Properties of pure titanium and ultra fine grained titanium

Propiedades del titanio puro y del titanio de grano ultrafino

En esta contribución se analizan las propiedades del nanotitanio de grano ultrafino fabricado mediante la tecnología ECAP y del titanio puro estirado en frío. Se evaluaron y compararon las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste mediante un ensayo de fricción con bolas de ZrO₂, la corrosión en una solución Hank por el método de Tafel a temperaturas de 21 °C y 37 °C, y las propiedades de fatiga en torsión. La fractura por fatiga comenzó con la formación de grietas paralelas al eje de la probeta y finalizó con la formación de grietas en el ángulo de máxima tensión de cizallamiento. Se observó polvo de titanio en las superficies de las muestras, lo que indicaba el inicio de la grieta. La nanoestructura de titanio mostró una mayor resistencia a la corrosión, un menor desgaste por fricción y una mayor resistencia a la fatiga con un número limitado de ciclos.

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones médicas constituyen un nuevo campo para el titanio, conocido por su elevada biocompatibilidad en los cuerpos vivos. En algunos casos, los sustitutos médicos deben tener un tamaño muy reducido y soportar cargas elevadas. Por ello, se buscan nuevas tecnologías para mejorar la capacidad de carga de los materiales utilizados. El titanio puro 99,9% es el material preferido para aplicaciones médicas. La vida útil real de los materiales aplicados depende en primer lugar de la correcta evaluación de la carga, la tensión, el entorno y los efectos adversos en el diseño.

Se prefieren materiales con propiedades mecánicas elevadas, con un módulo de Young bajo que no supere los 100 GPa. En esta ocasión se ensaya la nanoestructura sólida de titanio (nTi) con estructura de grano ultrafino para aplicaciones en implantes dentales. Por grano ultrafino se entiende un material con un tamaño de grano de 1 a 100 nm.

Como demostraron las pruebas, las proteínas pueden adherirse al nTi más de un 30% más de lo que pueden hacerlo al Titanio común del mismo [1]. En el campo de los implantes existen normas muy estrictas que prescriben la calidad segura y no tóxica del material utilizado. Todas las demás propiedades del material utilizado que pueden ser importantes durante la vida útil en el cuerpo humano deben ser inspeccionadas. La resistencia a la corrosión es una de ellas.

Los fragmentos liberados por la corrosión pueden ser nocivos o tóxicos [2,3]. El cuerpo humano se autocontrola para mantener la acidez en torno al pH 7,4 y todas las degradaciones se procesan a la temperatura corporal 37 °C. La buena conductividad eléctrica está garantizada por el alto contenido de sales disueltas en los fluidos del cuerpo humano, lo que favorece el mecanismo electroquímico de corrosión e hidrólisis.