Estudo do comportamento à corrosão de espumas de titânio para aplicações biomédicas

Abstract

As espumas de titânio são consideradas um biomaterial promissor para várias aplicações ortopédicas, uma vez que, possuem a capacidade de reduzir a incompatibilidade biomecânica, permitem o intercrescimento do novo tecido ósseo e o transporte dos fluidos corporais. No entanto, devido à sua estrutura porosa, as espumas de titânio são suscetíveis para a corrosão, devido à presença dos poros, comparativamente com o titânio denso. Contudo, na literatura, o estudo do comportamento à corrosão das espumas de titânio é ainda escasso. Esta dissertação tem como objetivo processar espumas de titânio com diferentes níveis de porosidade e estudar o seu comportamento à corrosão numa solução fisiológica. O processamento das espumas com 30 e 50% de porosidade nominal foi efetuado por metalurgia dos pós, através da técnica de space holder. As espumas de titânio foram caraterizadas electroquimicamente, através das técnicas de potencial em circuito aberto, polarização potenciodinâmica, polarização cíclica e espetroscopia de impedância eletroquímica. Foi efetuada uma caraterização microestrutural e morfológica pelas técnicas de MEV/EDX e MO. Os resultados mostraram que, embora as espumas de titânio possuam uma menor tendência para a corrosão, quando comparadas com o titânio denso, apresentam sempre uma taxa de corrosão superior. Através de polarização cíclica concluiu-se que as espumas não apresentaram tendência para corrosão localizada e pela técnica de Espetroscopia de Impedância Eletroquímica mostrou que na superfície das espumas, o filme formado apresentou propriedades protetoras inferiores às do Ti denso. Como conclusão final, todos os testes eletroquímicos revelaram um melhor comportamento à corrosão do Ti denso, em relação às espumas, devido, provavelmente, à diferença entre a área geométrica e a área real de contacto com o eletrólito.

Titanium foams are considered as a promising biomaterial for various orthopaedic applications owing to their ability on reducing the biomechanical mismatch, allowing the new bone tissue ingrowth and the transportation of the body fluids. However, due to the porous structure, titanium foams are susceptible to corrosion due to the presence of porous comparing to dense titanium. Corrosion behaviour of titanium foams is still limited on the literature. The main objective of this thesis was to produce titanium foams with different levels of porosity and to study their corrosion behaviour in a physiological solution. Titanium foams with 30 and 50% of nominal porosity were processed by powder metallurgy using space holder technique. Titanium foams were characterized by electrochemical techniques as open circuit potential, potentiodynamic polarization, cyclic polarization and electrochemical impedance spectroscopy. A microstructural and morphological characterization by SEM/EDS and OM techniques was performed. The results showed, although the titanium foams have a lower tendency to corrosion when compared with the dense titanium, always have a higher corrrosion rate. By cyclic polarization tests it was concluded that the foams showed no tendency to localized corrosion and electrochemical impedance spectroscopy results showed that in the of Ti foams , the oxide film formed presented lower protective properties than dense Ti. As final conclusion, all the electrochemical tests showed a better corrosion behaviour of dense Ti relatively to foams, probably, due to the difference between the geometric and real contact area with electrolyte.