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

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).

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

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

Homogeneização e Resfriamento lento. Métodos de Obtenção Processos da fusão Fundem-se quantidades adequadas dos componentes da liga, até que se misturem. Homogeneização e Resfriamento lento. Precauções para: evitar oxidação dos materiais, diminuir perdas dos componentes voláteis, separação dos componentes da liga

Compressão Proporções adequadas dos materiais Pressões muito elevadas Gera ligas de alto ponto de fusão e é usada em ligas cujos componentes são imiscíveis em estado líquido

Deposição sobre os cátodos Processo Eletrolítico Mistura de Sais Eletrólise Deposição sobre os cátodos

Ligas metálicas como biomateriais

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.

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.

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 Magnéticos. Podem ser furados, cortados, dobrados etc. Elevada resistência a corrosão, principalmente sob tensão.

Aço Inoxidável Características: 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.

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).

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.

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.

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.

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.

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+)

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

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.

Pesquisas atuais

Ligas Metálicas Vítreas

Velocidade de resfriamento 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 Para entender o fluxograma: Pesquisas realizadas indicaram que a velocidade de resfriamento é fator importante na obtenção destas ligas. Assim, técnicas de resfriamento rápido foram desenvolvidas, o que possibilitou a fabricação de um grande número de ligas metálicas e metais na forma amorfa. Velocidade de resfriamento Novas técnicas Grande número de ligas

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.

Ligas Metálicas Vítreas Propriedades Campos de Aplicações Baixas perdas eletromagnéticas Transformadores 50/60 Hz e de 400 Hz Alta permeabilidade magnética Componentes indutivos de áudio e vídeo Alta resistência Materiais para estruturas Alta dureza Ferramentas de cortes para usinagem Alta resistência à fratura Materiais para matrizes Alta resistência ao desgaste e boa conformabilidade Materiais para instrumentos médicos Alta razão de reflexão Materiais para precisão ótica

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

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.

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

- Técnica de Bridgman TÉCNICA UTILIZADA PARA OBTENÇÃO - 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

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.

Desenvolvimento de ligas de cobre para odontologia.

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.

FIGURA 1- Etapas da pesquisa.

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.

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

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

Aplicação de Ligas Metálicas em Prótese Parcial Fixa Odontológica 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

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

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.

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

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