Estudo do comportamento tribológico em ambientes biológicos de revestimentos DLC dopados com Ti

Abstract

Com este trabalho pretendeu-se fazer face aos problemas exibidos pelos materiais usados na produção de próteses articulares através do revestimento da sua superfície com filmes de DLC, dopados com titânio. A sua elevada dureza, baixo coeficiente de atrito e elevada resistência ao desgaste e à corrosão, bem como biocompatibilidade e hemocompatibilidade, permitem evitar a perda asséptica do implante devido à libertação de resíduos tóxicos provenientes de acções de desgaste e corrosão prolongando o tempo de vida em serviço e protelando a remoção cirúrgica dos implantes e sua substituição por novos. Os revestimentos DLC estudados foram depositados em substratos de aço 100Cr6 e silício por co-pulverização catódica por magnetrão, a partir de três alvos: um de titânio e dois de carbono. A deposição em atmosfera reactiva (Ar/CH4) e não reactiva (Ar), permitiu o crescimento de filmes hidrogenados e não hidrogenados. Variando a potência do alvo de Ti, foi possível produzir filmes com diferentes conteúdos em titânio, com teores num intervalo de [10-13 %at.] e [7-14 %at.], respectivamente, nos filmes sem e com H. foi depositada uma intercamada de Ti (300 nm), com o intuito de melhorar a adesão dos revestimentos aos substratos. A análise estrutural, através dos difractogramas de raios X, mostrou, para além dos picos provenientes da intercamada, a presença de picos alargados e mal definidos atribuídos a uma fase TiC, sugerindo uma estrutura nanocompósita de nanocristais de TiC embebida numa matriz de carbono. A análise por espectrometria Raman, permitiu constatar que a presença de Ti promovia uma destruição da ordem local dos anéis grafíticos, enquanto a adição de H tinha uma acção inversa nos revestimentos. No que diz respeito às características mecânicas, o aumento do teor em Ti promoveu uma melhoria da adesão, consequência directa, um aumento da dureza dos filmes DLC, esta variou entre 5 e 9 GPa e 4 e 9 GPa nos filmes não hidrogenados e hidrogenados. Os testes tribológicos foram realizados à temperatura ambiente num equipamento tipo pino-disco a seco e com lubrificante, sendo o antagonista bolas de aço 100Cr6 com 6 mm de diâmetro. Foram utilizadas como lubrificantes solução aquosa com 0,9% NaCl e 10% de serum de feto bovino, de modo a estudar a influência dos fluidos corpóreos na superfície e o comportamento ao desgaste em ambiente biológico. Os filmes hidrogenados apresentaram o melhor desempenho em ambiente lubrificado, em particular na presença da solução contendo albumina. As pistas de desgaste era praticamente indetectáveis embora os coeficientes de atrito fossem superiores aos alcançados nos ensaios sem lubrificação. Os resultados dos testes de molhabilidade, mostraram que os filmes com Ti eram mais hidrófobos permitindo uma mais fácil adsorção das proteínas do lubrificante e permitindo a formação de uma camada protectora que impede o desgaste. Palavras-chave: Próteses articulares; Revestimentos DLC-Ti; Biotribologia; DLC/Lubrificação