Projeto e fabricação de um reator para tratamento superficial de implantes por oxidação eletrolítica a plasma

To date, many studies have been carried out in search of biocompatible materials for the manufacture of implants, mainly in the orthopedic and dental area. In this sense, titanium alloys play an important role for use in implants because of their low density, non-toxicity, corrosion resistance and biocompatibility. Pure titanium in the presence of biological fluids has a thin passive layer of oxide responsible for biocompatibility when inserted into the body. However, this spontaneous oxide layer can be lost, quickly, if inserted in adverse environments. Accordingly, appropriate surface modification is required for titanium based alloys, improving the surface properties and their bioactivity. There is a wide spectrum of surface modification techniques available, such as physical vapor deposition, chemical vapor deposition, anodizing, plasma spraying and Plasma Electrolytic Oxidation (PEO). Among these techniques, PEO is an attractive technique for biomedical applications because of its characteristics that favor osseointegration. However, the characteristics and feasibility of producing coatings made on cylindrical samples are not known when they are produced in quantity within the same electrolytic solution. Therefore, it is necessary to study and better understand the fundamental aspects of this technology under this condition. This may advance the scientific understanding of the PEO process, which could allow a better use of the technique for large-scale applications. Based on the above, electrolytic coatings were made for 1, 8 and 16 minutes, respectively, with a voltage of 290 VDC. The times mentioned above were performed for 1, 2 and 3 samples submerged simultaneously in the same electrolytic solution. To characterize the coating thickness of the samples, the techniques of Optical Microscopy (MO) and Scanning Electron (SEM) were used. To obtain the chemical composition and phase of the coating, the characterization techniques of Dispersive Energy Spectroscopy (EED), X-ray Diffraction (XRD) were used. In order to identify the surface porosity, the rugosimeter, the SEM and the Lissajous figure method were used. For the analysis of wear on the coating, the tribological method was used. In the study of wettability, the sessile drop method was used. The results were homogeneous, porous, hydrophilic and with mechanical resistance to contact. By the Lissajous figure method the level of porosity present in the PEO coatings can be determined. The results showed the capacity of production scalability with characteristics that prove to be favorable to have a homogeneous and stable osseointegration for implants.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Até a presente data muitos estudos têm sido realizados em busca de materiais biocompatíveis para a fabricação de implantes, principalmente na área ortopédica e odontológica. Nesse sentido as ligas de titânio desempenham um papel importante para o uso em implantes devido à sua baixa densidade, não toxicidade, resistência à corrosão e biocompatibilidade. O titânio puro na presença dos fluidos biológicos apresenta uma fina camada passiva de óxido responsável pela biocompatibilidade quando inserido no organismo. No entanto, esta camada de óxido espontânea pode ser perdida, rapidamente, se inserido em ambientes adversos. Consequentemente, a modificação superficial apropriada se faz necessária para as ligas a base de titânio, melhorando as propriedades de superfície e sua bioatividade. Existe um grande espectro de técnicas de modificação de superfície disponíveis, tais como deposição física de vapor, deposição química a vapor, anodização, pulverização de plasma e Oxidação Eletrolítica por Plasma (PEO). Entre essas técnicas, o PEO apresenta-se como uma técnica atrativa para aplicações biomédicas devido as suas características que favorecem a osseointegração. Contudo, não se conhece as características e viabilidade da produção de revestimentos realizados em amostras cilíndricas, quando esses são produzidos em quantidade dentro da mesma solução eletrolítica. Portanto, faz-se necessário um estudo e melhor compreensão dos aspectos fundamentais desta tecnologia sob essa condição. Isso pode avançar a compreensão científica do processo PEO, o que poderia permitir um melhor uso da técnica para aplicações em larga produção. Baseado no que foi exposto, realizou-se revestimentos em banho eletrolítico por 1, 8 e 16 minutos, respectivamente, com tensão de 290 V CC. Realizou-se os tempos citados acima para 1, 2 e 3 amostras submersa simultaneamente na mesma solução eletrolítica. Para caracterizar a espessura do revestimento das amostras foram utilizados as técnicas de Microscopia Ótica (MO) e Eletrônica de varredura (MEV). Para obter a composição química e fase do revestimento, foram utilizados as técnicas de caracterização de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EED), Difratometria de Raio-X (DRX). Com o objetivo de identificar a porosidade superficial utilizou-se o rugosímetro, o MEV e o método da figura de Lissajous. Para análise de desgaste no revestimento foi utilizado o método tribológico pino sobre haste. No estudo da molhabilidade utilizou-se o método da gota séssil. Os resultados obtidos foram revestimentos homogêneos, porosos, hidrofílicos e com resistência mecânica ao contato. Através do método da figura de Lissajous pode ser determinado o nível de porosidade presente nos revestimentos PEO. Os resultados obtidos mostraram a capacidade de escalabilidade de produção com características que demonstram ser favoráveis para se ter uma osseointegração homogênea e estável para implantes