Teses defendidas

16/09/2024

Mariana Pessoa Medeiros de Paula

Roberto Braga Figueiredo

Influência do Processamento por Torção sob Alta Pressão no Comportamento em Corrosão do Magnésio e suas Ligas para Aplicação como Material Biodegradável

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Prof. Roberto Braga Figueiredo - Orientador - Dr. (UFMG)
Profª Augusta Cerceau Isaac Neta - Dra. (UFMG)
Prof. Conrado Ramos Moreira Afonso - Dr. (UFSCar)
Profª Débora Ribeiro Lopes - Drª (UFMG)
Moara Marques de Castro - Dra. (CEMEA-SAV)

Por apresentar uma boa combinação de propriedades mecânicas, biológicas e eletroquímicas, o magnésio tem apresentado um grande potencial em sua utilização em implantes biodegradáveis. Processamentos por deformação plástica severa têm se mostrado promissores para o alcance de propriedades mecânicas adequadas e taxa de degradação controlada e homogênea para o desenvolvimento de implantes biodegradáveis de magnésio e suas ligas. O presente trabalho avalia o efeito do refinamento de grão do magnésio e suas ligas utilizando a técnica de High Pressure Torsion (HPT) no comportamento em corrosão em fluido corporal por longos períodos de imersão, incluindo a análise da relação entre o tamanho de grão e a taxa de corrosão do magnésio. A metodologia adotada envolveu a análise de dados da literatura, a caracterização estrutural, testes mecânicos e de imersão em solução de Hanks para avaliar a taxa de corrosão por perda de massa associada à técnica de tomografia de raios X e por evolução do hidrogênio. Os resultados indicam que o magnésio puro e suas ligas apresentam uma significativa melhora nas propriedades mecânicas e na resistência à corrosão quando submetidos ao processamento por HPT. As ligas Mg-1%Zn-0.5%Ca e Mg-4%Y-3%RE, mostram uma tendência à deformação localizada durante o HPT, sendo que o refino do grão não foi homogêneo, ocorrendo corrosão localizada severa. As ligas Mg-1%Zn, Mg-4%Li-1%Y e Mg-8%Li-1%Y também mantêm a integridade após imersão, apesar de alguns pontos de corrosão localizada. O magnésio puro apresenta boa resistência à corrosão e mantém a integridade após 28 dias de imersão. As conclusões destacam que o refinamento de grão do magnésio por HPT resulta em uma microestrutura mais homogênea e de grãos refinados, o que melhora as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão com o aumento do tempo de imersão. A taxa de corrosão é afetada pela heterogeneidade da deformação, especialmente nas áreas próximas ao centro e às bordas dos discos processados por HPT. O efeito da estrutura do grão na taxa de corrosão é atribuído a uma mudança no mecanismo de corrosão de corrosão localizada (granulação grosseira) para uma corrosão uniforme (grão fino e ultrafino). Por fim, o HPT se mostra mais eficaz do que outras técnicas de processamento para o refinamento de grãos e homogeneização da estrutura. A resistência à corrosão tende a aumentar com a diminuição do tamanho dos grãos, e as melhores combinações de resistência mecânica e resistência à corrosão são observadas em magnésio e ligas processadas por HPT e grãos ultrafinos.

biomateriais; magnésio; HPT; corrosão; tamanho de grão 

Due to its excellent combination of mechanical, biological, and electrochemical properties, magnesium has shown great potential for use in biodegradable implants. Severe plastic deformation processes have proven promising in achieving adequate mechanical properties and controlled, homogeneous degradation rates for the development of biodegradable magnesium implants and its alloys. This study evaluates the effect of grain refinement in magnesium and its alloys using the High-Pressure Torsion (HPT) technique on corrosion behavior in body fluid over extended immersion periods, including the analysis of the relationship between grain size and the corrosion rate of magnesium. The methodology adopted involved the analysis of data from the literature, structural characterization, mechanical testing, and immersion in Hanks solution to evaluate corrosion rates through mass loss, associated with X-ray tomography and hydrogen evolution techniques. The results indicate that pure magnesium and its alloys show significant improvements in mechanical properties and corrosion resistance when subjected to HPT processing. The Mg-1%Zn-0.5%Ca and Mg-4%Y-3%RE alloys show a tendency towards localized deformation during HPT, with uneven grain refinement leading to severe localized corrosion. The Mg-1%Zn, Mg-4%Li-1%Y, and Mg-8%Li-1%Y alloys also maintain their integrity after immersion, despite some points of localized corrosion. Pure magnesium shows good corrosion resistance and maintains its integrity after 28 days of immersion. The conclusions highlight that HPT-induced grain refinement results in a more homogeneous and fine-grained microstructure, which enhances mechanical properties and corrosion resistance with increased immersion time. The corrosion rate is affected by deformation heterogeneity, especially in areas near the center and edges of the discs processed by HPT. The effect of grain structure on the corrosion rate is attributed to a shift in the corrosion mechanism from localized corrosion (coarse-grained) to uniform corrosion (fine and ultrafine-grained). Finally, HPT is more effective than other processing techniques for grain refinement and structural homogenization. Corrosion resistance tends to increase with decreasing grain size, and the best combinations of mechanical strength and corrosion resistance are observed in magnesium and alloys processed by HPT with ultrafine grains.

biomaterials; magnesium; HPT; corrosion; grain size