Corrosion and tribocorrosion characterisation of Ti13Nb13Zr alloy in oral environment for dental implants

Abstract

Ageing of the population together with the increase of life’s quality in developed societies, has lead to a change of population needs from the health point of view. Dentist placing dentures are increasingly fewer, since the large development in oral implantology has attributed a sign of quality and durability to dental implants. However, the exigency level and product life tend to increase, which attracts attention to the development of more durable materials and surfaces and more compatible, from mechanical and biological viewpoint. In this thesis dissertation, a promising alloy in the area of oral implantology has been characterised. Ti13Nb13Zr alloy has not only a much many similar mechanical properties comparing to the bone, but it also has biocompatible alloying elements. Corrosion and tribocorrosion characterisation of the alloy has been carried out to study the mechanical request due to mastication events in an aggressive environment such as saliva. Results were very similar to the widely used materials, i.e. commercially pure titanium, which converts Ti13Nb13Zr alloy in candidate material for oral implantology applications. Two different ways have also been studied to enhance metal protection. On the one hand, the addition of corrosion inhibitors through mouth-rinses, an innovative faith that could became an essential accessory to control corrosion and alloy degradation. On the other, thermal oxidation of Ti13Nb13Zr, a cost effective thermal treatment, that has shown to reduce the degradation rate in more than a 200 %.

El continuo envejecimiento de la población, junto con el incremento de la calidad de vida en las sociedades desarrolladas, han llevado a un cambio en cuanto a necesidades del ciudadano desde el punto de vista de salud. Cada vez menos dentistas ponen dentaduras en sus pacientes edéntulos. El rápido desarrollo en el área de implantología oral, hace que un implante dental se haya convertido en seña de calidad y durabilidad. Sin embargo, las exigencias y la vida de los productos tiende a incrementarse, lo que llama al desarrollo de materiales y superficies más duraderas y más compatibles, tanto mecánica como biologicamente. En esta tesis doctoral se ha caracterizado una prometedora aleación en el campo de la implantología oral. El Ti13Nb13Zr no solo ofrece unas propiedades mecánicas mucho más similares a las del hueso, sino que sus aleantes también son biocompatibles. La caracterización se ha llevado a cabo desde el punto de vista de corrosión y tribocorrosión, solicitaciones que inevitablemente van a tener lugar en el entorno oral debido a los eventos de masticación en un entorno agresivo como es la saliva. Los resultados obtenidos has sido muy similares a los del material más utilizado en la actualidad, el titanio comercialmente puro, lo que convierte a la aleación Ti13Nb13Zr en material candidato para aplicaciones de implantología oral. También se han estudiado dos vías para mejorar la protección de la aleación. Por un lado la aplicación de inhibidores de corrosión a través de enjuagues bucales, una apuesta innovadora que podría convertirse en accesorio indispensable para controlar la corrosión y degradación de la aleación. Por otro lado, la oxidación térmica del Ti13Nb13Zr, un tratamiento térmico de bajo coste, mediante el cuál se ha conseguido reducir la velocidad del desgaste en más de un 200 %.

Osasunaren ikuspuntutik, biztanleriaren zahartzeak eta bizitza kalitatearen igoerak biztanleriaren beharrak aldatzera eraman dituzte. Gero eta dentista gutxiagok hortzordeak jartzen dituzte hortzik gabeko pazienteetan. Honen arrazoi nagusia, inplantologia oralaren garapena hortz inplanteetan jarri duen kalitate zeinua eta iraunkortasuna izan da. Hala ere, eskakizun mailek eta produktuaren bizitzak handiagotze joera dute eta materiala edota gainazal iraunkorragoak eta bateragarriagoak, bai mekanikoki eta biologikoki, garatu behar dira. Tesi doktoral honetn, hortz inplanteetan erabiltzeko aleazio berri bat karakterizatu dugu. Ti13Nb13Zr aleazioak hezurrarekiko propietate mekaniko antzekoagoak izateaz gain, aleazio elementu biokonpatibleak ere badauzka. Hortz inplanteek mastikazioa jasan behar dutenez ingurune oldarkor batean (listua), korrosio eta tribokorrosioarekiko karakterizazioa aurrera eraman dugu. Lortutako emaitzak, egun asko erabiltzen den materialaren antzekoak izan dira, CpTi4. Beraz, Ti13Nb13Zr aleazioa inplantologia oralerako material hautagaia bihurtzen da. Are gehiago, materialaren babesa sustatzeko bi alternatiba ikertu dira. Alde batetik, korrosio inhibitzaileak listuan gehitzea irakuzketen bidez; apustu interesgarri bat, nahitaezko osagarri batean bihurtu litekeela inplanteen korrosio eta degradazioa kontrolatzeko. Bestalde, oxidazio termikoak Ti13Nb13Zr aleazioan, tratamendu termikoa kostu lehiakorrean, materialearen degradazio abiadura % 200-ean murriztea erakutsi du.