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http://hdl.handle.net/1843/79794
Type: | Tese |
Title: | Influência do processamento por torção sob alta pressão no comportamento em corrosão do magnésio e suas ligas para aplicação como material biodegradável |
Authors: | Mariana Pessoa Medeiros de Paula |
First Advisor: | Roberto Braga Figueiredo |
First Referee: | Augusta Cerceau Isaac Neta |
Second Referee: | Conrado Ramos Moreira Afonso |
Third Referee: | Débora Ribeiro Lopes |
metadata.dc.contributor.referee4: | Moara Marques de Castro |
Abstract: | 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 comportamento em corrosão do magnésio e suas ligas em fluido corporal simulado por longos períodos de imersão, após serem processados pela técnica de High Pressure Torsion (HPT), da qual permite alcançar uma microestrutura de grãos ultrafinos. A metodologia adotada envolveu a análise de dados da literatura, a caracterização estrutural, testes mecânicos e de imersão em solução de Hank para avaliar a taxa de corrosão por perda de massa associada à técnica de tomografia de raios X e por evolução do hidrogênio após longos períodos de imersão em solução. Os resultados indicam que o magnésio puro e suas ligas apresentam um significativo aumento 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, com um refino do grão não homogêneo e corrosão localizada severa. As ligas Mg-1%Zn, Mg-4%Li-1%Y e Mg-8%Li-1%Y mantiveram uma integridade após imersão, apesar dos pontos de corrosão localizada observados. 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 aumenta 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 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. |
Abstract: | Due to its good 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 appropriate mechanical properties and a controlled, homogeneous degradation rate for the development of magnesium-based biodegradable implants and their alloys. This study evaluates the corrosion behavior of magnesium and its alloys in simulated body fluid over long immersion periods after being processed by High Pressure Torsion (HPT), a technique that enables the formation of an ultrafine-grained microstructure. The adopted methodology involved literature data analysis, structural characterization, mechanical testing, and immersion tests in Hank’s solution to evaluate corrosion rates through mass loss, complemented by X-ray tomography and hydrogen evolution analysis after long immersion periods in solution. The results indicate that pure magnesium and its alloys show a significant improvement 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 exhibited a tendency for localized deformation during HPT, with non-uniform grain refinement and severe localized corrosion. The Mg-1%Zn, Mg-4%Li-1%Y, and Mg-8%Li 1%Y alloys maintained structural integrity after immersion, despite the observed points of localized corrosion. Pure magnesium demonstrated good corrosion resistance and maintained its integrity after 28 days of immersion. The conclusions highlight that grain refinement of magnesium through HPT results in a more homogeneous and refined grain microstructure, improving both mechanical properties and corrosion resistance with increased immersion time. The corrosion rate is affected by deformation heterogeneity, particularly in areas near the center and edges of the HPT-processed discs. The effect of grain structure on the corrosion rate is attributed to a transition from localized corrosion mechanisms (coarse grains) to uniform corrosion (fine and ultrafine grains). Finally, HPT proves to be more effective than other processing techniques for grain refinement and structural homogenization. Corrosion resistance tends to increase with grain size reduction, and the best combinations of mechanical strength and corrosion resistance are observed in magnesium and alloys processed by HPT with ultrafine grains. |
Subject: | Engenharia metalúrgica Metalurgia física Biomateriais Corrosão Magnésio |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/79794 |
Issue Date: | 16-Sep-2024 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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