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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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Augusta Cerceau Isaac Neta
Conrado Ramos Moreira Afonso
Débora Ribeiro Lopes
Moara Marques de Castro
Conrado Ramos Moreira Afonso
Débora Ribeiro Lopes
Moara Marques de Castro
Resumo
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.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia física, Biomateriais, Corrosão, Magnésio
Palavras-chave
Biomateriais, magnésio e suas ligas, Corrosão, HPT