Resumen

Se estudió una aleación de titanio para aplicaciones biomédicas, Grado 5 ELI, que se sometió al proceso de nitruración iónica en el intervalo de temperaturas de 530 - 590 °C y durante 5 - 17 h, utilizando dos variantes de disposición de las muestras en la cámara de descarga luminosa. La primera variante - las muestras destinadas a la nitruración se colocaron sobre el cátodo, la segunda variante - las muestras colocadas sobre el cátodo se protegieron con una pantalla activa. Para evaluar la eficacia de la nitruración, se realizaron estudios sobre la profundidad de difusión del nitrógeno en el sustrato de la aleación de titanio estudiada, ensayos de dureza superficial, así como la observación de las microestructuras obtenidas y ensayos de composición de fases - con el fin de evaluar la estructura de las capas superficiales. Se comprobó que el uso de pantallas activas aumenta la velocidad de difusión del nitrógeno en profundidad en la aleación de titanio nitrurada Grado 5 ELI y, por tanto, aumenta el espesor de las capas nitruradas obtenidas.

INTRODUCCIÓN

Debido a las propiedades físicas y mecánicas específicas (alta resistencia específica, alta resistencia a la corrosión, etc.) del titanio puro y las aleaciones de titanio, se utilizan ampliamente en la fabricación de piezas críticas de ingeniería mecánica, aplicaciones aeroespaciales, muchos entornos corrosivos, equipamiento deportivo y medicina [1-3]. El titanio es neutro para el cuerpo humano y se utiliza con frecuencia en el campo de la medicina para sustituir válvulas cardiacas, articulaciones y huesos. La biocompatibilidad y resistencia del titanio lo convierten en un material ideal para postes dentales y otras prótesis orales [3-5]. Sin embargo, las aleaciones de titanio presentan propiedades tribológicas deficientes, como un coeficiente de fricción y un desgaste adhesivo elevados e inestables [6,7].

La nitruración iónica del titanio y sus aleaciones elimina eficazmente estas deficiencias [8]. La nitruración de las aleaciones de titanio puede realizarse por el método tradicional con gas, mediante refundición por láser en atmósfera de nitrógeno, implantación iónica o mediante técnicas iónicas. Los procesos iónicos permiten la constitución de capas superficiales con una estructura, fase y composición química específicas, que posibilitan una mejora significativa de las propiedades tribológicas de las aleaciones de titanio. En este trabajo se ha llevado a cabo la evaluación de la eficacia de la nitruración iónica por el método de pantalla activa de la aleación de titanio Grado 5 ELI utilizada en biomedicina.

MATERIAL Y METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Para la investigación se seleccionó la aleación de titanio biomédico del denominado grado de alta pureza Grado 5 ELI. Esta aleación es una variación de la aleación de Grado 5 utilizada desde principios de los años 80, que al cabo de los años resultó ser tóxica para el cuerpo humano debido a su contenido en vanadio y aluminio. 

• Materias:Titanio Nitruración Aplicaciones biomédicas Aleaciones
• Subjects:Titanium Nitriding Biomedical applications Alloys
• Palabras claves:Aleaciones de titanio; Biomedicina; Nitrocarburación iónica; Método de pantalla activa; Microdureza; Microestructuras
• Keywords:Titanium alloys; Biomedicine; Ion nitriding; Active screen method; Microhardness; Microstructures