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Tipo do documento: Dissertação
Título: Produção e caracterização microestrutural de ligas Ti-Zr e Ti-Ta-Zr produzidas por moagem de alta energia e subsequente tratamento térmico
Título(s) alternativo(s): Production and microstructural characterization of Ti-Zr and Ti-Ta-Zr alloys produced by high-energy ball milling and subsequent heat treatment
Autor: Cal, Thamara Maria Lazanha da 
Primeiro orientador: RAMOS, Alfeu Saraiva
Primeiro coorientador: MARIANO, Neide Aparecida
Primeiro membro da banca: SOUSA, Luciola Lucena de
Segundo membro da banca: SILVA, Gilbert
Resumo: Titânio e suas ligas são vastamente usados como biomateriais para a fabricação de dispositivos ortopédicos/dentários implantáveis, dentro dos quais se destacam os scaffolds e outros implantes para reconstrução óssea. No entanto, o Ti e a liga Ti-6Al-4V apresentam limitadas resistência mecânica e biocompatibilidade, respectivamente. Para melhorar tais características, várias novas ligas de titânio contendo a adição de Zr, Mo, Nb e Ta têm sido avaliadas, dentre as quais se destaca a liga Ti-35Nb-5Ta-7Zr (%-peso). Técnicas de moagem de alta energia têm contribuído para a obtenção de materiais homogêneos, sob o ponto de vista químico e microestrutural. Nesse contexto, o presente estudo visa a caracterização microestrutural e a avaliação da microdureza das ligas Ti-7Zr e Ti-5Ta-7Zr (%-peso) produzidas por moagem de alta energia e subsequente tratamento térmico. As misturas de pós foram processadas por diferentes tempos de moagem: 20, 60, 120, 240 e 640 min. Na sequência, pastilhas cilíndricas de 10 mm de diâmetro foram preparadas por prensagem uniaxial (~120MPa) dos pós-moídos por 640 minutos, seguido de tratamento térmico (1100oC por 4h). Os pós moídos e as amostras tratadas termicamente foram caracterizados por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios X, espectrometria por dispersão de energia (EDS) e microdureza Vickers. Os resultados mostraram que os tamanhos das partículas foram aumentados com a evolução da moagem até 640 minutos, indicando que os mecanismos de soldagem a frio foram mais acentuados do que os mecanismos de fratura, sendo que esse fato foi mais pronunciado para a mistura de pós de Ti-5Ta-7Zr. Os parâmetros de rede e o volume de célula do Ti-α foram modificados com o aumento do tempo de moagem de pós de Ti-7Zr e Ti-5Ta-7Zr devido à dissolução de átomos de Zr e/ou Ta em sua estrutura cristalina. No caso da liga Ti-5Ta-7Zr, picos da fase Ti-β ficaram mais intensos com o aumento do tempo de moagem. As ligas sinterizadas de Ti7Zr e Ti-5Ta-7Zr indicaram microestruturas homogêneas de grãos de Ti-α e Ti-α+β, respectivamente, além da presença significativa de poros decorrentes da rota e dos parâmetros de sinterização adotados, os quais são adequados para a obtenção de scaffolds usados para reparação óssea.
Abstract: Titanium and its alloys are widely used as biomaterial for fabrication of implantable orthopedic devices such as scaffolds used for bone reconstruction. However, the titanium and the Ti-6Al-4V alloy present limited mechanical strength and biocompatibility, respectively. To enhance to these features, various new titanium alloys containing the addition of Zr, Mo, Nb and Ta have been evaluated such as the Ti-35Nb-5Ta-7Zr (wt.-%) alloy. High-energy milling techniques have has been contributing for obtaining homogeneous materials under the chemical and microstructural characteristics. In this way, the present study aims to perform the microstructural characterization and evaluation of Vickers hardness of the Ti-7Zr and Ti-5Ta-7Zr (wt.-%) alloys produced by high-energy ball milling and subsequent heat treatment. The powder mixtures were processed for different milling times: 20, 60, 120, 240, and 640 min. Following, the cylinder samples with diameter of 10 mm were prepared by axial pressure (~120MPa) from the milled powders for 640 minutes, and heat treatment at (1100oC for 4 h). The as-milled powder mixtures and the sintered samples were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry, and hardness tests. The results indicated that the particle sizes were increased with the milling evolution up to 600 minutes, indicating that the cold welding mechanisms were more pronounced than the fracture mechanisms, especially in the Ti-5Ta-7Zr powder mixture. The lattice parameters of α-Ti were changed with the increase of milling time, due to the dissolution of Zr and/or Ta atoms in their crystalline structure. Peaks of β-Ti were more intense in XRD pattern of the Ti-5Ta-7Zr alloy with the increase of milling time. The sintered Ti-7Zr and Ti-5Ta-7Zr alloys indicated the presence of homogeneous microstructures of α-Ti and α-Ti+β-Ti grains, respectively, beside the significant presence of pores from the route and sintering parameters adopted, which are suitable to get scaffolds for bone reconstruction.
Palavras-chave: Materiais biomédicos.
Ligas de titânio.
Moagem de alta energia.
Sinterização.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citação: Cal, Thamara Maria Lazanha da. Produção e caracterização microestrutural de ligas Ti-Zr e Ti-Ta-Zr produzidas por moagem de alta energia e subsequente tratamento térmico. 2018. 75 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1204
Data de defesa: 12-Mar-2018
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