Comportamiento a la fatiga de un recubrimiento de vidrio en Ti6AL4V para aplicaciones biomédicas

Autores/as

  • Juan José Pavón Universitat Politècnica de Catalunya
  • E. Jiménez-Piqué Universitat Politècnica de Catalunya
  • M. Anglada Universitat Politècnica de Catalunya
  • E. Saiz Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory
  • A. P. Tomsia Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

DOI:

https://doi.org/10.17533/udea.redin.343446

Palabras clave:

indentación hertziana, fatiga cíclica por contacto, recubrimiento de vidrio sinterizado, aplicaciones biomédicas

Resumen

La fijación al tejido receptor de implantes para el reemplazo de hueso puede ser mejorada si poseen una superficie bioactiva con la capacidad de precipitar hidroxiapatita in vivo. Las aleaciones de titanio, a pesar de sus buenas propiedades mecánicas y comportamiento no-tóxico, no son bioactivas y, por tanto, no se enlazan directamente al hueso. Una de las maneras de modificar una superficie metálica bioinerte es recubriéndola con material bioactivo. En este trabajo se presenta la evaluación del comportamiento a fatiga mediante indentación hertziana (esférica) de un recubrimiento de vidrio sobre Ti6Al4V. Este recubrimiento pertenece al sistema SiO2-CaO-MgO-Na2O-K2O-P2O5 y, a pesar de que puede usarse para protección contra la corrosión, ha sido específicamente diseñado para ser utilizado como capa interna de un recubrimiento bicapa bioactivo con una capa externa de bajo contenido en SiO2 para garantizar la bioactividad. Los ensayos hertzianos monotónicos permitieron obtener una secuencia de daños comenzando con tres eventos de daño tipo frágil (agrietamiento tipo anillo, cono y radial) seguidos por la delaminación del recubrimiento asociada a la deformación plástica del substrato. El primer daño frágil, el agrietamiento tipo anillo, fue usado como criterio para la evaluación del agrietamiento por corrosión bajo tensión y por carga cíclica, en aire y agua destilada. Los resultados mostraron la sensibilidad del recubrimiento a la degradación bajo ambos tipos de carga, estática y cíclica, siendo esta degradación considerablemente mayor en agua destilada debido a la susceptibilidad del 

|Resumen
= 151 veces | PDF (ENGLISH)
= 30 veces|

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Juan José Pavón, Universitat Politècnica de Catalunya

Departament de Ciencia dels Materials i Enginyeria Metalúrgica. 

E. Jiménez-Piqué, Universitat Politècnica de Catalunya

Departament de Ciencia dels Materials i Enginyeria Metalúrgica. 

M. Anglada, Universitat Politècnica de Catalunya

Departament de Ciencia dels Materials i Enginyeria Metalúrgica. 

E. Saiz, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

Materials Sciences Division

A. P. Tomsia, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

Materials Sciences Division

Citas

H.S. Dobbs. “Fracture of titanium orthopaedic implants”. J. Mater. Sci. Vol. 17. 1982. pp. 2398-2404. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00543750

L. L. Hench. “Bioceramics: from concept to clinic”. J. Am. Ceram. Soc. Vol. 74. 1991. pp. 1487-1510. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1991.tb07132.x

W. Suchanek, M. Yoshimura. “Processing and properties of hydroxiapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants”. J. Mater. Res. Vol. 13. 1998. pp. 94-117. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0015

W. R. Lacefield. Hydroxilapatite coating. In An Introduction to Bioceramics, ed. Hench, L.L. and Wilson, J. World Scientific, Singapore, 1993, pp. 223-238. DOI: https://doi.org/10.1142/9789814317351_0012

T. M. Lee, E. Chang, B. C. Wang, Y. C. Yang. “Characteristics of plasma-sprayed bioactive glass coatings on Ti6Al4V alloy: an in vitro study”. Surface Coatings Technology. Vol. 79. 1996, pp. 170-177. DOI: https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02463-8

J. M. Gómez-Vega, E. Saiz, A. P. Tomsia. “Glass-based coatings for titanium implant alloys”. J. Biomed. Mater. Res. Vol.46. 1999. pp. 549-559. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4636(19990915)46:4<549::AID-JBM13>3.0.CO;2-M

A. Pazo, E. Saiz, A. P. Tomsia. “Silicate glass coatings on Ti-based implants”. Acta. Mater. Vol. 46. 1998. pp. 2551-2558. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-6454(98)80039-6

A. Pazo, E. Saiz, A. P. Tomsia. “Bioactive coatings on Ti and Ti6Al4V alloys for medical applications”. In Ceramic Microstructures: Control at Atomic Level, ed. Tomsia, A.P. and Glaeser, A.M. Plenum Press. Berkeley. 1998. pp. 543-550. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-5393-9_53

L. L. Hench, R. J. Splinter, W. C. Allen, T. K. Greenlee. “Bonding mechanism at the interface of ceramic prosthetic materials”. Part 1. J. Biomed. Res. Symp. Vol. 2. 1971. pp.117-141. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.820050611

B. R. Lawn. “Indentation of ceramics with spheres: A century after Hertz”. J. Am. Ceram. Soc. 81. 1998. pp. 1977-2071. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02580.x

R. DeLong, W. H. Douglas. “Development of an artificial oral environment for the testing of dental restoratives: biaxial force and movement control”. J. Dent. Res. 62. 1983. pp. 32-36. DOI: https://doi.org/10.1177/00220345830620010801

A. W. Eberhardt, J. L. Lewis, L. M. Keer. “Normal contact of elastic spheres with two elastic layers as a model of joint articulation” ASME J. Biomed. Eng., 113. 1991. pp. 410-417. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2895420

I. M. Peterson, A. Pajares, B. R. Lawn, V. P. Thompson, E. D. Rekow. “Mechanical characterization of dental ceramics using Hertzian contacts”. J. Dent. Res. 77. 1998. pp. 589-602. DOI: https://doi.org/10.1177/00220345980770041201

J. Pavón, E. Jiménez-Piqué, M. Anglada, S. López-Esteban, E. Saiz, A. P. Tomsia. “Stress-corrosion cracking by indentation techniques of a glass coating on Ti6Al4V for biomedical applications” J. Eur. Ceram. Soc., in press (on-line).

J. Pavón, E. Jiménez-Piqué, M. Anglada, E. Saiz, A. P. Tomsia. “Delamination under Hertzian cyclic loading of a glass coating on Ti6Al4V for implants” J. Mat. Sci. (Special Issue 6th Int. Workshop on Interfaces), submitted.

F. C. Frank, B. R. Lawn. “On the theory of Hertzian fracture” Proc. R. Soc. Lond., A 299. 1967. pp. 291-306. DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1967.0137

P. D. Warren. “Determining the fracture toughness of brittle materials by Hertzian indentation”. J. Eur. Ceram. Soc. 15. 1995. pp. 201-207. DOI: https://doi.org/10.1016/0955-2219(95)93941-U

H. Chai, B. R. Lawn, S. J. Wuttiphan. “Fracture modes in brittle coatings with large interlayer modulus mismatch” J. Mat. Res. 9. 1999. pp. 3805-3817. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1999.0514

Y. W. Rhee, H. Kim, Y. Deng, B. R. Lawn. “Contact induced damage in ceramic coatings on compliant substrate: fracture mechanics and design”. J. Am. Ceram. Soc. 84 2001. pp. 1066-1072. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2001.tb00791.x

A. Fischer-Cripps, B. R. Lawn, A. Pajares, L. Wei. “Stress analysis of elastic-plastic contact damage in ceramic coatings on metal substrate”. J. Am. Ceram. Soc. 79. 1996. pp. 2619-2625. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1996.tb09024.x

S. M. Wiederhorn. In: Fracture Mechanics of Ceramics, Bradt RC, Hasselman DPH and Lange FF, editors. New York: Plenum, 1974. pp. 613. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-7014-1_12

Michaelske, T. A., Freiman, S. W. “A molecular mechanism of stress corrosion in silica” J. Am. Ceram. Soc. 66. 1983. pp. 284. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1983.tb15715.x

B. R. Lawn. Fracture of brittle solids, 2nd Ed., Cambridge University Press, Cambridge, 1993, p. 249. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511623127

H. Mould, R. D. Southwick, “Strength and static fatigue of abraded glass under controlled ambient conditions” J. Am. Ceram. Soc. 42. 1959. pp. 582-592. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1959.tb13578.x

C. Barry, P.S. Nicholson. “Stress-corrosion cracking of a bioactive glass”. Adv. Ceram. Mater. 3. 1998. pp. 127-130. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.1988.tb00185.x

A.G. Evans, E.R. Fuller. “Crack propagation in ceramic materials under cyclic loading conditions”. Metall. Trans. 5. 1974. pp. 27-33. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02642921

R. Dauskardt, R. O. Ritchie. “Cyclic fatigue of ceramics”. In: Proc. Of the Eng. Foundation Conf. on fatigue of Adv. Mat. 1991. pp.133.

Descargas

Publicado

2006-08-12

Cómo citar

Pavón, J. J. ., Jiménez-Piqué, E., Anglada, M. ., Saiz, E., & Tomsia, A. P. . (2006). Comportamiento a la fatiga de un recubrimiento de vidrio en Ti6AL4V para aplicaciones biomédicas. Revista Facultad De Ingeniería Universidad De Antioquia, (37), 115–128. https://doi.org/10.17533/udea.redin.343446