Study of bioactivity, corrosion resistance and fatigue behavior of Ti-12Mo-6Zr-2Fe alloy after different surface treatments

La demande de nouveaux implants avec une meilleure bioactivité, résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques optimisées a augmenté considérablement. Différents traitements de surface sont appliqués sur des alliages de titane pour améliorer leur processus d’ostéo-intégration. Néanmoins, le développement de nouvelles surfaces bioactives pourrait causer une réduction considérable de la résistance à la fatigue et à la corrosion, ce qui peut entraîner des défaillances catastrophiques dans leurs utilisations cliniques. Ainsi, dans ce travail, la performance en biocompatibilité, en fatigue et en corrosion de l’alliage de Ti-12Mo-6Zr-2Fe (TMZF) a été étudié. Cet alliage a été soumis à trois modifications de surface différentes, à savoir le traitement chimique de surface (CST, en anglais, pour Chemical Surface Treatment), les nanotubes (Nt) et les nanopores (NP). Les échantillons ont été immergés dans une solution physiologique appelée SBF (en anglais, pour Simulated Body Fluid) avec des durées d’immersion différentes : 0, 1, 7, et 14 jours. Après 14 jours d’immersion dans SBF, les échantillons qui ont subi un traitement chimique de surface ont montré une formation importante d’hydroxyapatite (HAp), nécessaire pour assurer une bonne osseo-intégration de l’implant. De même, les échantillons avec des nanotubes et nanopores montrent une formation, respectivement, faible et modérée de HAp. Dans les échantillons sans traitement de surface, la formation de HAp n’a pas été observée. Le comportement électrochimique a été étudié par des courbes de polarisation et par spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE, ou EIS en anglais, pour Electrochemical Impedance Spectroscopy). Les échantillons avec NT et NP manifestent une meilleure résistance à la corrosion et un domaine de passivité (Ipass) plus faible, en comparaison avec les échantillons non traités après 14 jours d’immersion dans SBF. Les échantillons qui ont subi un traitement chimique de surface (CST) ont démontré une résistance à la corrosion faible par rapport aux autres surfaces étudiées. Par ailleurs, dans le contexte des investigations électrochimiques, les résultats de SIE d’échantillons NT et NP ont montré un comportement caractéristique qui ne pouvait pas être modélisé par les circuits équivalents traditionnels. Ainsi, un modèle de ligne de transmission de deux canaux a été proposé pour analyser ces résultats d’impédance, permettant un ajustement réussi des données de SIE. Finalement, une réduction de la résistance à la fatigue a été observée dans les échantillons traités avec NP et CST, via une fragilisation par l'hydrogène, en raison du captage d’hydrogène pendant les traitements de surface.Demand for new implants with improved bioactivity, corrosion resistance, and optimal mechanical properties has been increasing considerably. In this sense, different surface treatments are applied in titanium alloys to improve their osteointegration process. Nevertheless, the developments of new bioactive surfaces could cause a considerable reduction in fatigue and corrosion strength leading to catastrophic failures in clinical use. For these reasons, this work studied the biocompatibility, corrosion and fatigue performance of Ti-12Mo-6Zr-2Fe alloy treated with three different surface modifications, namely, chemical surface treatment (CST), nanotubes (Nt) and nanopores (NP). Samples were immersed in simulated body fluid (SBF) solution during different periods, 0, 1, 7, and 14 days. After 14 days immersed in SBF, samples with CST showed high hydroxyapatite (HAp) formation; Likewise, samples with Nt and NP exhibited lower and moderated HAP formation, respectively. In samples without surface treatment was not observed HAp formation. The electrochemical behavior was studied through polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Samples with Nt and NP displayed higher corrosion resistance and lower passivation current (Ipass) compared with untreated samples, after 14 days of immersion in SBF; samples with CST showed the worst corrosion performance for all the surface conditions studied. Furthermore, within the framework of electrochemical investigations, EIS results of Nt and NP samples showed a characteristic behavior that could not be modeled by traditional equivalent circuits. Thus, it was proposed a two-channel transmission line model for analyzing this impedance results, leading to a successful fitting of the EIS data. Finally, was observed a reduction of the fatigue resistance in the samples treated with NP and CST, associated with hydrogen embrittlement processes, due to the pick-up of hydrogen during the respective surface treatments