Caracterización de la aleación de titanio Ti6Al7Nb sometida a tratamientos de Shot Peening

Abstract

Durante las últimas décadas, las sociedades buscan un aumento en la calidad de la vida de las personas, dotándolas de una buena alimentación, sanidad e higiene, entre otras, lo que contribuye a un progresivo aumento de la esperanza de vida. Según datos de la OMS, en 2020 más de 1.000 millones de personas en el mundo superarán los 60 años, y de ellos 710 millones vivirán en países desarrollados. Este aumento en la esperanza de vida, requiere cada vez más del uso de endoprótesis y elementos de fijación para tratar fisuras y roturas de los huesos, tanto de gente joven como de personas en edad avanzada, donde la probabilidad de sufrir pérdida de masa ósea aumenta. Los implantes hechos de titanio comercialmente puro se han utilizado con éxito en la práctica clínica desde hace varias décadas ya que posee una serie de propiedades que lo hacen óptimo para este tipo de aplicaciones: es químicamente estables, es decir, no presentar degradación, presenta una resistencia adecuada tanto mecánica como a la fatiga y una densidad y peso adecuado para su uso, además, la experiencia clínica demuestra que el tejido adyacente a los implantes de titanio vasculiza en condiciones que pueden ayudar a reducir la propagación de bacterias y aumentar la resistencia a las infecciones, no existiendo indicios de comportamiento cancerígeno o tóxico en pacientes. Aun así, las propiedades mecánicas del titanio comercialmente puro no siempre son suficientes para prótesis de gran tamaño como las de cadera, por lo que se recurre a aleaciones. La aleación Ti6Al4V-ELI (con menor cantidad de elementos intersticiales) es la más utilizada de entre todas las de titanio para aplicaciones biomédicas, ya que la presencia de vanadio en la aleación, la hace bifásica (α+β) mejorando de manera muy significativa su resistencia y su conformación por deformación plástica para los diferentes tipos de prótesis. Sin embargo, los elementos de aleación se encuentran en entredicho por el efecto que pueden tener en el ser humano, atribuyéndoseles desde efectos cancirogénicos a considerarlos estimuladores del alzheimer, motivo por el cual, en algunos países como en Estados Unidos, el vanadio de esta aleación se empieza a sustituir por el niobio siendo la aleación Ti6Al7Nb. Varios estudios demuestran la influencia de las propiedades superficiales del material de las prótesis con la correcta interacción de la prótesis con el cuerpo humano. La rugosidad y energía superficial son dos de ellas que intervienen en la actividad celular, favoreciendo la colonización y la expansión celular, mejorando su osteointegración y reduciendo la respuesta de cuerpo extraño. Para modificarlas propiedades superficiales se utilizan varias técnicas, como los medios mecánicos (desbaste, mecanizado, granallado,...), métodos químicos (limpieza con disolventes, ataques ácidos o alcalinos, anodizado,...) y métodos de recubrimientos entre otros.El objetivo de este proyecto es caracterizar superficialmente la aleación Ti6Al7Nb sometida a tratamientos superficiales. Para ello se realizará la caracterización microestructural y de las propiedades superficiales de rugosidad, perfil de microdurezas, tensones residuales y Full Width at Half Maximun (FWHM) tras someter la aleación a tratamientos de Shot Peening y Severe Shot Peening, así como segundos tratamientos de vibración y granallado con corindón sobre muestras previamente tratadas con Severe Shot Peening.