Fretting-corrosion behaviour and repassivation evolution of Ti in artificial saliva solutions in the presence of corrosion inhibitors and pH variations

• Autor(es): Vieira, A. C.
• Data: 2006
• Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/1822/6714
• Origem: RepositóriUM - Universidade do Minho
• Assunto(s): 620.193
• Tipo de Documento: Dissertação de mestrado
• Idioma: Inglês
• Orientador(es): Rocha, L. A.; Ariza, E.
• Contribuidor(es): Universidade do Minho

Descrição

Dissertação de Mestrado em Processamento e Caracterização de Materiais

Degradation of Ti dental implants is a common process usually caused by mechanical stress and/or by the physiological environment (human saliva) that surround the implant. These types of implant are most of the time subjected to micro-movements at the contact region with bone or at the implant/porcelain interface (due to the transmitted mastication loads) and chemical solicitations (oral environment). Such implant becomes part of a tribocorrosion system, which may undergo a complex degradation process that can lead to implant failure. Additionally, the passive film, which naturally grows on the metallic implant surface, can be scratched or destroyed during the insertion and implantation into the hard tissue by abrasion with bone and other materials. In this work, two different tribological arrangmets were studied. Fretting-corrosion and reciprocating pin-on-plate tests were performed in different equipments specially adapted for tribocorrosion experiments. Artificial saliva was used as electrochemical solution and an alumina ball (Ф = 10 mm) was used as counterbody. Citric acid was added to artificial saliva in order to investigate the influence of a pH variation on the tribocorrosion behaviour of the material. Additionally, three different inhibitors were added to investigate the action of cathodic and anodic reactions on the electrochemical response. Also, the influence of inhibitors which might be included in the formulation of tooth cleaning agents or medicines was investigated. During fretting tests, the degradation mechanisms were investigated by electrochemical noise technique, which provided information on the evolution of corrosion potential and corrosion current during fretting tests. In reciprocating tests, two different electrochemical conditions were imposed: OCP and potentiostatic control in the passive region of the polarization curve (1V) of Ti samples. Also, to obtain more detailed information on the characteristics of the original and reformed passive film, EIS measurements were made before and after the mechanical damage. In both cases, all samples were characterized using SEM, EDS, and AFM techniques. Depassivation and repassivation phenomena occurring during the tests were detected, and are discussed. The pH decrease and the presence of anodic inhibitors demonstrate a helpful influence in the improvement of the tribocorrosion properties of cp Ti. pH decreases The repassivation evolution of commercially pure Ti seems to be affected by pH decreases. No improvement in the repassivation kinetics was suggested with the presence of corrosion inhibitors, in artificial saliva solution.

A degradação de implantes dentários feitos em titânio é um processo comum que normalmente acontece devido à acção de solicitações mecânicas e/ou devido à degradação por parte do ambiente fisiológico em que o implante esta inserido (saliva humana). Adicionalmente, os implantes dentários estão muitas vezes sujeitos, nas zonas de contacto com o osso ou nas zonas de contacto implante/porcelana, a micromovimentos (devido essencialmente às forças de mastigação) e a solicitações químicas (ambiente da cavidade oral). Nestas condições, o implante está inserido num sistema de tribocorrosão, que suscita um processo de degradação complexo podendo levar à falha do implante. No entanto, o filme passivo que naturalmente cresce na superfície metálica do implante dentário, pode ser danificado ou mesmo destruído durante a inserção do implante, por abrasão do metal com o osso ou com outros materiais. Neste trabalho, foram estudadas duas solicitações tribológicas diferentes. Os testes de fretting e testes com movimento linear alternativo (pino-placa), ambos combinados com estudos electroquímicos, foram executados em diferentes equipamentos. Estes equipamentos foram especialmente adaptados para a execução de testes de tribocorrosão. A solução electroquímica usada foi saliva artificial e como contra-corpo foi seleccionada uma bola de alumina (Ф = 10 mm). Com o objectivo de estudar a influência da variação do pH no comportamento do material à tribocorrosão, foi adicionado ácido cítrico à solução de saliva artificial. Adicionalmente, foram também adicionados diferentes inibidores de corrosão à solução de saliva artificial, com o objectivo de investigar a acção destes inibidores nas reacções anódicas e catódicas do material. É importante referir que estes inibidores podem estar presentes nas formulações de agentes de limpeza de dentes ou em medicamentos. Durante os testes de fretting, para avaliar os mecanismos de degradação, foi usada a técnica de ruído electroquímico. Através desta técnica é possível obter informação sobre a evolução do potencial de corrosão e sobre a corrente de corrosão durante todo o teste de fretting. Nos testes de pino-placa com movimento linear alternativo, foram impostas duas diferentes condições electroquímicas: OCP e controlo potenciostático na região passiva da curva de polarização (1000 mV) das amostras de titânio. Adicionalmente, com o objectivo de obter informação mais detalhada sobre as características do filme passivo original assim como do filme passivo formado após os testes tribocorrosão, foram efectuados testes de Espectroscopia de Impedância Electroquímica (EIS), antes e depois do desgaste mecânico. Em ambos os casos, as amostras foram caracterizadas pelas técnicas de SEM, EDS e AFM. Foram detectados fenómenos de despassivação e repassivação das superfícies do titânio, e os mesmos são discutidos neste trabalho. Ficou demonstrado que o decréscimo do pH assim como a presença de inibidores de corrosão, melhoram as propriedades do Ti comercial. A evolução da repassivação do cp. Ti é afectada pelo decréscimo do pH. No entanto, não há variações da cinética de rapassivação quando se adicionam inibidores de corrosão à solução de saliva artificial.