Desarrollo de piezas porosas de Ti6Al4V mediante técnicas pulvimetalúrgicas

Abstract

Por su elevada biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y resistencia específica, entre otras, el titanio es ampliamente utilizado en el campo de la biomedicina. No obstante, su rigidez resulta elevada en comparación con la del hueso cortical humano, lo que genera problemas por debilitamiento óseo. Por otra parte, pese a que se considera un material bioinerte, es necesario generar rugosidad superficial, con una porosidad y tamaño de poro adecuado para permitir el desarrollo óseo y reducir así el tiempo de recuperación del paciente. Además, la elevada reactividad del titanio dificulta su procesado, pues la reacción con elementos intersticiales deteriora en gran medida sus propiedades. En la presente investigación se han desarrollado piezas porosas de la aleación Ti6Al4V, con una rigidez similar a la del hueso cortical humano y resistencia suficiente para permitir su uso como implante. Para ello se han empleado dos técnicas pulvimetalúrgicas distintas, como son la sinterización de microesferas y el método de espaciadores. El estudio previo de reactividad realizado reveló una interacción máxima sobre gres y alúmina, y una reacción mínima sobre itria, lo que condujo a la obtención de las mejores propiedades mecánicas y menor fragilización. Las piezas porosas de Ti6Al4V desarrolladas por sinterización de microesferas presentan una porosidad abierta e interconectada, con un tamaño de poro proporcional al tamaño de las microesferas. Presentan una rigidez inferior al 40% de la del material sólido, con unas propiedades mecánicas que aumentan con la temperatura y tiempo y evolucionan de forma inversa con el tamaño de la microesfera, siendo éste el parámetro de mayor influencia. Por el contrario, las piezas obtenidas por el método de espaciadores presentan una porosidad cerrada y aislada. La rigidez de éstas oscila entre un 20 y 65% en relación a la del material sólido y, al igual que el resto de propiedades mecánicas, depende principalmente del contenido en bicarbonato. No obstante, resulta de gran importancia eliminar el espaciador inmediatamente tras la compactación, con el fin de minimizar el riesgo de reactividad por un contacto prolongado con éste. Por otra parte, el estudio de la resistencia a la corrosión de las piezas obtenidas por la técnica de espaciadores ha puesto de manifiesto como la porosidad dificulta determinar con exactitud de la velocidad de corrosión. A pesar de ello, no se observan diferencias significativas entre las piezas desarrolladas y una de forja. De igual modo, resulta complejo mejorar, mediante la aplicación de tratamientos térmicos, la resistencia a fatiga y las propiedades mecánicas de las piezas porosas. Aunque a nivel de laboratorio si se ha logrado un afino de la microestructura sin que se origine reactividad, en los hornos convencionales no es posible lograr un afino de la microestructura sin fragilización.