chimice ale metalelor depind tot de natura legăturilor lor atomice. Cu cât
legăturile dintre atomi sunt mai puternice, și greu de rupt, cu atât materialul este mai inactiv.

5
Deoarece interacțiunea dintre țesu tul uman și biomaterial are loc la nivelul interfeței dintre
cele două componente, proprietățile suprafeței materialului implantat sunt de mare
importanță.
Metalele în stare pură sunt mai rar utilizate, aliajele acestora fiind mai des folosite datorită
faptului că îmbunătățesc unele dintre proprietăți, cum ar fi rezistența la coroziune și duritatea.
Trei grupe de materiale domină grupa biomaterialelor metalice: oțelurile inoxidabile 316 L,
aliajele de cobalt -crom -molibden și titanul pur sau aliaje de tita n (tabelul 1).
Primul tip de oțel inoxidabil folosit în implanturi a fost oțelul de vanadiu (18 -8Va), dar
rezistența la coroziune a acestuia nu a fost prea bună. Pentru a -i mări rezistența la coroziune,
în compoziția acestuia s -a adăugat molibden (18 -8Mo), care mai târziu a devenit oțelul
inoxidabil 316. În anii 1950, componenta de carbon a oțelului inoxidabil 316 a fost redusă de
la 0,08% la 0,03% din greutatea totală, cu scopul de creștere a rezistenței la coroziune. Astăzi,
acest oțel poartă numele de oțel inoxidabil 316L și conține o cantitate de 0,03% carbon, 2%
magneziu, 17 -20% crom, 12 -14% nichel, 2 -4% molibden și alte elemente în cantități mai mici
cum ar fi fosforul, sulful, și siliconul (Davis J.R. , 2003).
Tabelul 1 Compoziția % a biomaterialelor metalice folosit e în implanturile medicale.
Element Oțel inoxidabil 316
L Aliajul Co -Cr-
Mo Titan Aliaj Ti -6Al-AV
C 0,03% 0,035% 0,010% 5,5-6,5%
Co – ponderat – 0,08%
Cr 17-20% 26-30% – –
Fe ponderat 0,75% 0,3-0,5% –
H – – 0,0125 -0,015% 0,25%
Mo 2-4% 5-7% – 0,0125%
Mn 2% 1% – –
N – 0,25% 0,03-0,05% –
Ni 12-14% 1% – 0,05%
O – – 0,18-0,40% –
P 0,03% – – 0,13%
S 0,03% – – –
Si 0,75 1% – –
Ti – – ponderat –
V – – – ponderat
W – – – 3,5-4,5%

6
3. Titanul folosit ca biomaterial
Primele încercări de utilizare a titan ului în implanturile medicale datează din anii
1930. Greutatea ușoară (4,5 g/cm3) precum și proprietățile mecano -chimice forte bune ale
titanului, fac din acesta un material foarte utilizat în cazul implanturilor ortopedice. Există
patru categorii de titan folosite în aplicațiile medicale. Deosebirile dintre ele sunt date de
impurități ca: oxigen, fier și nitrogen. În particular, oxigenul are o bună influență în cazul
ductibilității și rezistenței mecanice. Pe lângă componentele prezentate mai sus se mai
folosesc și alte componente ca: hidrogenul și carbonul (0,015% și respectiv 0,1%). De
asemenea titanul are o rezistență foarte mare la coroziune, datorită formării unui strat de oxid
de titan (TiO 2) pe suprafața acestuia. Această peliculă produce grăbirea pr ocesului de
osteointegrare, proces prin care țesutul osos aderă la suprafața implantului fără apariția
inflamației cronice.
Dezavantajele titanului includ o rezistență la forfecare relativ mică, rezistență mică la
uzură și dificultăți în procesul de fabri cație.
În tabelul 2 sunt redate cele mai importante proprietăți mecanice ale biomaterialelor
metalice folosite mai des în aplicațiile medicale.

Tabelul 2 Proprietățile mecanice ale celor mai folosite biomateriale meta lice
Proprietăți Oțel
inoxidabil Aliaj
Co-Cr Titan Aliaj
Ti-6Al-4V Os
cortical
Rezistența de rupere la tracțiune T [MPa] 586-1351 655-1896 760 965-1103 70-150
Limita de curgere E [MPa] 221-1213 448-1606 485 896-1034 30-70
Densitate  [g/cm3] 7,9 8,3 4,5 4,5 –
Modul de elasticitat e E [GPa] 190 210-253 110 116 15-30
Rezistența la oboseală O[MPa] 241-820 207-950 300 620 –

Modulul de elasticitate al materialelor prezentate este de cel puțin șapte ori mai mare
decât cel al țesutului osos. Această neconcordanță poate duce la apariț ia fenomenului de
„supraconsolidare”, o stare caracterizată prin reabsorbția osoasă în vecinătatea implantului.
Complicațiile clinice apar datorită faptului că cea mai mare parte din solicitarea mecanică este
preluată de către implant, privând țesutul oso s de stimularea mecanică necesară procesului de
homeostază. Proprietățile mecanice ale unui implant depind nu numai de tipul materialului
folosit dar și de procesul de fabricație, tratamentele termice și mecanice putând schimba

7
microstructura materialului . De exemplu, în cazul prelucrării la rece (forjare sau cilindrare),
deformările rezultate duc la o creștere a durității și a rezistenței materialului, dar din păcate
scade ductibilitatea și crește reactivitatea chimică.

3.1. Titanul și aliajele sale folosite în medicină

Biomaterialelor metalice au fost utilizate în principal pentru fabricarea dispozitivelor
medicale pentru înlocuirea țesuturilor dure, cum ar fi articulațiile artificiale de sold , placi
osoase și implanturi dentare, deoarece acestea sunt foar te sigure din punct de vedere al
performanțelor mecanice. Această tendință este de așteptat să continue. Mai mult, oțeluri
inoxidabile, aliajelor Co, și Ti și aliajele sale (denumit în continuare aliaje de titan) sunt
utilizate în principal la fabricarea de biomateriale metalice
De când se cuno aște că aliajele de Ti au cea mai buna biocompatibilitate , cercetarea și
dezvoltarea sistemului de biomateriale bazat pe Ti a fost urmarit cu mare interes în zona
biom aterialelor metalice .
Deoarece chiar și aliajel e de titan, care sunt extrem de biocompatibile, nu sunt
bioactive, cercetă ri considerabile s -au efectuat pe studiul modificării suprafeț elor ceramicii
bioactive cu scopul de a studia pe viitor biocompatibilita tea acestor materiale.
Foarte recent, au î nceput cerce tări ale suprafeț elor modificate de polimeri a aliajelor de titan
prin legăturile chimice, în scopul de a mări biofuncț ionalitatea .
Este de așteptat ca cercetă rile privind creșterea biofunctionalităț ii biomaterialelor
metalice prin topirea și omo genizarea lor cu ceramica, polimeri, sau ambele, în funcție de
scopul dorit, importanța acordată acestui subiect va crește.
Cele mai multe cercetări asupra biomaterialelor de titan se fac concentrându -se pe
aliaje de titan deoarece variabilele de preluc rare pot fi controlate pentr u a produce rezultate
selectate ; proprietăți îmbunătățite, cum ar fi modul redus de elasticitate, rezistență sporită la
coroziune, și răspunsul țesuturilor îmbunătățite sunt posibile în comparație cu aliaje de tip
(Geetha M. și colab,2008 ).
Prin urmare, aliajel de  titan compus din elemente non -toxice, cum ar fi Nb, Ta, Zr,
Mo, și Sn având modulul de elasticitate inferior și rezistență mai mare ar trebui să fie din ce
in ce mai mult dezvoltate.

8
3.1.1. Aliaj e Ti-Mo

În ulti mii ani, aliaje Ti -Mo privite ca biomaterialelor au fost studiate, cu accent pe
microstructura și proprietățile lor mecanice.
Hoet și colab., Sugano și colab ., Guo și Enomoto ,Sukedai și colab., și Liu și colab. ,
de exemplu, au efectuat diferite studii privind transformarile de faza, eliberare de stres, și
proprietățile mecanice a diferitelor aliaje de Ti -Mo.
Zhang și colab . au studiat formarea martensitei indusă într -un aliaj  metastabil Ti –
Mo bazat pe utilizarea difracției de raze X și microscopie electronică de transmisie.
Într-o a doua lucrare, Zhang și colab . folosește microscopie electronică cu transmis ie
de înaltă rezoluție, difracț ie de raze X in situ analize folosite pentru a elucida sensibilitatea
compozițională a comportamentului la de formare în aliaje bazate pe Ti -Mo.
Aliaje cu 8% Mo expuse la tensiuni elastice/plastice c are duc la formarea ireversibilă
de martensită ortorombică indusă de stres .
Aliaj care conține 10% Mo au prezentat un răspuns pronunțat pseudoelastic cu recuperare de
80% din tulpina impus ă de tracț iune.
Având în vedere că există doar câteva studii care se ocupă cu aliajele ti -mo aliaje și
utilizarea lor potențială ca biomateriale, scopul acestei lucrări a fost de a obține aliaje Ti -Mo,
cu concentrații d iferite de Mo de la 4 la 20 % , și să analizeze caracteristicile lor chimice,
morfologice, structurale și electrochimice în condițiile date.
Aliaje le Ti-Mo cu diferite compoziț ii (4, 6, 8, 10, 15, și 20 Mo%.), s -au topit într -un cuptor cu
arc electric având un electrod neconsumabil de W si un suport de cupru răcit cu apă în
atmosfera de argon pur, în urma unei proceduri bine -cunoscut descrise in literatura de
specialitate( Oliveira Nilson T.C. și colab., 2006).
Inițial, un vid de 10 -3 atm a fost creat și apoi argon ult ra-pur a fost injectat.
Această procedură a fost repetată de trei ori și un vid de 10 -3 atm de argon a fost menținut
până la sfârșitul procesului, asigurând eliminarea tuturor gazelor de oxigen din sistem.
După această procedură, diverse aliaje au fost topite din elemente chimice de înaltă
puritate. Lingouri de aproximativ 60 g au fost obținute pentru fiecare aliaj. În s copul de a
asigura omogenitatea probelor au fost întoa rse și retopite de 20 de ori .
Analizele chimice (EDX și XRF) au fost efectuate î n domenii diferite (în vrac și de
suprafață) și rezultatele arată că compoziția chimică efectivă a aliajelor este aproape de
valorile lor nominale (Tabelul 3 ) și sunt in conformitate cu ASTM F -67.

9

Tabel 3 . Rezultatul analizelor EDX și XRF pentru aliajul Ti-Mo

După cum se poate observa, numai din aliaj Ti -20Mo a fost ușor diferită (în jur de
2%), atunci când valorile nominale și experimentale au fost comparate. Compoziția chimică a
aliajelor a fost omogenă și nu au fost gasite diferențe la suprafață și în v rac.
Rezultatele obținute în această lucrare a arătat că structura cristalina a aliajelor binare Ti -Mo
este sensibil ă la concentrația de molibden din aliaj (Fig. 2).

Figura 2. Difractogramele XRD ale aliajelor Ti -Mo de la 4 la 20 %Mo

10
Prin compararea rezultatelor obținute pentru diverse aliaje, se poate observa că un
amestec de faze hexagonal ′ și ortor ombic ′′ a fost observată pentru aliaj ul Ti-4Mo, și faza ′′
se observă aproape exclusiv în cazul în c are concentrația de Mo adăugat t itanului ajunge la 6%.
O retenție semnificativă a fazei  se observă pentru aliaje care conțin 10% Mo, în timp ce la
concentrații mai mar i (15% și 20%), retenția de faza este verificată numai în spectrele de
raze X.
Comportarea la coroziune a al iajului Ti -15Mo utilizat pentru implant uri dentar e

Aliajele de titan dezvoltate în stadiu incipient sunt în principal cele de tip  .
Recent, biocompatibilitate mecanic ă a biomaterialelor este, de asemenea, considerat ă ca fiind
un criteriu important în selec ția biomaterialului. Prin urmare, cercetarea și dezvoltarea de
aliaje de titan de tip , care sunt considerate avantajoas e în termeni de biocompatibilitate
mecanic ă, sunt în cre ștere.
Mai multe faze- a aliajelor de titan, av ând Nb, Ta, Zr si Mo ca elemente de aliere (elemente
-stabilizator), cum ar fi, Ti -12Mo -6Zr-2Fe și Ti -13Mo -7Zr-3Fe ("TMZF"), Ti -15Mo -5Zr-
3Al, Ti -15Mo -3NB -3O ("21Srx TIMETAL"), Ti-14Nb -13Zr, Ti -35Nb -7Zr-5Ta și Ti -34Nb –
9Zr-8Ta ("TNZT "), Ti -29Nb -4.6Zr -13Ta, Ti -15Mo, etc, au fost dezvoltate d e Ho si colab și
Oliveira și colab au studiat structura și proprietățile pe o serie de aliaje binare cu Ti cu un
conținut de Mo ajungând până la 20%. Pe baza evoluției microstructurale și consolidarea
mecanismelor de aliaj Ti -15Mo, Nag et al. au recomanda t ca fiind unul dintre aliajele
biocompatibil e promițătoare( Kumar S. și colab.,2008)
Biocompatibilitatea Ti și a aliajelor sale cu aplicare in domeniul implanturilor dentar e
este decis în fun cție de răspunsul osteointegrării și comportamentul ui celulelor de adeziune.
Wang și L i au studiat biocompatibilitatea aliajelor de titan pentru restaurare dentare. Ei au
descoperit ca Ti și aliajele sale nu au avut efecte mutagene, dar nici o diferență semnificativă
în ata șarea celulelor nu a fost observată.
Modifica rea suprafeței aliajelor de titan, și anume acoperire cu TiN, acoperire cu
hidroxiapatita pulverizat ă, etc, au fost explorate pentru a îmbunătăți biocompatibilitate a
aliajelor de titan folosite pentru implanturi dentare .
Acesta a stabilit că proprietăți le chimice ale s tratului de oxid de pe aliajele de titan joac ă un
rol important în decizia biocompatibilității sale cu țesuturile înconjurătoare. În cazul în care
mediul este acid și conține cantitate a considerabilă de ioni de fluor, atunci aceasta ar cond uce

11
la formarea de acid fluorhidric (HF). În cazul în care concentrația de HF depășește 3 0 ppm,
filmul pasiv pe aliajul de Ti va fi distrus și proprietățile sale mecanice vor fi drastic afectate .
Alierea anumitor element e, împreună cu Ti se constată că oferă o mai bun ă rezistență la
coroziune în medii care conțin fluorură .

Microstructura, structura și microrezistența aliajului Ti -15Mo

Microstructura aliajelor Ti -15Mo (Fig. 3) arată -granule de dimensiuni aproape egale ca
fază dominant ă, care sunt omogen și uniform distribuite. Modelul cu raze x de aliaj indică
faptul că doar faza - este păstrată în structură. Microrezistența de aliaj Ti -15Mo se dovedește
a fi 238 ± 5 HV 0.2.

Figura 3. Microstructura aliajului Ti-15Mo

12
Studii de polarizare potenț iodinamică a aliajului Ti -15Mo

Studii de polarizare potenț iodinamică a aliajului Ti -15Mo au fost efectuate în
intervalul de potențialul -250 până la + 250 mV cu privire la OCP vs SCE la o rată de scanare
de 100 mV / min, pentru a observa efectul de ioni d e florură asupra comportamentului la
coroziune (Fig. 4).

Figura 4. Curba polarizării potențiodinamice a aliasjului Ti -15Mo în 0,15 M NaCl cu
variația concentrației ionilor fluorurați (190, 570,1140 și 9500 ppm) cu rata de scanare de
100 mV (potemția lul in mV vs SCE).

Deși forma curbelor este destul de similar ă, regiunea activă a curbelor este extins ă la
regiunea curentă mai mare în prezența ionilor de fluor. Potențialul de coroziune (Ecorr) și
densitatea curentului de coroziune (icorr), calculate fo losind metoda de extrapolare Ta fel, sunt
compilate în Tabelul 4 . Există o schimbare catodică în Ecorr 275 – 457 mV vs SCE și o
creștere remarcabilă în icorr de la 0.31-2.30 mA/cm2 cu creșterea concentrației de ioni de
fluorură 0 -9500 ppm.

13
Tabel 4. Potențialul de coroziune(E corr), densitatea de curent(i corr) și curba densitate de curent
pasiv(i pass) a aliajului Ti -15Mo în 0,15 M NaCl la diferite conc entratii de ion fluorură

Studiul a condus la urmatoarele concluzii:

Aliajul Ti -15Mo arată prezența -fazei, care este omogen ă și uniform distribuit ă și
microduritatea sa este de 238 ±5 HV 0.2.
Tranziți a activ -pasiv se observă în prezența tuturor concentrațiilor de ioni de fluor. Cu toate
acestea, regiunea activă este extins ă la regiunea curentă mai mare î n prezența ionilor de fluor.
În ciuda dizolvării active în prezența ionilor de fluor, aliajul Ti-15Mo prezintă pasivitate la
potențialul anodic.
Există o dependență puternică a icorr , Ecorr, iPass, RCT, CDL și mediu la starea de
echilibru , valorile densit ății de curent a aliajului Ti -15Mo privind concentrația de ioni de
fluorură în mediul electrolit. Creșterea concentrației de io ni de fluor crește icorr, iPass medie,
la starea de echilibru valorile densității de curent și CDL, determină o schimbare în Ecor r
catodică și o scădere a valorilor RCT, sugerând influența negativă a ion fluor și o scădere a
capacității de protecție la co roziune a Ti – 15Mo aliaj.
Densitatea medie la starea de echilibru actuală, de asemenea, prezintă o dependen ță
liniară asupra poten țialului, sugerând dizolvarea filmului de oxid de protecție, precum și
substrat ului.
Ca expunere a implanturi lor dentare la ion i fluor urați care conțin geluri, etc, ar fi limitat
numai la ’’gât’’ implantul și pentru perioade foarte scurte de timp, cantitat ea de ioni Mo
eliberat din aliaj Ti -15Mo nu este de natură să aibă un efect advers. Prin urmare, în termeni de
biocompatibilitate aliaj ul Ti-15Mo par e să fie acceptabil pentru aplicații in implant uri dentar e.
Pe baza rezultatelor studiului, aliaj ul Ti-15Mo poate fi o alternati vă potrivită pentru
implant urile dentar e (Kumar S. și colab, 2008).

14
3.1.2. Aliaje Ti -Zr

În ultimii ani a existat o dezvoltare semnificativă a aliajelor noi folosi te pentru
implanturi bazat pe Ti, cum ar fi sistemele de aliaje Ti -Nb-Zr și Ti-Nb-Zr-Ta.
În continuare se vor prezenta caracteristicile aliajelor Ti -35.3Nb -5.1Ta -7.1Zr și
Ti-41.1Nb -7.1Zr în care Nb va substitui Ta, cu accent pe proprie tăți – microstructură – relații
între compoziții . Aceste aliaje sunt produse din materiale pur comercial e (Ti, Nb, Zr și Ta),
printr -o metodă de topire pe arc elecric (Elias L.M. și colab., 2006) .
Titan ul și aliaje de titan sunt potrivite ca biomateriale clinic utilizate deoarece proprietățile lor
biologice, mecanice și fizice joacă un ro l semn ificativ în durata de viață a protezelor și
implanturilor .
Reacția tesuturilor studiate au identificat Ti, Nb, Zr și Ta ca elemente non -toxice,
deoarece acestea nu provoacă nici o reacție adversă în corpul uman .
În plus, Nb și, într -o măsură mai mică, Ta , acționează ca stabilizatori, pentru a forma soluții
solide omogene, în timp ce Zr acționează ca un element neutru pentru formarea unei soluții
omogen e solidă în faze  și . În plus, Nb și Ta se folosesc pentru a reduce modul de
elasticitate aliat cu t itan, în anumite cantități .
Studii despre Ti -Nb-Ta-(Zr) au arătat că sistemul de transformări de fază sunt sensibile
atât la rata de răcire și de compoziția chimică. Fig. 5 ilustrează schematic o transformare de
răcire continuă (TVC), diagrame pentru aliaje Ti–Nb–Ta–Zr cu un conținut de aproximativ
7% Zr (Elias L.M. și colab, 2006) .

15

Figura 5. Diagramele CCT schematice pentru Ti–Nb–Ta–Zr cu un conținut
aproximativ de 7% Zr ( Tang și colab., 2000)

Studiul experimental :

Aliajele Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta și Ti -41.1Nb -7.1Zr soluții a u fost tratate la 1000 °C
timp de 2 h apoi cu apă de răcire pentru a elimina influența microstructurii inițiale și pentru a
garanta omogenitatea microstructurii. Se poate observa din Fig. 6 și 7 pentru ambele aliaje
care microstructuri sunt constituite de o matrice c e conține precipitate dendritice.

16

Figura 6. soluție de aliaj Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta
tratată la 1000 ◦ C / 2 h și călire cu apă, micrografii cu:
(a) microscopie la lumina și (b) SEM

17

Figura 7 . Soluție de ali aj Ti –41.1Nb –7.1Zr tratată la
1000 ◦ C / 2 h și călire cu apă, micrografii cu:
(a) microscopie la lumina și (b) SEM

La analizarea Fig. 8 , se observă recristalizare a microstructurala completă a aliajului
Ti-41.1Nb -7.1Zr ,în timp ce pentru aliaj ul Ti-35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta aceasta nu se întâm plă,
după cum se arată în Fig. 9 .

18

Figura 8 . Aliajul Ti -41.1Nb -7.1Zr tratat la 1000 ◦ C / 2 h și călire cu apă după prelucrarea
la rece, micrografiilor de: (a) microscopie lumina si (b) SEM.

Figura 9 . Aliajul Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta tratat la 1000 ◦ C / 2 h și călire cu apă după
prelucrarea la rece, micrografiilor de: (a) microscopie cu lumina si (b) SEM.

Curb ele experimentale efort -deformaț ie pentru aliajele testate sunt reprezentate grafic
în fig. 10. Valorile proprietăților mecani ce sunt rezumate în tabelul 5 . Unele diferențe se
observa la proprietățile mecanice .

19

Figura 10 . Curbe efort -deformație : (a) Ti –41.1Nb –7.1Zr și (b) Ti –35.3Nb – 7.1Zr –5.1Ta.

Tabelul 5. Proprietățile mecanice pentru Ti–41.1Nb –7.1Z r și Ti –35.3Nb – 7.1Zr –5.1Ta.

20
Concluziile studiului

Studiul de față a investigat microstructuri și proprietăți mecanice pentru aliajele Ti –
41.1Nb -7.1Zr și Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta, care au fost produse de aceeași cale de prelucrare
termomecanic. Cu analiza a rezultatelor obținute, se poate concluziona:
1. Tratament termic la 1000 ◦ C / 2 h dupa ce a lucr at la rece nu au fost suficient pentru a
promova o recristalizare completă a aliajului Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta.
2. Comportamentul la stres arată că ambel e aliaje aveau caracteristicile unui material
elastic perfect plastic, independent de compoziția chimică
3. Valorile inițiale ale modulului elastic au fost aproximativ egale pentru ambele aliaje.
Cu toate acestea, pe baza comportamentului de modul tangenta, a fost posibil să se
concluzioneze că aliajul Ti -35.3Nb -7.1Zr -5.1Ta prezinta scădere considerabilă de
rigiditate.
4. Creșterea rezistenței a limitei la rupere și alungire pot fi legate cu prezența tantalului.
5. Unele anchete sunt necesare mai mult pentru a con cluziona cu privire la toate
caracteristicile care influențează comportamentul microstructural și mecanic ale
aliajelor de titan 41.1Nb -7.1Zr și Ti -135.3Nb -7.1Zr -5.1Ta ( Elias L.M. și colab,
2006) .

Zirconiul este folosit mai nou și în stomatologie ca cea mai fizionomică opțiune pentru o
coroană dentară. Se pune sub porțelan în loc de metal pentru a nu transpare sub porțelan. Se
mai folosește și la implantologie tot din același motiv, d ar și pentru că are o biocompatibilitate
superioară, înlocuind titanul .
Are o densitate mică și este un metal de tranziție dur, lucios și rezistent la coroziune
(inclusiv față de apa de mare , apa regală și clor), cu o culoare argintie. Titanul poate fi folosit
în combinații cu fierul , vanadiul , molibdenul , printre alte elemente, cu scopul de a produce
aliaje puternice și ușoare pentru aerospațiu ( motor cu reacție , proiectil sau nave spațiale), uz
militar, procese industriale (chimicale și petro -chimicale, uzine de desalinizare, hârtie),
automobile, agro -alimentare, proteze medicale, implanturi ortopedice, intrumente și pile
dentare, im planturi dentare, bijuterii, telefoane mobile și alte aplicații.
Pentru aliajele de acest tip Ti -Mo și Ti -Zr înca se mai fac cercetări pentru
determinarea microstructurii și proprietăților, din ce in ce mai mulți cercetători își îndreapta
atenția către ace ste aliaje deoarece devin din ce în ce mai promițătoare pentru aplicații în
medicină.

21

4. Bibliografie

1. Davis J.R. ’’Handbook of Materials for Medical Devices’’ ASM International
2003
2. Elias L.M. , Schneider S.G., Schneider S., Silva H.M. , Malvisi F.
’’Microstructural and mechanical characterization of biomedical Ti–Nb–Zr(–
Ta) alloys ’’ Materials Science and Engineering A 432 (2006) 108 –112.
3. Geetha M., Singh A.K., Asokamani R., Gogia A.K. ‚’’ Ti based biomaterials,
the ultimate choice for ort hopaedic implants – A review ’’, Progress in
Materials Science 54 (2009) 397 –425
4. Kumar Satendra , Narayanan T.S.N. Sankara , ’’Corrosion behaviour of Ti –
15Mo alloy for dental implant applications ’’ ,J ournal of de n t i s t r y 3 6 ( 2 0
0 8 ) 5 0 0 – 5 0 7
5. Oliveira Nilson T.C. , Aleixo Giorgia , Caram Rubens , Guastaldi Antonio C.
’’Development of Ti –Mo alloys for biomedical applications: Microstructure
and electrochemical characterization ’’ , Materials Science and Engineering A
452–453 (2007) 727 –731
6. Tang X., Ahmed T., Rack H.J., J. Mater. Sci. 35 (2000) 1805 –1811.

22