Caracterização de uma haste femoral de Ti-6Al-4V não cimentada / Characterization of a cementless Ti-6Al-4V femoral stem

RESUMO

O objetivo deste estudo foi determinar a viabilidade de produção de uma prótese femoral de titânio garantindo a qualidade da matéria prima e as características das superfícies. Um protótipo foi criado pelo Método de Elementos Finitos em AutoCad® 2000. A simulação dos esforços demonstrou uma tensão de von Mises 8,1 vezes menor que a tensão crítica para escoamento do material. Na determinação dos constituintes metálicos, obteve-se Fe  =   0,06%, Al  = 6,20%, V  = 3,57%, O  = 0,115%, N  = 0,003%, H  = 0,010%, e ausência de metais pesados. As propriedades elasto-plásticas da amostra tiveram valor médio de dureza de 4,45 (3,92 a 4,79) GPa e o módulo de elasticidade variou de 112,12 a 140,77  GPa (média  = 134,33). O coeficiente de rugosidade médio (DP) no cone foi de 0,60  (0,03) μm; na região jateada de 12,2 (0,8) μm e na ponta de 0,41 (0,01) μm. Nos ensaios de fadiga e de corrosão não foram observadas alterações. A análisegranulométrica do pó do material depositado demonstrou predominância de partículas médias (75  μm a 180  μm; 84%). A espessura da camada do material depositado apresentou valor médio de 52,7  μm (0 a 318  μm), porosidade média de 16% (variandode 3% a 41%), poros de diâmetro médio de 88,5  μm e profundidade média de 28,2  μm. A tensão (força por unidade de área) de adesão da camada porosa depositada revelou valoresde 15 a 17  MPa. Em conclusão, os resultados dos testes e ensaios técnicos estão dentro das normas internacionalmente recomendadas e padronizadas para implantes metálicos em titânio estando essa prótese de acordo com os padrões internacionaisde qualidade e segurança.

ABSTRACT

The objective of this work was to study the feasibility of manufacturing a cementless femoral prosthesis in Brazil, in compliance with internationalstandards of quality assurance. A virtual prototype by the Finite Elements Model in AutoCad® 2000 was assessed and demonstrated a von Mises tension 8.1 below the deformation point. In determining the metallic components, the percentages were Fe  = 0.06%, Al  = 6.20%, V  = 3.57%, O  = 0.115%, N  = 0.003%, H  = 0.010% without any contamination due to heavy metals. The elasto-plastic properties showed an average value of hardness of 4.45 (3.92 to 4.79) GPa and elasticity module varied from 112.12 to 140.77  GPa (mean  = 134.33). The average coefficient of roughness (SD) in the cone was 0.60 (0.03) μm, 12.2 (0.8) μm in the plasma spray coating region, and 0.41 (0.01) μm in the tip. In the assays for fatigue and corrosion no changes were observed. The grain size analysis of the deposited material dust demonstrated predominantly (84%) medium size particles (75  μm to 180  μm). The thickness of the deposited material layer presented average value of 52.7  μm (0 to 318  μm), average porosity of 16% (varying from 3% to 41%) and pores of average diameterof 88.5  μm and average depth of 28.2  μm. The force of adhesion of the deposited porous layer showed values between 15  and  17  MPa. Results were in accordance with the norms and tests internationally recommended and standardized for metallic implants in titanium alloy and  the femoral prosthesis manufactured with national technology was in accordance with international standards of design, quality and safeness.