The properties of diamond - like carbon (DLC) coatings on titanium alloys for biomedical applications

Propiedades de los recubrimientos de carbono tipo diamante (DLC) sobre aleaciones de titanio para aplicaciones biomédicas

El artículo presenta los resultados del recubrimiento de DLC producido por el método de deposición física de vapor (PVD) sobre la aleación de titanio para aplicaciones biomédicas. La morfología de la superficie y la composición elemental se determinaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM)/espectroscopía de dispersión de energía (EDS). La dureza se determinó mediante indentación instrumental. Se realizaron ensayos tribológicos bajo fricción técnicamente seca y fricción con lubricación de solución de Ringer. Los DLC se caracterizan por su elevada dureza (multiplicada por 4) y sus propiedades antidesgaste. En el caso de la fricción técnicamente seca y en el caso de la solución de Ringer, el coeficiente de fricción disminuyó 5 veces en comparación con los resultados obtenidos para el sustrato.

INTRODUCCIÓN

Debido a su elevada resistencia mecánica, bajo peso y excelente resistencia a la corrosión, el titanio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, petrolera, automovilística, energética y biomédica. Sin embargo, debido al precio relativamente elevado del titanio y a su alta reactividad con el oxígeno, es necesario desarrollar nuevos métodos de producción [1, 2].

Además, los implantes metálicos implantados en el entorno de fluidos fisiológicos están expuestos a la corrosión y contribuyen a la transferencia de iones metálicos y otros productos al organismo humano [3, 4]. Se sabe que el vanadio contenido en la aleación Ti6Al4V puede provocar fuertes reacciones citotóxicas y acumularse en el hígado y los riñones. A su vez, el aluminio ablanda los huesos y tiene efectos negativos sobre las células nerviosas. De ahí el creciente interés por las aleaciones sin vanadio, por ejemplo Ti6Al7Nb [5, 6]. Al mismo tiempo, los revestimientos son cada vez más populares en todo el mundo [5].

Desde su invención en 1971 por Aiseberg y Chabot, los recubrimientos amorfos de carbono tipo diamante (DLC) son cada vez más populares [7]. Esto se debe a sus propiedades físicas y químicas. El DLC es una mezcla amorfa de átomos de C compuesta principalmente por enlaces sp3, pero también sp¹ y sp². La proporción de la fase sp³ y la relación entre los enlaces sp² (típico del grafito) y los enlaces sp³ (típico del diamante) afectan al rendimiento del DLC. Un mayor contenido de sp³ provoca una mayor tensión residual y una menor adherencia de los recubrimientos al sustrato [7, 8, 9]. En la mayoría de los casos, el DLC se obtiene mediante procesos de deposición química y física en fase vapor (CVD, PVD), asistida adicionalmente por plasma (PACVD, PAPVD), pulverización catódica por magnetrón, descarga de arco filtrada pulsada, deposición por haz de iones y deposición por láser [7-10].

Los recubrimientos de DLC se caracterizan por unas propiedades mecánicas y tribológicas muy buenas. Se utilizan para recubrir piezas metálicas expuestas a desgaste por fricción [8, 9, 10].