dc.creator | Signor, Fernanda | |
dc.date.accessioned | 2022-11-11T17:07:53Z | |
dc.date.available | 2022-11-11T17:07:53Z | |
dc.date.issued | 2022-09-16 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/26848 | |
dc.description.abstract | Titanium and its alloys have unique characteristics when compared to other metals, such
as low density, high mechanical strength, high corrosion resistance and biocompatibility.
Titanium alloys have properties varying over a wide range, which makes them interesting
for different applications, especially for the aerospace sector and biomedical implants.
Ti-Nb alloys have been studied as an alternative to replace of biomedical implants, made
of Ti6Al4V or stainless steel currently used,because their mechanical properties are close
to those of human bone. Ti-Nb alloys are considered non-toxic and have a lower elastic
modulus, which favors osseointegration. The metal injection molding (MIM) process is
an established technology for producing parts without loss of material by conventional
machine processes, an attractive feature of powder metallurgy. However, the binder’s
choice, the high melting point and reactivity of titanium with interstitial elements add
another issues for its processing, such as the need to use high vacuum furnaces. The
present work investigated an alternative to conventional sintering, with lower cost and
shorter processing time. In this work, the sintering in molten salt of Ti-Nb alloys samples
produced by warm compaction of MIM feedstocks was investigated. MIM feedstocks
were produced with three different compositions: Ti-10Nb, Ti-16Nb and Ti-22Nb using
Ti and Nb elementary powders. Subsequently, the feedstocks were warm compacted
and underwent the extraction of binders. Sintering was carried out in a molten salt
atmosphere and in a vacuum for comparison. TiNb parts sintered using a molten salt
shield showed properties similar to alloys used in biomedical implants. However, they
have a lower densification when compared to samples sintered in vacuum. Microstructural
and mechanical properties of Ti-xNb parts were evaluated. Ti-10Nb and Ti-16Nb samples
showed a porosity of 7.0 and 10.5% when sintered in salt and 1.7 and 1.8% when sintered in
vacuum. Samples with a higher amount of niobium require higher sintering temperatures
for complete diffusion of niobium into titanium. Hardness values increase with increasing
amount of niobium. Mechanical analyzes showed that the samples sintered in salt have a
static elastic modulus of 13 to 17 GPa and a dynamic elastic modulus of 30 to 43 GPa,
while the samples sintered in vacuum showed a static elastic modulus of 19 to 26 GPa
and dynamic elastic modulus in range from 31 to 51 GPa. Therefore, the mechanical tests
show a reduction in the Static and Dynamic Elastic Modulus in the samples sintered in
molten salt, as well as a reduction in the compressive strength, approaching the values
found for human bone. The results obtained in this work demonstrate that molten salt
sintering is an alternative route for manufacturing porous titanium alloys. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Ligas Ti-Nb | por |
dc.subject | MS3 - Sinterização em sal fundido | por |
dc.subject | Metalurgia do pó | por |
dc.subject | Moldagem por injeção de pós metálicos | por |
dc.subject | Ensaios vibroacústicos | por |
dc.subject | Ti-Nb alloys | eng |
dc.subject | MS3 - Sintering in molten salt | eng |
dc.subject | Powder metallurgy | eng |
dc.subject | Injection molding of metallic powders | eng |
dc.subject | Vibroacoustic tests | eng |
dc.title | Produção e caracterização de ligas de Ti-Nb sinterizados em sal fundido | por |
dc.title.alternative | Production and characterization of Ti-Nb sinterized alloys in molted salt | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | O titânio e suas ligas possuem características únicas quando comparadas a outros metais,
como baixa densidade, elevada resistência mecânica e à corrosão, bem como biocompatibilidade. As ligas de titânio têm propriedades variando em uma ampla faixa, o que as torna
interessantes para diferentes aplicações destacando-se o setor aeroespacial e implantes
biomédicos. As ligas de Ti-Nb têm sido estudadas como uma alternativa para a substituição de implantes biomédicos, construídos em Ti6Al4V ou aço inoxidável utilizados
atualmente, já que possuem características mecânicas mais próximas ao do osso humano.
As ligas de Ti-Nb são consideradas atóxicas e possuem menor módulo de elasticidade, o
que favorece a osseointegração. O processo de moldagem por injeção de metal (MIM)
é uma tecnologia consolidada para produzir peças com menor perda de material do que
processos de desbaste, uma característica atrativa da metalurgia do pó. Entretanto, a
escolha do ligante, o elevado ponto de fusão do titânio e sua reatividade com elementos
intersticiais trazem problemas adicionais ao processamento, sendo necessária a utilização
de fornos de alto vácuo. O presente trabalho buscou uma alternativa à sinterização convencional em alto vácuo, com menor custo e tempo de processamento. Neste trabalho,
foi investigada a sinterização em sal fundido de amostras de ligas Ti-Nb produzidas por
compactação de feedstocks por MIM. Para tal, foram produzidos os feedstocks com três
diferentes composições: Ti-10Nb, Ti-16Nb e Ti-22Nb, a partir de pós elementares de Ti
e Nb. Na sequência, os feedstocks foram moldados a quente e passaram pela extração
química de ligantes. A sinterização foi realizada em atmosfera de sal fundido e em vácuo
para comparação. As peças foram avaliadas quanto às suas propriedades microestruturais
e mecânicas. As amostras de Ti-xNb produzidas pela sinterização em sal apresentaram
propriedades similares a ligas utilizadas em implantes biomédicos. Entretanto, apresentaram menor densificação que as sinterizadas em vácuo. As amostras Ti-10Nb e Ti-16Nb
apresentaram porosidade de 7,0 e 10,5% quando sinterizada em sal, de 1,7 e 1,8% quando
sinterizadas em vácuo. Amostras com maior teor de nióbio necessitam maiores temperaturas de sinterização para completa difusão do nióbio no titânio. Os valores de dureza
aumentaram com o aumento da quantidade de nióbio. Análises mecânicas demonstraram
que as amostras sinterizadas em sal possuem módulo de elasticidade estático de 13 a 17
GPa e módulo de elasticidade dinâmico de 30 a 43 GPa, enquanto as amostras sinterizadas
em vácuo apresentaram módulo de elasticidade de 19 a 26 GPa e módulo de elasticidade
dinâmico de 31 a 51 GPa. Logo, os ensaios mecânicos mostram redução do Módulo de
Elasticidade Estático e Dinâmico nas amostras produzidas em sal, bem como redução
da resistência da ruptura à compressão, aproximando-se dos valores encontrados para o
osso humano. Os resultados obtidos neste trabalho demostram que a sinterização em sal
fundido é uma rota alternativa para a manufatura de ligas porosas de titânio. | por |
dc.contributor.advisor1 | Daudt, Natália de Freitas | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3938857351102458 | por |
dc.contributor.referee1 | Barbosa, Ana Paula Cysne | |
dc.contributor.referee2 | Mareze, Paulo Henrique | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/2940865725346016 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Mecânica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |