materiais metÁlicos
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MATERIAIS METÁLICOS. Biomateriais. Matéria prima. fusão. lingote. fundição. metalurgia pó. produto semi acabado. conformação. soldagem. produto acabado. usinagem. trefilação. laminação. extrusão. forjamento. usinagem. fundição. soldagem. metalurgia do pó. lingotamento. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
MATERIAIS METÁLICOS
Biomateriais
produto semi acabado
fusão
fundição lingotemetalurgia pó
Matéria prima
soldagem usinagem
produto acabado
conformação
Processos fabricação
Mecânicos (tensão) Metalúrgicos (temperatura)
APLIC. ≥ RUPTURA APLIC. ≤ RUPTURA
metalurgia do pótrefilação
laminação
extrusão
forjamento
TAPLICADA <TFUSÃO TAPLICADA >TFUSÃO
usinagem
fundição
soldagem
lingotamento
• Áreas de aplicação
• Formas de aplicação: temporário ou permanente
• Implantes temporários
• Próteses articulares
• Tipos de falhas
• Implantes permanentes
• Tipos de fixação
• aços inoxidáveis, ligas Co-Cr, ligas Ti
Implantes metálicos
Áreas de aplicaçãoRegeneração óssea: auxiliar na regeneração
de fratura óssea ou substituição de partes removidas
Vascular: parte de componentes em válvulas cardíacas
Odontologia: substituição de raiz dentária ou preenchimento da cavidade dental, reparação de zonas maxilares
Endoprótese (artroplastia): prótese articulares do quadril, joelho, ombro
temporário (auxiliar no tratamento de reparação óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas, fios, hastes, garras, pinos, etc.
permanentes: próteses articulares, pinos, implantes dentários, etc.
Implantes Metálicos - Formas de aplicação
Biomateriais Metálicos Utilizados em Implantes Cirúrgicos
Ligas Metálicas – Implantes Cirúrgicos
Referência ASTM
Aço Inoxidável 316 e 316L F138-86, F139-86, F745-81 (1988), F666-80, e F642-79 (1984)
Titânio puro F67-89
Liga de Co-Cr-Mo F75-87 e F799-87
Liga de Co-Cr-W-Ni F90-87, F643-79 (1984) e F644-79 (1984)
Liga de Ti-6Al-4V F136-84, F620-87 e F1108-88
Tântalo puro F560-86
Liga de Co-Ni-Cr-Mo F562-84, F688-88 e F961-85
Liga de Co-Ni-Cr-Mo-W forjada F563-88
Falha dos implantes
Todos os sistemas de implantes sofrem falhas clínicas:
necrose do tecido ósseo
perda da adesão mobilidade do implante
falha mecânica corrosão, fadiga, carga alta
Falhas típicas de implantes metálicos
Causas Mecânicas
tensões altas por atividade física ou por forças de mastigação causam a mobilidade do implante
tensões cíclicas afetam interface, causando descolamento ou falha do implante por fadiga ou desgaste acentuado
diferença acentuada no módulo elástico entre implante e osso
fixação do implante deve ser otimizada
Causas Químicas
corrosão
toxicidade de elementos dissolvidos causando necrose do tecido
resíduos de desgaste (debris) danificam os tecidos adjacentes e causam infecção
uso de materiais não tóxicos
Falhas típicas de implantes metálicos
Implantes temporários
Hastes
Resistentes ao ataque corrosivo por fluídos fisiológicos
Resistentes a fadiga durante a vida útil desejada
Conformabilidade em qualquer formato requerido
Não devem alterar a composição química do plasma ou dos tecidos
Implantes permanentes - Requisitos
Não devem interferir com os mecanismos normais de defesa
Não devem gerar respostas carcinogênicas
Não devem sofrer fratura catastrófica a resultado da fragilidade ou longo uso, ou fluência
Não devem promover trauma sangüíneo, coagulação ou denaturação de proteínas
Implantes permanentes - Requisitos
Próteses Articulares -Tipos
Quadril: ~20 anos vida media útil (30% de falha) Ligas de Ti ou CoCr na haste femural, acetábulo de polímero (PEUAPM), cabeça metálica ou cerâmica (alumina ou
zircônia) Joelho: maior chance de falha, Ligas de Ti ou CoCr na parte femural, PEUAPM na parte tibial
Tornozelo: curta duração, tibial, talar e fibular, tipicamente CoCr e PEUAPM
Ombro, cotovelo: falha comum devido a movimentos rotacionais
Outras: dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)
Próteses Articulares -Tipos
Prótese de quadril
Prótese de joelho
Prótese de ombro
Prótese acetabular
Fixação de implantes permanentes
Cimentação Charnley 1960 (acetábulo de PEUAPM e
prótese femural metálica)
Ex.: cimento de polimetil metacrilato (PMMA) de cura rápida que polimeriza in situ unindo o implante ao osso.
temperatura de cura danifica os tecidos; resíduos de monômeros são tóxicos;
deterioração da interface
Morfológica:
inserção no osso sem adição de cimento (cementless) o tecido cresce nas cavidades da superfície do implante formando uma ligação puramente mecânica.
Ex.: ranhuras, orifícios.
tempo longo de regeneração, dificuldade em cirurgias de revisão, reabsorção óssea
Biológica:
superfícies com poros maiores que 100 µm permitem penetração dos tecidos.
Ex.: sinterização de esferas ou fios na superfície
maior corrosão, menor resistência a fadiga, baixa estabilidade da superfície porosa,
migração de partículas
Bioativa:
recobrimento da superfície metálica com materiais que aderem diretamente ao tecido ósseo.
Ex.: fosfatos de cálcio, vidros bioativos, etc.
adesão entre a camada bioativa e a superfície do implante
Propriedades
• E = 200 GPa (12 x do osso)• Limite de resistência = 260-896 MPa
Preferível para fixação temporária
Fadiga, corrosão por crevice, liberação de níquel
Acima de 0,03% Carbono ocorre segregação na forma de carbeto de cromo Cr23C6, diminuindo a resistência a corrosão
Substituições H2, N2, P, C, O2 fragilizam a
estrutura
Nitretos se solubilizam e associados com carbono formam inclusões (defeitos)
Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138)
Propriedades • Alta resistência mecânica• Alta resistência a corrosão (crevice)• Biocompatibilidade
hastes de prótese de quadril• Co-Cr-W-Ni • Alta resistência = 690-6000 MPa
fios, fixação interna, placas, hastes intramedulares, parafusos
variação de pH por infecção pode danificar a camada passivada
Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799)
usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio
implantes dentários
Titânio – puro (ASTM F-67)
Propriedades• E = 100 GPa (osso cortical = 7-25 GPa)• prensagem com isostática a quente
aumenta o limite de resistência e a resistência a fadiga
prótese de quadril qualquer cavidade diminui a resistência a
fadiga baixa resistência ao desgaste vanádio é carcinogênico
substituição de V por Nb
Ligas de titânio (ASTM F-136)