Influence of addition of CeO2 on the mechanical properties of niobium via powder metallurgy

Vários materiais têm sido estudados visando a aplicação na engenharia biomédica, tais como: titânio, nióbio, aços inoxidáveis, cerâmicas e materiais poliméricos. Quanto ao nióbio, há grande dificuldade para realizar sua conformação mecânica, pois devido a sua elevada ductilidade e baixa resistência mecânica, durante a conformação ocorre a geração de grande quantidade de defeitos podendo ocorrer a fratura do metal em alguns casos. O presente projeto visa o aumento da dureza do nióbio, buscando melhorar suas propriedades mecânicas para facilitar a conformação mecânica. O material utilizado para auxiliar no endurecimento do nióbio neste projeto foi o óxido de cério (céria), que também é um material biocompatível. Foi utilizada a técnica convencional de metalurgia do pó para conformação de corpos de prova, utilizando o pó de nióbio obtido através da moagem dos cavacos provenientes da usinagem do metal. O processo de incorporação da céria na matriz metálica do nióbio foi por impregnação dos poros dos corpos de prova com uma solução precursora de CeO2. As caracterizações realizadas nos corpos de prova foram o teste de porosidade pelo método de Arquimedes, microdureza, dureza e microscopia eletrônica de varredura (MEV), que compararam os resultados dos corpos de prova de nióbio puro e do nióbio com a céria presente em sua matriz. Os ensaios mecânicos mostraram que a resistência mecânica do metal aumentou em torno de 40% para a microdureza e em torno de 100% para a dureza. A análise de porosidade mostrou que a variação das cargas de prensagem e tipos de prensagens utilizadas aumentou a resistência do metal e através da análise microestrutural pôde ser localizada a região em que a céria estava presente em maior concentração no metal e também o tamanho das partículas do óxido presentes no nióbio.Several materials have been studied to the application in biomedical engineering, such as: titanium, niobium, stainless steel, ceramic and polymeric materials. To niobium there is a great difficulty in their shaping, because due of its ductility and low strength, the metal resigned large number of defects may occur at fracture metal in some cases. This project aims to improve the niobium\'s hardness, seeking to improve mechanical properties of metal in order to facilitate the mechanical shaping. The material used for hardening of niobium in this project was cerium oxide (ceria), which also is a biocompatible material. In this project it was used conventional powder metallurgy technique to the conformation of the specimens, using niobium powder obtained by milling of the chips from the machining of metal. The incorporation process of ceria in the metal matrix was by impregnation of the pores of the specimens with a ceria precursor solution. The characterization made in the specimens were tested for porosity, microhardness, hardness and scanning electron microscopy (SEM), which compared the results of the specimens of pure niobium and niobium with ceria present in the matrix. Mechanical tests showed that mechanical strength of metal increased by about 40% for microhardness and around 100% for hardness. The porosity analysis showed that the variation of pressing charges and types of pressing increased the mechanical resistance of the metal and the microstructural analysis could be localized the region in which the ceria was present in higher concentration in the metal and also the size of oxide particles present in niobium