Tesis doctoral de Sandra Barriuso Gomez
Las mejores propiedades mecánicas de los metales y sus aleaciones, frente a los biomateriales poliméricos y cerámicos, hacen que sean indispensables para la fabricación de componentes sometidos a carga, siendo su principal campo de aplicación la cirugía ortopédica e implantes dentales. Los materiales metálicos empleados en la zona de unión al hueso de prótesis sin cementar deben interaccionar con el tejido que les rodea promoviendo su osteointegración. Micromovimientos por encima de un margen (100 nm) pueden impedir una íntima aposición ósea debido a que después de la implantación las prótesis metálicas son encapsuladas por un tejido fibroso, sin unión directa al hueso, permitiendo la difusión de iones al medio fisiológico y provocando complicaciones clínicas. Por esto, la creación de superficies bioactivas mediante recubrimientos con cerámicas o polímeros, es una alternativa muy utilizada para mejorar la fijación de los implantes, ya que no conlleva fibro-encapsulación. Sin embargo, estos recubrimientos a menudo no se adhieren bien a la superficie metálica, originando otras complicaciones. Por tanto, la obtención de biomateriales metálicos que faciliten la osteointegración es un objetivo clave en el desarrollo de implantes ortopédicos y dentales. Uno de los métodos más utilizados para mejorar la estabilidad del implante consiste en la creación de superficies rugosas que aumentan el área disponible para la aposición del hueso. Datos obtenidos in vivo evidencian que las superficies rugosas producen mayor fijación que las lisas, sin comprometer su buen comportamiento a corrosión. El granallado con partículas cerámicas causa un aumento de rugosidad que depende del tamaño, forma y energía cinética de las partículas. Dicho tratamiento puede provocar pérdida de la resistencia a la fatiga y peor comportamiento frente a la corrosión y liberación de iones, lo que justifica la necesidad de minimizar estos efectos. En este trabajo se plantean dos estrategias basadas en modificaciones superficiales: 1- realizar tratamientos de oxidación térmica en los materiales granallados con el fin de proteger las superficies frente a la liberación de iones y/o modificar la microestructura para mejorar la resistencia a la fatiga. 2- explorar dos procesados alternativos: agua a alta presión (sin abrasivos) y ¿laser peening¿ (sin capas ablativas). Esta investigación se centra en el estudio de los cambios topográficos y microestructurales y su relación con la resistencia a la fatiga y la liberación de iones, de dos aleaciones modificadas superficialmente (acero 316lvm y aleación ti6al4v). El granallado induce una alta deformación localizada y tensiones residuales de compresión. Sin embargo, las partículas de alúmina quedan incrustadas en las superficies actuando como concentradores de tensiones y disminuyendo la resistencia a la fatiga. En el 316lvm se induce la formación de ¿¿-martensita, que contribuye al peor comportamiento frente a la liberación de iones. La combinación del granallado con un tratamiento térmico (700ºc/2min), mejora el comportamiento a fatiga y la liberación de iones, por la eliminación de la ¿¿-martensita y la formación de capas de óxido más espesas. Sin embargo, en el ti6al4v, el tratamiento de 500ºc/1h produce una importante relajación de tensiones residuales, dando lugar a una pérdida de las propiedades a fatiga, lo que cuestionaría su uso en componentes sometidos a carga cíclica. La menor liberación de iones, sin embargo, lo hace interesante en aplicaciones sin cargas o cargas de compresión.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modificación superficial de biomateriales metálicos (316lvm y ti6lvm) mediante granallado, agua a alta presión y laser peening: efecto en la microestructura, el comportamiento mecánico y la liberación de iones«
- Título de la tesis: Modificación superficial de biomateriales metálicos (316lvm y ti6lvm) mediante granallado, agua a alta presión y laser peening: efecto en la microestructura, el comportamiento mecánico y la liberación de iones
- Autor: Sandra Barriuso Gomez
- Universidad: Complutense de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 22/06/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Marcela Lieblich Rodríguez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: María concepcion Merino casals
- José Luis Ocaña moreno (vocal)
- Multigner domínguez Marta m. (vocal)
- Carlos Capdevila montes (vocal)