Limitations and future research

Para avaliação da superfície das amostras foi utilizado o microscópio eletrônico de varredura (MEV – Leo – 1450 VP), do Laboratório Associado de Sensores e Materiais – LAS , Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE (Figura 3.11).

Figura 3.11 - Microscópio eletrônico de varredura empregado para análise da superfície

3.4.2 Ângulo de Contato

 A molhabilidade é uma medida macroscópica que permite a determinação da energia de superfície de um determinado material. Para isso, uma gota de uma dada solução é pipetada sobre uma determinada amostra em estudo. Após a deposição da gota observa-se a forma da gota e a curvatura da mesma, ou seja, o

 58 ângulo de contato. Este é definido como o ângulo entre um plano tangente a uma gota do líquido e um plano contendo a superfície onde o líquido se encontra depositado.

Pela medida do ângulo da curvatura pode-se relacionar ângulo de contato com a tensão superficial apresentada pelo material em relação à solução empregada. O aumento no ângulo de contato, que corresponde à menor tensão superficial apresentada, significa menor aderência da solução aos materiais empregados. O conceito de energia de superfície pode ser mais facilmente compreendido usando um líquido como exemplo. Átomos e moléculas do líquido podem se mover livremente procurando ocupar uma posição de menor energia potencial. Ou seja, um lugar onde as forças (atrativas e repulsivas) agindo em todas as direções estejam em equilíbrio. Por outro lado, as partículas na superfície do material experimentam apenas forças dirigidas para dentro do líquido. Devido a isto, as superfícies são sempre regiões de maior energia. E é justamente a diferença entre as energias das amostras na superfície e no interior do material que se denomina energia de superfície ou tensão interfacial.

Estudos do ângulos de contato foram realizados no Laboratório Associado de Sensores e Materiais – LAS , Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE, utilizando um Goniômetro automatizado (Ramé-Hard Instrument Co. – modelo-Advanced Goniometer model n° 300-F1, Serial n° 709262) (Figura 3.12). O equipamento possui uma câmera, que captura a imagem da gota sendo depositada sobre a amostra, por meio de um dispositivo semelhante a um conta-gotas. O perfil desta gota é determinado por um programa de computador que calcula o ângulo de contato das superfícies.

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Figura 3.12 - Equipamento empregado para medida do ângulo de contato

3.4.3 Microscopia de Força Atomica

A análise de AFM foi realizada no Laboratório Associado de Sensores e Materiais – LAS , Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE , utilizando um microscópio de força atômica V Nanoscope Veeco. Durante a análise, o microscópio foi operado no modo de contato sendo utilizado um cantilever V- shape Si3N4 (digitalização taxa de 0,5 Hz). Em tal modo operacional, o sistema de resposta do microscópio foi regulado para manter a distância entre a ponta do microscópio e as superfícies constante durante a varredura da amostra, e o movimento z realizado pelo piezoelétrico cerâmico foi registrado durante a digitalização.

Esta técnica de microscopia consiste em monitorar a força entre uma ponta de prova e a superfície da amostra. Existem várias forças de interação entre ponta-amostra. Dependendo do regime de forças envolvido, repulsiva ou atrativa, existem três modos de operação para a microscopia de força atômica. Num

 60 regime de força repulsivo a ponta e amostra estão em contato, por essa razão denominamos modo contato. Devido à delicadeza de amostras biológicas, esse modo de operação pode causar deformações e danos na superfície analisada, uma vez que a força e área envolvidas na medida são pequenas provocando uma grande pressão no local da medida. Assim, no modo não contato não existe um contato físico direto entre ponta e superfície preservando a qualidade dos resultados.

Figura 3.13- Microscópio de força atômica empregado para análise da superfície

3.4.4 Difração de Raios X

Este método faz uso dos Raios X de comprimentos de onda conhecidos para determinar os espaçamentos dos planos cristalinos desconhecidos .Os Raios X são ondas eletromagnéticas de alta energia e pequeno comprimento de onda. Quando o feixe de Raios X atinge os átomos do material a ser analisado, seus elétrons são acelerados e passam a reemitir radiação com a mesma energia

 61 (mesmo comprimento de onda), porém em todas as direções. Se os átomos estiverem num arranjo periódico, as ondas sofrerão interferência, ou seja, ocorre uma reflexão apenas em certos ângulos de incidência e reflexão.

Para a identificação das fases presentes na liga Ti30Ta e das fases formadas após a reação da liga com NaOH e imersão em SBF foi utilizada a técnica de difratometria de raios com incidência rasante (equipamento Philips X´Pert PRO MPD PW3373/00). Esta técnica permite que o feixe de Raios X interaja com finas camadas de material que podem ser de alguns nanômetros a poucos micrometros. Neste caso é mantido constante o ângulo de incidência formado entre a fonte de Raios X e a superfície da amostra (ângulo Omega) e é variado o ângulo entre o detector e a superfície da amostra (2ș). Para estas análises o ângulo Omega foi mantido constante e igual a 5º.

 

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

 

Na Figura 4.1, apresenta a micrografia obtida para as amostras do grupo controle (usinada Ra=2,5µm) onde observam-se riscos de usinagem e imperfeições característicos do processo.

          

Figura 4.1 – Micrografia obtida para amostras após usinagem

Estudos prévios foram realizados para avaliar qual a molaridade ideal para a liga Ti-30Ta %p (KIMAID et al., 2009). Os melhores resultados foram verificados para tratamentos com molaridade de 0,5M, tempo de imersão de 24 horas e temperatura de 40 ºC, condições adotadas no presente trabalho.

Na figura 4.2 é possível observar as amostras submetidas ao tratamento alcalino com NaOH, 60ºC por 24 horas e tratamento térmico a 300°C por 1 hora. Observou-se a formação de um filme poroso similar ao verificado na literatura para Ti CP (JONASOVÁ et al., 2004) e para as ligas Ti-7,5Mo%p (ESCADA, 2009) e Ti-6Al-4V (WANG, WANG e ZHOU, 2003).

 









Figura 4.2 - Superfícies da amostra após tratamento alcalino e térmico

Partindo-se do princípio que as ligas de titânio apresentam comportamento similar ao TiCP, o tratamento alcalino levou à formação de uma camada de hidrogel de titanato de sódio, que após o tratamento térmico a 300 ºC por 1 hora, resulta em titanato de sódio amorfo, tornando a superfície do metal termodinamicamente estável e com atividade iônica adequada para induzir a deposição do filme biocerâmico (VERCIK et al., 2003).

Após a imersão das amostras do grupo I e grupo II em SBF, a superfície destas apresentou diferença na maneira como a apatita foi depositada, de acordo com o tipo de solução SBF empregada (SBF com Tris e SBF com CO2).

Nas amostras do grupo I, imersas por 7 e 14 dias, as superfícies ficaram recobertas por formações de agregados esferulíticos de apatita de diversos tamanhos, o que pode ser visualizado por meio do MEV (Figura 4.3 (a) e 4.3(b) respectivamente).





           (a) (b)

Figura 4.3 - Superfícies da amostra de Ti-30Ta após imersão em SBF com Tris por 7 dias (a) e por 14 dias (b)



Nas amostras do grupo II, após um dia de imersão no SBF, pode-se observar a formação de uma camada de fosfato de cálcio na superfície do

 

substrato, cuja morfologia apresenta a formação de um nanofilme de apatita uniforme sobre a superfície da liga Ti-30Ta. (Figura 4.4). 











Figura 4.4 - Superfícies da amostra de Ti-30Ta após imersão em SBF com CO2

por 1 dia

A formação de uma camada de fosfato de cálcio em tempo inferior a 24h foi possível devido ao uso de CO2 em SBF altamente concentrado. A cinética da

deposição da camada é influenciada pela intensidade iônica da solução e a precipitação lenta de fosfato de cálcio na solução SBFx5 favorece a nucleação do fosfato de cálcio (HABBIBOVIC et al., 2002)

Esse resultado está de acordo com o estudo realizado por Barrère et al., (2002) em amostras Ti-6Al-4V, no qual dois parâmetros importantes foram destacados no processo de formação de fosfato de cálcio biomimético em soluções SBFx5. Primeiro, a precipitação na solução deve ser demorada para favorecer a nucleação heterogênea do fosfato de cálcio no substrato Ti-6Al-4V. Segundo, partículas de fosfato de cálcio depositadas no substrato devem ter tamanho nanométrico para permanecer fisicamente aderida no Ti-6Al-4V.