Caracterización superficial de aleaciones para implantes mediante técnicas espectroscópicas y microscopía electrónica de barrido

• Autores: Kang, Kyung Won
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Trincavelli, Jorge; Bilmes, Pablo David; Llorente, Carlos Luis; Gregorutti, Ricardo Walter; Avalle, Lucía; Álvarez, Patricia
• Materia: Ingeniería; biomaterial; Acero Inoxidable; tratamientos superficiales; técnicas espectroscópicas; Titanio; Microscopía Electrónica
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El presente trabajo de tesis se enmarca en el estudio de biomateriales implantables de titanio y acero inoxidable con diferentes tratamientos superficiales con el propósito de desarrollar métodos y estrategias de caracterización superficial, analizando los parámetros que caracterizan cada tratamiento o conjunto de tratamientos a través de técnicas espectroscópicas y microscopía electrónica de barrido. Los resultados obtenidos fueron correlacionados con ensayos de microdureza, adhesión y/o polarización potenciodinámica cíclica. Vale destacar que la mejor combinación de técnicas para caracterizar un biomaterial implantable dependerá del tipo de material, del tratamiento superficial que tenga y de la función que cumplirá como implante. Contar con métodos confiables para caracterizar daños por corrosión y/o tribocorrosión en diversos tipos de componentes y especialmente en implantes ortopédicos, resulta imprescindible para mejorar la calidad y asegurar la integridad de los mismos. Por ello, resulta de gran utilidad disponer de una herramienta de caracterización confiable de pits de corrosión mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), ya que la corrosión por picado es un mecanismo de daño muy común y pernicioso en biomateriales y el SEM es una técnica hoy día muy versátil y accesible para el estudio de biomateriales. En este sentido, se evaluaron los errores en las mediciones topográficas en muestras de acero inoxidable 316LVM (Low Vacuum Melting) (ASTM F138 y F139/ISO 5832-1) con diferentes tratamientos superficiales, como el blastinizado (en inglés, blasting) y el pasivado químico, mediante el uso de pares estéreos de imágenes de microscopio electrónico; y los resultados fueron cotejados con mediciones electroquímicas. La caracterización de la topografía superficial es fundamental en los biomateriales ya que determina el desempeño de los implantes, sobre todo de los dentales. Una de las maneras ampliamente utilizadas para caracterizar la topografía es a partir de la rugosidad. La rugosidad de una superficie se describe apelando a distintos conjuntos de parámetros, entre los cuales se encuentran los funcionales y los de amplitud. La utilidad de cada parámetro es motivo de estudio en el abordaje de una nueva aplicación y la correcta elección de los parámetros más significativos depende de las características del tratamiento superficial utilizado y del objetivo del estudio realizado. De acuerdo con lo expresado, se estudiaron superficies de aceros inoxidables 316LVM (Low Vacuum Melting) (ASTM F138 y F139/ISO 5832-1) y de titanio c.p. ASTM Grado 4 sometidas a diversos tipos de tratamientos -dentro de los cuales se encuentran el mecanizado, blastinizado, anodizado por plasma químico y pasivado químico. Estos estudios se realizaron a partir del análisis de los parámetros de rugosidad obtenidos mediante la técnica de pares estéreos de imágenes de microscopía electrónica de barrido, en combinación con ensayos de microdureza, adhesión y polarización potenciodinámica cíclica. Finalmente, debido a que los implantes de titanio y sus aleaciones presentan diferentes capas superficiales de óxidos que pueden optimizar el desempeño de estos biomateriales, se desarrolló un método para determinar espesores de óxido de titanio en el intervalo de interés de los implantes dentales y ortopédicos a partir de espectros de rayos X obtenidos mediante la técnica de microanálisis con sonda de electrones. Para el estudio de las capas de óxido generadas mediante anodizado, la intensidad de la línea característica Kα del oxígeno fue relacionada con el espesor correspondiente. Debido a una alteración local del material causada por el haz de electrones, fue necesario efectuar una recalibración mediante la técnica de espectroscopía de retrodispersión de Rutherford.
Doctor en Ingeniería
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ingeniería