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1 ALEACIONES ODONTOLÓGICAS Dr. Andres Ozols Grupo de Biomateriales para Prótesis Instituto de Ciencias de la Ingeniería Instituto de Ingeniería Biomédica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Dr. A. Ozols 1

2 TEMARIO 1- Aleaciones para supra- estructuras Aleaciones de Co-Cr Microestructura Co-28Cr-2Mo Aceros inoxidables AISI 316 L Microestructura Fe-Cr-Mo Propiedades mecánicas 2- Aleaciones para implantes Éxito o falla de un implante dental Cómo seleccionar un implante aceptable? Cuál es un diseño aceptable? Cómo seleccionar al material? Qué es la biocompatibilidad? Comparación p de las aleaciones biocompatibles Dónde esta el titanio? Titanio grado 2 Dr. A. Ozols 2

3 TEMARIO 3- Titanio y sus aleaciones Propiedades mecánicas Efecto de impurezas y aleantes en el titanio microestructura Ti-6Al-4V Titanio y aleaciones de titanio Ruta de produccion de implantes Fatiga del titanio puro Acabado superficial Cómo seleccionar un acabado superficial? Qué ocurre después de la implantación? ió Tratamientos superficiales de implantes Conclusiones 4- Tratamientos Superficiales Dr. A. Ozols 3

4 1- ALEACIONES para SUPRA-ESTRUCTURAS Dr. A. Ozols 4

5 ACEROS INOXIDABLES Dr. A. Ozols 5

6 ALEACIONES de NiCr Dr. A. Ozols 6

7 ALEACIONES de NiCr Las aleaciones de NiCr son difíciles de clasificar pues tienen un rango amplio de composición química. Estas aleaciones son empleadas en odontología para la manufactura de coronas con y sin revestimiento e porcelana, para dentaduras fijas o removibles y puentes. Su procesado es similar a las aleaciones de Co-Cr. Los requisitos específicos de las aplicaciones determinan la composición química. RANGO DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA Dr. A. Ozols 7

8 ALEACIONES de NiCr El contenido de cromo determina a la resistencia a la corrosión de la aleación, que produce una capa de óxido sobre la superficie. El berilio opera como un endurecedor de la solución sólida y permite que el acero soporte las temperaturas de aplicación de porcelanas sin deformarse. Además, el berilio mejora la estabilidad a medida que la temperatura de laaleaciónl disminuye. i También, el aluminio produce una capa de óxido pasiva, facilita el enlace con la porcelana y endurece la aleación debido a la precipitación de Ni3Al. El silicio disminuye la temperatura de fusión y como el magnesio actúa como desoxidante. El molibdeno yelniobio mejoran la resistencia a la corrosión y como el hierro, son usados para adaptar el coeficiente de expansión térmica al de la porcelana. Dr. A. Ozols 8

9 EFECTO de los ALEANTES en el NiCr ELEMEMTO Cromo EFECTO resistencia a la corrosión Berilio endurece la solución sólida estabiliza la aleación Aluminio Silicio resistencia térmica al revestimiento endurece la aleación resistencia a la corrosión el enlace con la porcelana temperatura de fusión desoxidante Dr. A. Ozols 9

10 EFECTO de los ALEANTES en el NiCr ELEMEMTO Molibdeno Niobio Hierro EFECTO resistencia a la corrosión adapta el coeficiente de expansión térmica al de la porcelana El rango amplio de composición ió química produce también la gran amplitud de propiedades físicas y mecánicas Dr. A. Ozols 10

11 ACEROS QUIRÚRGICOS Dr. A. Ozols 11

12 PROPIEDADES DEL ACERO Tipo Condición Tensión de rotura Límite elástico Elongación [%] [MPa] [MPa] 316 Recocido Terminado en frío fí Trabajado en frío L Recocido Terminado en frío Trabajado en frío El módulo de elasticidad es de 210 GPa y no cambia con la resistencia a la rotura. Dr. A. Ozols 12

13 MICROESTRUCTURAS METÁLICAS Elcromopuedesustituiralhierroen una estructura cristalina cúbica de caras centradas para formar un acero inoxidable. El incremento de la concentración de cromo conduce a la precipitación de una segunda fase rica en cromo. El carbono que aparece como elemento aleante en los Atomo de Cr aceros formará una segunda fase si su concentración crece lo suficiente. Sin embargo, esta segunda fase Estructura de un acero inoxidable Fe-Cr (Solución debilita al acero, limita su ductilidad, y disminuye su resistencia a sólida sustitucional) la corrosión. Esto motiva la limitación del contenido de carbono en todas las aleaciones ortopédicas. Dr. A. Ozols 13

14 ACEROS INOXIDABLES La forma más común de aceros empleados en las aplicaciones odontológicas y ortopédicas es la 316L, grado 2, así designada por la American Society for Testing and Materials (ASTM) bajo la especificación ASTM F138. La identificación numérica 316 ubica a la aleación entre los aceros inoxidables austeníticos; la L se refiere a la baja concentración de carbono (típicamente menor al 0.03 % en peso). Como todo acero, el acero inoxidable 316L es una aleación de hierro en carbono. Los otros constituyentes son mayoritarios e incluyen al cromo, níquel y molibdeno, con pequeñas cantidades de manganeso, fósforo, azufre y silicio. Los elementos de la aleación afectan a la microestructura y, por lo tanto, a las propiedades mecánicas y a la resistencia a la corrosión. El cromo en la microestructutura forma óxidos (Cr 2 O 3 ) muy adherentes a la superficie metálica, cuando es expuesta al medio ambiente. Et Esto permite mejorar la resistencia a la corrosión cuando se forma una capa pasiva entre el medio y el material. Esto motiva la pasivación de los aceros inoxidables empleados en los dispositivos ortopédicos por medio de la inmersión en soluciones de ácido nítrico fuertes. Dr. A. Ozols 14

15 ACEROS INOXIDABLES La creación de una capa de óxido pasiva limita el ritmo de corrosión electroquímica de mil a un millón de veces respecto al metal sin la protección del óxido. La mayor parte de las aleaciones metálicas reaccionan fuertemente con el oxígeno, de modo que la capa de óxido se forma naturalmente cuando el metal base es expuesto a la atmósfera. Los métodos estandarizados (como el baño de ácido nítrico) son usados para mejorar la capa y asegurar la resistencia a la corrosión apropiada. A pesar que el cromo provee lacalidad de inoxidable, también estabiliza como fase ferrítica, fase cúbica de cuerpo centrado, que es más débil que la fase austenítica cúbica de caras centradas. El molibdeno provee protección adicional a la corrosión, y el silicio añadido con manganeso estabiliza la fase ferrítica. Para limitar esta tendencia se agrega níquel que estabiliza la fase austenítica y asegura la tenacidad de la microestructura. Dr. A. Ozols 15

16 ACEROS INOXIDABLES La concentración de carbono db debe mantenerse baja en el acero inoxidable 316L para mantener la resistencia a la corrosión. Las concentraciones altas de carbono induce a su combinación con el cromo para formar carburos frágiles segregados en los bordes de grano, debilitando significativamente al material y promoviendo la fractura por corrosión. Esta condición, denominada sensivitivación, es responsable directa de las fallas mecánicas de las prótesis ortopédicas fabricadas con altos contenidos de carbono. Las especificaciones ASTM exigen que el proceso de manufactura del acero inoxidable 316L conduzca a microestructuras austeníticas, libres de carburos o inclusiones que comprometan la resistencia a la corrosión. El tamaño de grano recomendado es pequeño (100 micrones aproximadamente) para asegurar la tenacidad adecuada para las aplicaciones ortopédicas. El tamaño de grano puede controlarse por medio durante el proceso de solidificación, los tratamientos térmicos ulteriores y el trabajado en frío del material. Dr. A. Ozols 16

17 CARACTERISTICAS de ACEROS QUIRURGICOS AISI 304 Cromo (> 16 % en peso) + Molibdeno AISI 316 Norma ASTM AISI 316L F Permite la formación de una capa pasiva Estructura cristalina austenítica RESISTENCIA a la CORROSIÓN en solución salina NO MAGNETICO Polarización de tejidos Bajo Carbono ( % peso) EQUILIBRIO DUCTILIDAD + TENACIDAD Dr. A. Ozols 17

18 PROCESADO del ACERO INOXIDABLE Dr. A. Ozols 18

19 PROCESADO del ACERO INOXIDABLE 1- El trabajado en frío de los aceros produce su rápido endurecimiento, de modo que se requieren tratamientos térmicos intermedios para reblandecer al acero. 2- El calentamiento extremo puede provocar la formación de carburo de cromo en los bordes de grano que pueden inducir corrosión. 3- Los tratamientos térmicos deben ser hechos cuidadosamente. 4- Las soldaduras deben ser evitadas. 5- Las escamas de óxido resultantes sobre la superficie del metal deben ser removidas por tratamiento químico ácido o por arenado. 6- Finalizado el trabajado en frío y tratamiento térmica. 7- Finalizado el trabajado en frío y tratamiento térmico. Dr. A. Ozols 19

20 PROCESADO DEL ACERO INOXIDABLE 8- La superficie es pulida y limpiada. 9- El metal es pasivado con ácido nítrico. 10- El implante de acero es lavado, empaquetado y esterilizado. Dr. A. Ozols 20

21 ALEACIONES de COBALTO CROMO Dr. A. Ozols 21

22 LAS ALEACIONES DE COBALTO CROMO Las aleaciones de cobalto cromo incluyen composiciones inicialmente destinadas a la manufactura: por colada (ASTM F75) por forjado (ASTM F799) por trabajado en frío ASTM F790 y F562). Todas estas aleaciones son primariamente de cobalto con cantidades significativas de cromo para mejorar la resistencia a la corrosión: como ocurre con el acero inoxidable. El cromo forma una capa fuertemente adherente de óxido que provee de la pantalla tll anti-corrosiva i contra el medio. Las aleaciones F75 y F90 contienen aproximadamente 60 % de cobalto, 28 % de cromo. Las aleaciones F799 y F562 tienen menos cobalto y cromo, y en su lugar tienen grandes cantidades de otros elementos de la aleación (aprox. 15 % de tungsteno en la F799 y 35 % de níquel en la F562 ). Dr. A. Ozols 22

23 MICRO-ESTRUCTURA del COBALTO CROMO Dr. A. Ozols 23

24 Las ALEACIONES de COBALTO CROMO El control de calidad puede tener problemas durante el proceso de colada. Si la solidificación es muy lenta los granos tienen mucho tiempo para crecer, por lo tanto disminuir la resistencia mecánica del material. En cambio si la dosificación es muy rápida, el aire en el interior del molde y los gases desprendidos durante el proceso de solidificación pueden quedar atrapados en la micro-estructura, causando la concentración de tensiones indeseables que pueden causar la falla prematura. Finalmente, si las condiciones de enfriamiento no son ideales, los carburos que se forman en la microestructura son tan grandes, que causan el debilitamiento del material, reduciendo su ductilidad y su resistencia a la corrosión. Co-25.79Cr-5.95Mo-0.72Si-0.02C, (% en peso) Dr. A. Ozols 24

25 MICRO-ESTRUCTURA ALEACIÓN CO-CR CR COLADA Dendritas primarias de la solución sólida -Co + eutéctico interdendrítico. Co-28Cr-4.5W-1.1C (% en peso) Micrografías SEM de zonas de 117 m (izq.) y 80 m (der.) Dr. A. Ozols 25

26 MICRO-ESTRUCTURA DE CO-CRCR Esqueleto de carburos Dendritas de - Co Esqueleto de carburos de Cr en una parte de una partícula (de 28 m de ancho), sometida a un ataque electroquímico severo (izquierda). Dr. A. Ozols 26

27 PROPIEDADES de las ALEACIONES Co-CrCr Tipo Condición Tensión de Límite Elongación ruptura Elástico [%] [MPa] [MPa] Co-Cr-Mo Colado (ASTM F76) Co-Ni-Cr-Mo Solubilizado (ASTM F562) por Recocido Trabajado en frío Recocido completo El módulo de elasticidad es de GPa y no cambia con la resistencia a la rotura. Dr. A. Ozols 27

28 PROCESADO de COBALTO CROMO Dr. A. Ozols 28

29 LAS ALEACIONES DE COBALTO CROMO Las propiedades mecánicas de las aleaciones son el resultado del proceso de manufactura que conducen a distintas micro-estructuras. Por ejemplo la aleación F75 ha sido frecuentemente usada para la colada de precisión (método de la cera perdida. Los moldes de cera con la forma y las dimensiones finales del dispositivo odontológico u ortopédico son revestidas con una barbotina cerámica. COLADA de PRECISION 1- Moldeo de piezas 2- Ensamblado del de cera árbol de piezas 3- Inmersión en cemento refractario Dr. A. Ozols 29

30 LAS ALEACIONES DE COBALTO CROMO Estabarbotinaesfogueadaenunhorno(lacerasepierdeamedidaque se funde dentro del molde cerámico) La aleación F75 fundida se cuela o presuriza en el molde permitiendo su solidificación. COLADA de PRECISION 4- Estucado con refractario grueso para formar una cáscara cerámica 5- Desencerado del molde en un horno 6- Calcinado del molde cerámico 7- Colado de la aleación Dr. A. Ozols 30

31 LAS ALEACIONES DE COBALTO CROMO El molde cerámico se rompe descubriendo la parte metálica, la que luego puede ser terminada en el dispositivo final. COLADA de PRECISION 8- Extracción de las piezas coladas 9- Operaciones de terminado (maquinado, pulido, arenado, etc) 10- Inspección de pieza Dr. A. Ozols 31

32 PROCESADO DE ALEACIONES DE COBALTO-CROMO Co-Cr-MoC Coladas en moldes, principalmente hechos a partir de modelos de cera. La L temperatura del molde durante la colada ( C) determina el tamaño de grano del material solidificado. Los granos grandes debilitan a la aleación a altas temperaturas. En cambio, los carburos precipitados permiten que sea menos frágiles. Co-Ni-Cr-Mo Estas aleaciones son forjadas en caliente para modelarlas por deformación plástica sin producirles grietas. Los materiales calentados requieren menos energía para su deformación. La aleación en caliente es modelada por compresión empleando moldes. Dr. A. Ozols 32

33 3- ALEACIONES para IMPLANTES Dr. A. Ozols 33

34 ÉXITO O FALLA de un IMPLANTE DENTAL Es como la silla de 3 patas PACIENTE ODONTOLOGO IMPLANTE Cómo seleccionarlo? Dr. A. Ozols 34

35 COMO SELECCIONAR un IMPLANTE ACEPTABLE? Exito o falla no quirúrgica de un implante se debe a MATERIAL DISEÑO tipos MEDIO DINÁMICO estados de carga MEDIO BIOQUÍMICO corrosión MEDIO BIOLÓGICO Integración con hueso ACABADO SUPERFICIAL Dr. A. Ozols 35

36 CUAL ES UN DISEÑO ACEPTABLE? Avalado por amplia experiencia clínica nivel mundial Implantación en una etapa quirúrgica Sencillez+Costo razonable Alcanza un amplio sector social Roscado o totalmente autoroscante Carga inmediata Suprimir elementos roscadores Reducir la complejidad del instrumental. Inducir excitación ósea Etéti Estética provisoria i Dr. A. Ozols 36

37 COMO SELECCIONAR AL MATERIAL? Integridad estructural por tiempo determinado Resistencia a la corrosión en el medio biológico Resistencia a la fatiga bajo cargas cíclicas Oseo-integración es función de: a- biocompatibilidad b- diseño y superficie del implante c- estado del lecho óseo d- estado de salud general e- técnica quirúrgica i f- condiciones de carga Dr. A. Ozols 37

38 QUE ES LA BIOCOMPATIBILIDAD? La capacidad del material para responder en forma apropiada a una aplicación específica en el organismo Está determinada por las diferencias entre los tejidos y los materiales no naturales. Las propiedades del biomaterial no deben degradarse por ataque del sistema inmunológico. Dr. A. Ozols 38

39 BIOCOMPATIBILIDAD No tóxicos No trombogénicos No cancerígenos Reacción inflamatoria mínima No alergénicos No afectar al sistema inmunológico Dr. A. Ozols 39

40 MICROESTRUCTURAS del TITANIO PURO Todos los granos de un metal puro tienen la misma estructura y solo difieren en la orientación cristalina de los átomos. La falta de enlace direccional en los metales permite la introducción en la matriz cristalina de otroselementos. Si los tamaños atómicos y la estructura electrónica de dos elementos son similares, los elementos pueden formar una sola fase de una solución sólida con una micro-estructura homogénea, similar a un elemento puro. Por ejemplo el titanio en su forma comercialmente pura (denominada titanio CP) es una solución sólida de oxígeno en titanio formando una sola fase. Superficie facetada, bordes de granos Titanio fuertemente atacados con HF Dr. A. Ozols 40

41 MICROESTRUCTURA del TITANIO ALEADO Por otra parte, si los átomos tienen tamaños y estructuras electrónicas distintas pueden formarse dos más fases. La solubilidad de un elemento en la aleación está limitada, y cuando la concentración crece una segunda fase comienza a precipitar. i Los granos de cualquier fase simple tendrán la misma composición química y estructura cristalina, y se diferenciará de la composición y estructura de las otras fases. Por ejemplo, una aleación de titanio típica de uso ortopédica está compuesta por dos fases que son soluciones sólidas: una fase alfa,, que tiene estructura hexagonal compacta y otra fase beta,, de estructura cúbica de cuerpo centrado. fase fase La fase beta sobresale sobre la alfa en el lti6al Ti-6Al-4V picado. Dr. A. Ozols 41

42 MICROESTRUCTURA Ti-6Al-4V 400 x granos equiaxiados fase granos aciculares fase forjado: (tratado 1 h a 955 C + enfriado en aire + recocido 2 h a 705 C) Dr. A. Ozols 42

43 EL TITANIO Y LAS ALEACIONES DE TITANIO. El titanio y sus aleaciones son de interés particular para las aplicaciones biomédicas debido a su excepcional biocompatibilidad y resistencia i a la corrosión.su resistencia i a la corrosión, provista por una capa pasiva adherente de oxido de titanio (TiO 2 ), que excede significativamente las del acero inoxidable y de las aleaciones de cobalto. La corrosión uniforme en soluciones salinas es extremadamente limitada y la resistencia a la corrosión al picado la ínter granular y la de rendija son excelentes. Los resultados experimentales en modelos animales y los clínicos de periodos prolongados de uso en humanos confirma la superior biocompatibilidad. Además, las superficies de oxido de titanio y sus aleaciones, son bien toleradas en contacto con el hueso, volviéndose óseo integradas con poca evidencia de la formación de una capa fibrosa entre el hueso y el implante. Dr. A. Ozols 43

44 ALEACIONES DE TITANIO El titanio-cp (ASTM F67) es usado muy extensivamente en implantes dentales, pero es usado primariamente en cirugía ortopédica para formar revestimientos porosos que son sinterizados sobre los componentes de aleaciones de titanio para los reemplazos articulares. Las propiedades del titanio CP dependen del contenido de oxigeno. A bajas concentraciones el incremento del contenido de oxigeno mejora las propiedades mecánicas. Por ejemplo, el grado 4 de titanio CP con una concentración de oxigeno de 0,4 % en peso, tiene una resistencia de 485 MPa, mientras que el grado 1 con una concentración de oxigeno de 0,18 % en peso tiene una resistencia de solo 170 MPa. La microestructura del titanio CP consiste de granos de una sola fase, hexagonal compacta, y el material puede ser trabajado en frío. El aumento adicional de la tenacidad de la micro-estructura proviene de la solución sólida intersticial, en la que los átomos de oxigeno, carbono y particularmente nitrógeno endurecen por encapsulado en los intersticios de los cristales. Dr. A. Ozols 44

45 ALEACIONES DE TITANIO La forma más común de titanio utilizado en aplicaciones ortopédicas es la aleación de titanio-aluminio-vanadio (ASTM F136). Los elementos primarios de la aleación son el aluminio y el vanadio que están limitados a 5,5-6,5 % en peso y 3,5-4,5 % en peso, respectivamente, de modo que la aleación es frecuentemente llamada Ti-6Al-4V o simplemente Ti-6-4. Esta aleación fue desarrollada para la industria aeroespacial como un material con una relación de tenacidad y peso elevada. La aleación es usada en implantes ortopédicos en su forma intersticial extra baja, en la cual la concentración de oxigeno es mantenida muy baja para evitar su fragilización y maximizar su resistencia y ductilidad. La microestructura de Ti-6Al-4V contiene grano de dos fases. La fase alfa es de estructura hexagonal compacta, es estabilizada por medio del aliado del aluminio; la fase beta, cúbica de cuerpo centrado, es estabilizada por el vanadio. La distribución y la cantidad de las fases dictaminan la propiedad del material que pueden ser alteradas por los tratamientos térmicos. Dr. A. Ozols 45

46 Dónde está el Titanio? TABLA PERIODICA de ELEMENTOS Dr. A. Ozols 46

47 TITANIO GRADO 2 Norma ASTM F67-95 Titanio (> 99 % en peso) Forma capa pasiva medio biológico RESISTENCIA a la CORROSIÓN NO MAGNETICO Relación (tenacidad/peso) elevada RESISTENCIA alafatiga Dr. A. Ozols 47

48 PROPIEDADES MECANICAS del Ti Aleación Tensión de rotura Límite Elástico [MPa] Elongación [%] [MPa] Ti Gr Ti-6Al-4V Ej. Cargas de rotura implantes dentales de 3 mm Kg (Titanio Gr 1-4) 600 Kg (Ti-6Al-4V) Comparación de las propiedades del Ti con distintos materiales Dr. A. Ozols 48

49 COMPARACION de PROPIEDADES MECANICAS Aleación Límite elástico [Mpa] Resistencia a la rotura [Mpa] 316 (recocido) (trabajado en frío) L (recocido) L (trabajado en frío) Co-Cr-Mo (colado) Co-Cr-Mo (recocido a 1200 ºC) Co-Cr-Mo (trabajado en caliente) Co-Cr-Mo (compresión isoestática) Co-Cr-Mo (laminado en caliente) Titanio - Grado Ti-6Al-4V (colado) Dr. A. Ozols 49

50 COMPARACION de Ti con ALEACIONES BIOCOMPATIBLES Aleación Resistencia a la corrosión Tenacidad Estática y Dinámica Resistencia al Desgaste Biocompatibilidad Uso actual Co-Cr-Mo * * * * * * * * * * * * * Piezas Coladas Acero Inoxidable Ti y sus Aleaciones * * * * * * * * * Piezas Colados e Instrumentos * * * * * * * * * * * * * * Piezas Coladas e Implantes Buen candidato Dr. A. Ozols 50

51 TITANIO y sus ALEACIONES para IMPLANTES Los 12 grados (Gr) del Ti Gr1 y Gr2 >99 % (en peso) de Ti ELEMENTO Gr 1 Gr 2 (ASTM F67) Gr 5 ELI (ASTM F136) N Máx C Máx H Máx Fe Máx O Máx Al V Contaminantes Ti Balance Balance Balance Dr. A. Ozols 51

52 EFECTO de IMPUREZAS y ALEANTES en el TITANIO ELEMEMTO concentración oxígeno EFECTO tenacidad + dureza concentración aluminio (temperatura de la transformación entre las fases y ) concentración vanadio (temperatura de transformación entre las fases y ) > 400 C el Nitrógeno, Carbono, Hidrógeno en la estructura cristalina agrietamiento inter-cristalino Dr. A. Ozols 52

53 CARACTERÍSTICAS de las ALEACIONES DE TITANIO La aleación puede ser bien soldada. Tiene alta tenacidad. Es resistente a la oxidación a temperaturas altas. Tiene una estructura de una sola fase a temperaturas bajas que no puede ser tratada térmicamente. Las aleaciones con la fase beta son más tenaces que las de fase alfa. Dr. A. Ozols 53

54 PRODUCCIÓN DE ALEACIONES DE TITANIO OBTENCION de ESPONJA de Ti (Proceso Kroll) 2 TiFeO Cl 2 + 6C (900 C) 2 TiCl FeCl CO TiCl 4 + 2M Mg (1100 C) 2M MgCl 2 + Ti FUNDICION Estas aleaciones son muy reactivas con el oxígeno a altas temperaturas (1668 C ). Las altas temperaturas de procesado hacen indispensable el empleo de atmósferas inertes o de vacío. TRABAJADO TERMO-MECANICO El trabajado en caliente o el forjado debe ser hecho a temperaturas menores a 925 C para laminar y trefilar barras. Dr. A. Ozols 54

55 PROCESADO de ALEACIONES de TITANIO Dr. A. Ozols 55

56 RUTA DE PRODUCCION DE IMPLANTES 1- MECANIZADO 2- ACABADO SUPERFICIAL 3- LIMPIEZA del IMPLANTE 4- ESTERILIZACION Dr. A. Ozols 56

57 PROCESADO DE ALEACIONES DE TITANIO Estas aleaciones son muy reactivas con el oxígeno a altas temperaturas. Las altas temperaturas de procesado hacen indispensable el empleo de atmósferas inertes o de vacío. El trabajado en caliente o el forjado debe ser conducido a temperaturas menores a 925 C. Las aleaciones con las fases (alfa +beta) por tratamiento térmico de las soluciones beta, son más tenaces que las aleaciones alfa+beta recocidas. Los problemas del mecanizado aparecen debido a la reactividad del titanio i con los otros metales empleados como herramientas o moldes. Esas dificultades se pueden minimizar utilizando herramientas filosas a velocidades de corte bajas. El mecanizado electroquímico es otra forma para evitar problemas. Dr. A. Ozols 57

58 RUTA DE PRODUCCION DE IMPLANTES 1- MECANIZADO Problemas del mecanizado por: Deformación plástica Rugosidad de m reactividad del Ti con el O 2 reactividad del Ti con metales de las herramientas. exceso de cargas genera tensiones residuales falla por fatiga Problemas minimizados con: herramientas filosas a velocidades de corte bajas utilizando lubricantes solubles en agua. mecanizado electroquímico. 10 m Contaminantes orgánicos absorbidos bid de lubricantes (hidrocarburos, ácidos grasos solventes, o absorbidos del aire) Dr. A. Ozols 58

59 FATIGA DEL TITANIO PURO (MECANIZADO) Superficie de fractura fallada por exceso de tensiones en mecanizado o en la carga (b) Estriaciones gruesas hacia (a) Estriaciones muy yfinas la transición a bandas de deslizamiento Dr. A. Ozols 59

60 FATIGA DEL TITANIO PURO (MECANIZADO) Fractura de corte de implante de titanio i puro. (a) Fractografia electrónica mostrando la fractura de textura espiral. Líneas de deformación típicas están sopladas hacia fuera del filete de la rosca. b) Distribución uniforme de lenguas y depresiones decorte. Dr. A. Ozols 60

61 FATIGA DEL TITANIO PURO (MECANIZADO) Superficie de fractura fallada (c) Estructuras de sobrecarga. Dr. A. Ozols 61

62 FINAL de la RUTA DE PRODUCCION 3- LIMPIEZA del IMPLANTE Limpieza de los hidrocarburos (cancerígenos) Lavado con solución detersiva no iónica con ultrasonido Lavado con desengrasantes ácidos Pasivación ácida severa Todas las etapas libres del maltrado superficial 4- ESTERILIZACION Esterilización por irradiación gamma (implante+envase) Esterilización por autoclave y envasado estéril Dr. A. Ozols 62

63 CONCLUSIONES La elección debería recaer en implantes con: Diseño sencillo cuerpo cilíndrico roscado (o auto-roscante) pocas etapas quirúrgicas Material Ti Gr2, o Ti Gr5 (Ti-6Al-4V) Acabado superficial Ruguso por arenado o rociado térmico Dr. A. Ozols 63

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