Caracterización de la aleación de titanio Ti-6Al-4V aplicada a prótesis de cadera recubiertas de hidroxiapatita

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i8.30629

Palabras clave:

Prótesis de cadera; ASTM F136; Pruebas de fatiga.

Resumen

El titanio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como biomateriales en reemplazos de tejidos duros debido a sus respuestas ambientales fisiológicas únicas y sus propiedades químicas y mecánicas, como la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fatiga y la ductilidad. Otros metales utilizados como biomateriales tienen módulos elásticos con valores diez veces superiores al hueso humano, lo que puede causar fallas cuando hay impactos. Varios estudios reportan fallas de prótesis de cadera debido a la fatiga. Este artículo tiene como objetivo realizar estudios sobre las propiedades mecánicas y la resistencia a la fatiga en un ambiente que simula las articulaciones del cuerpo humano, utilizando prótesis de cadera fabricadas con aleación Ti 6Al 4V con recubrimiento de hidroxiapatita. Se tomaron muestras de la región del cuello para caracterización microestructural para identificar tamaño de grano, inclusiones, microdureza, prueba de tracción, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de dispersión de energía, fluorescencia de rayos X, y también se realizó difracción de rayos X. Después de aplicar más de 10.000.000 de ciclos con fuerzas de compresión en el rango de -0,3 kN a -3,0 kN, no se encontraron grietas y se observó que la pieza solo sufría deformaciones elásticas.

Citas

Antonialli, A. Í. S., & Bolfarini, C. (2011). Numerical evaluation of reduction of stress shielding in laser coated hip prostheses. Materials Research, 14(3),331 334. https://doi.org/10.1590/s1516-14392011005000043

Bahr, R., & Krosshaug, T. (2005). Understanding injury mechanisms: a key component of preventing injuries in sport. British Journal of Sports Medicine, 39(6), 324–329. https://doi.org/10.1136/bjsm.2005.018341

Brandl, E., Leyens, C., & Palm, F. (2011). Mechanical Properties of Additive Manufactured Ti-6Al-4V Using Wire and Powder Based Processes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 26, 012004. https://doi.org/10.1088/1757-899x/26/1/012004

Cantergi, D. (2011). Avaliação das forças musculares envolvidas no exercício de extensão do quadril e joelho do método Pilates [Dissertação].

Chen, Q., & Thouas, G. A. (2015). Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering: R: Reports, 87, 1–57. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001

Costa, A. C. M. F., Lima, G. M., Lima, H. M. A., Cordeiro, V. V., Viana, K. M. S., & Souza, C. V. (2009). Hidroxiapatita: Obtenção, caracterização e aplicação. Revista Eletrônica de Materiais e Processos. http://www2.ufcg.edu.br/revista-remap/index.php/REMAP/article/view/105

Couto, A. A., Faldini, S. B., Almeida, G. F. C., Sekeres, T. S., Kunioshi, C. T., Morcelli, A. E., & Lima, N. B. (2006). Caracterização microestrutural da liga Ti-6Al-4V comercial utilizada como biomaterial.

Hodge, W. A., Fijan, R. S., Carlson, K. L., Burgess, R. G., Harris, W. H., & Mann, R. W. (1986). Contact pressures in the human hip joint measured in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences, 83(9), 2879–2883. https://doi.org/10.1073/pnas.83.9.2879

Kirchner, A., Klöden, B., Luft, J., Weißgärber, T., & Kieback, B. (2015). Process window for electron beam melting of Ti-6Al-4V. Powder Metallurgy, 58(4), 246–249. https://doi.org/10.1179/0032589915z.000000000244

Liu, S., & Shin, Y. C. (2019). Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review. Materials & Design, 164, 107552. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.107552

Nasab, M. B., & Hassan, M. R. (2010). Metallic biomaterials of knee and hip--a review. 24 (2), 69-82. https://link.gale.com/apps/doc/A308129449/HRCA?u=googlescholar&sid=googleScholar&xid=3b4d2143

Paul, J. P. (1976). Approaches to design - Force actions transmitted by joints in the human body. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 192(1107), 163–172. https://doi.org/10.1098/rspb.1976.0004

Rafi, H. K., Karthik, N. V., Gong, H., Starr, T. L., & Stucker, B. E. (2013). Microstructures and Mechanical Properties of Ti6Al4V Parts Fabricated by Selective Laser Melting and Electron Beam Melting. Journal of Materials Engineering and Performance, 22(12), 3872–3883. https://doi.org/10.1007/s11665-013-0658-0

Rocha, R. C., Galdino, A. G. de S., Silva, S. N. da, & Machado, M. L. P. (2018). Surface, microstructural, and adhesion strength investigations of a bioactive hydroxyapatite-titanium oxide ceramic coating applied to Ti-6Al-4V alloys by plasma thermal spraying. Materials Research, 21(4). https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-1144

Sidane, D., Chicot, D., Yala, S., Ziani, S., Khireddine, H., Iost, A., & Decoopman, X. (2015). Study of the mechanical behavior and corrosion resistance of hydroxyapatite sol–gel thin coatings on 316 L stainless steel pre-coated with titania film. Thin Solid Films, 593, 71–80. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.037

Silva Junior, W. C., Souza, C. M. P. D. S., Bortoli, F. D. S., Frajuca, C., & Souza, R. C. (2021). Obtaining the predicted number of cycles of femoral prosthesis manufactured with ASTM F138 and ASTM F75 aloys, applying the method of finite element. Journal of Physics. Conference Series, 1730 (1)(012026).

Souza, C. M. P. de, Santos, R. G., Souza, R. C., Militão, V. A., Silva, I. G., Seriacopi, V., & Junior, W. C. da S. (2022). Data analyses of fatigue tests by extensometry in hip prosthesis of the Co-28Cr-6Mo alloy. Research, Society and Development, 11(4), e52011427854–e52011427854. https://doi.org/10.33448/rsd-v11i4.27854

Wang, D. G., Chen, C. Z., Ma, Q. S., Jin, Q. P., & Li, H. C. (2013). A study on in vitro and in vivo bioactivity of HA/45S5 composite films by pulsed laser deposition. Applied Surface Science, 270, 667–674. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.01.117

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Publicado

07/06/2022

Cómo citar

SOUZA, C. M. P. de .; MILITÃO, V. A.; SILVA, I. G. .; OLIVEIRA, R. R. de; SERIACOPI, V. .; SILVA JUNIOR, W. C. da. Caracterización de la aleación de titanio Ti-6Al-4V aplicada a prótesis de cadera recubiertas de hidroxiapatita. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 8, p. e2211830629, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i8.30629. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/30629. Acesso em: 30 jun. 2024.

Número

Sección

Ingenierías