Ligas Metálicas

1. Ligas Metálicas Docente: Prof. Rondinelli Herculano Discentes: Camila Machado Guilherme Lourenço Karina R. Hornink Laís Scattolon Milena Marques Míriam Costa

2. O que são ligas metálicas? • Ligas metálicas são materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais elementos químicos sendo que pelo menos um deles é metal. • Há ligas formadas somente de metais e outras formadas de metais e semi metais (boro, silício, arsênio, antimônio) e de metais e não-metais (carbono, fósforo).

3. Por que não utilizar o metal puro? • Metais não são utilizados de forma pura mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicialdevido principalmente à: • Obter-se redução de custos. • Obter material mais ou menos resistente (controle de dureza). • Alterar o ponto de fusão. • Elevar sua biocompatibilidade.

4. Principais utilizações • Indústrias: automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil. • Setores de eletrônica e comunicações. • Medicina. • Odontologia e Ortodontia.

5. Métodos de Obtenção • Processos da fusão

6. Compressão

7. Processo Eletrolítico

8. Ligas metálicas como biomateriais

9. Tipos Os Biomateriais metálicos de maior uso na atualidade abrangem três grupos: • As ligas de aço inoxidável. • 85% dos materiais de osteossíntese são ligas de aço inoxidável ( 316 L ) • As ligas a base de cobalto. • As ligas a base de titânio.

10. Ligas de Aço inoxidável • Definição: liga de aço à qual é adicionado um percentual de Cromo (>11%) que gera maior resistência à oxidação. • Vantagens: preço mais baixo e a facilidade de aquisição • Desvantagens : Susceptilidade à corrosão e um menor desempenho mecânico quando sujeitas a forças de tensão cíclicas. • Novas tecnologias têm melhorado o desempenho dessas ligas. • Pode ser agrupado em três famílias, sendo que o aço mais utilizado é o austenítico.

11. Aço Inoxidável Austeníticos São formados principalmente de ligas de ferro acrescidas de cromo e níquel Características: • Alta resistência à corrosão. • Alta durabilidade. • São soldáveis por diversos processos. Ferríticos São formados principalmente de ligas ferro e cromo Características: • Magnéticos. • Podem ser furados, cortados, dobrados etc. • Elevada resistência a corrosão, principalmente sob tensão.

12. Aço Inoxidável Martensíticos São formados principalmente de ligas de ferro e cromo, e com teores de carbono mais altos do que os ferríticos Características: • Magnéticos. • Quando já tratados termicamente possuem moderada resistência à corrosão. • Boa resistência a soluções, como ácido nítrico em temperatura ambiente, porém corrosivo em soluções redutoras com ácido sulfúrico e clorídrico. • A resistência diminui com o aumento de quantidade e elementos como Carbono, Enxofre e Fósforo.

13. Ligas de cobalto • Usadas a partir dos anos 50 principalmente na fabricação de hastes de próteses da anca. • Bastante resistentes à corrosão, mas têm cerca de 1/3 de resistência à fratura se comparadas às ligas de titânio. • Apresentam alta de libertação de partículas para o organismo. • A sua utilização em implantes tende a diminuir. • É uma liga cara (importada).

14. Ligas de Titânio • As ligas de titânio têm elevada resistência mecânica,melhor resistência à corrosão, bom nível de tolerância e um módulo de elasticidade muito próximo do osso cortical. • A desvantagem é sobretudo o custo elevado e necessidade de importação.

15. Problemas O principal problema enfrentado pelas ligas é a corrosão, uma vez que essa pode gerar a liberação de íons e pequenas frações do metal no organismo. Os principais tipos de corrosão são: • Corrosão geral: por toda a superfície. • Intergranular: nos contornos dos grãos dos metais, podendo propagar-se pelo interior da peça.

16. Corrosão sob tensão: ocorre quando há a ação simultânea de um meio corrosivo e de uma tensão mecânica. • Corrosão por pittes: ocorre quando há o ataque localizado à peça por um agente corrosivo, pode provocar a perfuração e a formação de poros • Corrosão Galvânica: ocorre quando dois metais de potenciais eletroquímicos diferentes se encontram imersos num mesmo eletrólito.

17. Métodos de controle Nota-se assim a necessidade de métodos que possam controlar a liberação desses metais no organismo, a fim de evitar que ocorram prejuízos à saúde. Há grande diversidade de técnicas para se estudar a degradação desses materiais, sendo que devem considerar as situações e as condições em que deve ocorrer a degradação da liga metálica. São técnicas para esse controle a espectroscopia de absorção atômica, metodologias de potencial controlado e a utilização de eletrodos modificados.

18. Espectroscopia de absorção atômica • Técnica utilizada para quantificar a existência de íons metálicos provenientes de biomateriais. • Limite de detecção: 5x10-7 mol.dm-3, que é um valor bem superior aos valores considerados normais no corpo humano. • Desvantagem: é sensível apenas à quantidade total de um elemento, não permite a identificação de sua espécie (Cr6+ e Cr3+)

19. Potencial controlado • Método eletroquímico, como os diferentes tipos de voltometrias. • É um método muito sensível à detecção de materiais vestigiais e compostos biológicos, permite a especiação dos elementos. • Voltometria cíclica: limites de detecção entre 5x10-4 e 5x10-6 mol.dm-3 • Voltometria de ondas: limites de detecção menores, entre 5x10-7 e 5x10-8 mol.dm-3

20. Eletrodos Modificados • Podem aumentar a seletividade e a sensibilidade dos métodos eletroquímicos • Consistem em eletrodos cuja superfície é alterada com uma substância específica de acordo com o objetivo que se deseja atingir. • Podem ser utilizados de várias formas, inclusive podendo induzir ou reduzir processos de corrosão.

21. Pesquisas atuais

22. Ligas Metálicas Vítreas

23. Ligas, obtidas a partir do estado líquido, cujos átomos, ao invés de se agruparem ordenadamente, o fazem de modo aleatório, formando sólidos denominados vidros. • Primeiro vidro metálico a partir da liga Au- Si

24. Propriedades elétricas e magnéticas são bastante interessantes e vantajosas • Apresentam maior resistência à oxidação e são bastante dúcteis. • Grande importância tecnológica e industrial, pois são promissoras às aplicações estruturais por apresentarem elevada resistência mecânica, e elevada resistência à corrosão.

25. Ligas Metálicas Vítreas

26. Desenvolvimento de uma nova técnica para obtenção de monocristais de Ligas a base de cobre

27. Desenvolvimento, construção e otimização de um dispositivo que pode ser usado para obter diferentes materiais metálicos com ponto de fusão de 550 a 1050°C. • Utilização de componentes baratos, tanto para a construção de um forno, tanto para a construção da liga • Variáveis a se considerar em uma liga: memória de forma, resistência mecânica, oxidação.

28. LIGAS DE COBRE  são muito utilizadas, devido a uma propriedade denominada de memória de forma, pois essa condição permite que a liga resista a grandes tensões ou gere forças significativas sobre as mudanças de formas • CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE COBRE: • Capacidade de Amortização (Utilizadas para amenizar vibrações em edifícios, motores e máruinas) • Memória de Forma (Utilizadas em sensores ou acionadores de dispositivos de segurança) • Aplicações relacionadas as áreas médicas, automotiva e aeroespacial • MONOCRISTAIS DE COBRE - Possibilitam uma melhora nas condições e propriedades das Ligas - Diversas maneira de obtenção

29. TÉCNICA UTILIZADA PARA OBTENÇÃO - Técnica de Bridgman - Essa técnica consiste basicamente na lenta passagem do material fundido por um forte gradiente de temperatura, que contém sua temperatura de solidificação. - As ligas policristalinas de Cu-Zn-Al e Cu-Al-Ag foram obtidas por fusão dos elementos com pureza superior a 99,99% em um forno de indução, Inductotherm, empregando cadinho de grafite

30. Para a obtenção dos monocristais foram utilizados tarugos ou aparas (cortadas em pedaços com tesoura) obtidas em torno mecânico e passadas em uma peneira de 16 meses. CONCLUSÕES: • O desenvolvimento de um forno com grande estabilidade térmica e a possibilidade de crescimento de monocristais de materiais que fundem entre 550 e 1050 °C. • No caso específico das ligas à base de cobre e com memória de forma conseguiu-se obter monocristais de boa qualidade.

31. Desenvolvimento de ligas de cobre para odontologia.

32. Objetivo do trabalho: Desenvolvimento de ligas de cobre alternativas em relação às existentes no mercado (Goldent, Duracast) para utilização em incrustações e próteses fixas em oposição às ligas de ouro (ótimas, mas caras). • Critérios adotados: toxicidade, resistência à corrosão e à perda de brilho, facilidade de modelagem, propriedades físicas e mecânicas adequadas à restauração, custo econômico acessível. • Foram formuladas 34 ligas com diferentes variações nos teores de metais, tais como paládio ($), prata, silício, manganês, berílio adicionados às ligas de Cu-Zn, Cu-Zn-Al e Cu-Zn-Al-Ni.

33. FIGURA 1- Etapas da pesquisa.

34. Primeira fase do trabalho: adição de Pd, Si e Mn ( aproximadamente 0,6%) às ligas Cu-Zn-Al e Cu-Zn-Al-Ni. Resultado: Ligas caras (Pd), pouco fluidas, porosas e extremamente oxidáveis. • Segunda fase: Adição de Ag e Pd às ligas de Cu-Zn e Cu-Zn-Al . Resultado: Ligas caras, pouco fluidas, porosas, oxidáveis além de pouco resistentes à corrosão em meio bucal (ph ~6,7) • Terceira fase: Ligas com alto teor de Mn (2 ou 3%). Resultado: Baixa dutibilidade, fragilidade e elevada oxidação superficial durante a fundição odontológica. • Fase final: Adição de elementos individuais ou em conjunto, em teores inferiores a 1,5%, às ligas de Cu-Zn-Al-Ni. A adição de Be => diminuição significativa da oxidação superficial, melhoramento da fluidez e da resistência à corrosão.

35. A liga cuja composição é de 80%Cu- 9,5%Zn - 6%Al- 3%Ni, com adições de Mn, Si, P, Sn e Be (de até 1,5%) apresentou características metalúrgicas, mecânicas e de resistência à corrosão que a qualificam para uso em odontologia. • Propriedades: facilidade de fusão, a baixa oxidação superficial durante a fundição odontológica, a boa fluidez e bom acabamento marginal, as quais podem ser melhoradas mediante tratamento térmico de homogeinização a 850º C e tal liga já vem sendo testada pela faculdade de odontologia de Bauru- USP há aproximadamente cinco, demonstrando bons resultados

36. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO ENTRE LIGAS METÁLICAS EMATERIAIS COMPOSTOS PARA REVESTIMENTO ESTÉTICO:CERÔMERO E POLÍMERO DE VIDRO

37. Aplicação de LigasMetálicasemPróteseParcialFixaOdontológica • Ligas metálicas: NiCr, CoCr e Áurica • Material estético: um polímero de vidro (Artglass) e um cerômero (Targis). • Material estético é aplicado sobre a estrutura metálica. • Análise da adesão/coesão entre os materiais

38. Adesão entre osmateriais Fatores considerados: • Compensação das tensões em relação a contração volumétrica da resina • Coeficiente de expansão térmica de ambos os materiais • Retenção mecânica • Ligação química

39. Método de Adesão: • Jateamento de partículas (50 a 250um) de óxido de alumínio sobre a liga metálica. • Targis – grupo metacrilato promove a polimerização com o material • Artglass – deposição de sílica e silano na superfície metálica • Mais eficaz – confecção de pérolas, redes, gotas ou ranhuras na parte metálicas desde que não afetem a estética final.

40. Conclusão • Ligas de NiCr e CoCr: forças adesivas maiores que as coesivas. • Liga áurica: forças coesivas maiores que as adesivas, pois o ouro é um metal nobre e a ligação química com o material estética é mais fraca. • Resistência ao cisalhamento: CoCr > NiCr > Au

41. Obrigado!