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pistonesantiguo cromoaleación de io-molibdeno Los sistemas son ampliamente utilizados en implantes ortopédicos por sus excelentes propiedades metálicas. Sin embargo, su aplicabilidad práctica se ve gravemente obstaculizada por la incapacidad de mantener las propiedades mecánicas y tribológicas. sin comprometer la resistencia a la corrosión.
Estudio: Efecto del incremento de cromo y molibdeno en la estructura cristalina, nanoindentación y propiedades de corrosión de las aleaciones a base de cobalto. Crédito: RHJPhtotos/Shutterstock.com
Un artículo aceptado en la revista Physica Status Solidi A aborda este problema al examinar los efectos de la concentración de cromo y molibdeno en un sistema de aleación de cobalto-cromo-molibdeno. El estudio se centró principalmente en las propiedades estructurales, fisicoquímicas y de nanoindentación de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno.
Aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno: descripción general e importancia
Muchos grupos de investigación se centran actualmente en el desarrollo de nuevas aleaciones y metales que puedan mejorar la eficacia de los implantes ortopédicos, especialmente en pacientes más jóvenes y activos.
Los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno son un grupo significativo de aleaciones en este sentido debido a su excepcional confiabilidad física, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión.
Si bien las pautas de ASTM restringen las configuraciones de aleación para los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno, también brindan rangos de composición dentro de los cuales se puede obtener una variedad de configuraciones de aleación con diferentes nanoestructuras y composiciones de fase. Esto permite ajustar las propiedades mecánicas, de nanoindentación y eléctricas de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno.
Propiedades de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno
Las propiedades físicas y reológicas de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno se derivan de la estructura cristalina y la morfología metalúrgica de las aleaciones, las cuales están determinadas por las composiciones de la aleación.
El carbono es un componente crítico en los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno. Si bien el carbono es insoluble en cobalto puro, puede formar carburos con cromo y molibdeno, que actúan como cristalitos en el sustrato y evitan el deslizamiento de la dislocación.
Estos carburos pueden ayudar a fortalecer las aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, aunque su efecto sobre la eficacia reológica varía según el tratamiento de la aleación. Los procesos de tratamiento afectan la forma, el contenido, la dispersión y la distribución del tamaño de los carburos dentro del sustrato, lo que a su vez afecta la eficiencia de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno.
Naturaleza cristalina de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno
El cobalto, el cromo y el molibdeno pueden coexistir como una sola mezcla estable en la fase cúbica centrada en las caras (FCC) o en la fase compacta hexagonal (HCP). El cobalto puro pasa por la conversión de la fase FCC a la fase HCP a 417 grados centígrados. Sin embargo, cuando se combina con una aleación de cromo y molibdeno HCP, la temperatura de transición aumenta.
El temple FCC en estos materiales ha mejorado la flexibilidad y el módulo elástico, pero la baja energía de deformación reticular de la aleación limita el deslizamiento cruzado por dislocación. Esto provoca extensos defectos de apilamiento en la aleación de cobalto-cromo-molibdeno, lo que permite el cambio de fase HCP inducido por la tensión.
Estas modificaciones mejoran las propiedades tribológicas de la aleación. Esto no solo da como resultado una superficie de aleación de cobalto-cromo-molibdeno más resistente, sino que el factor de fricción generado por una aleación HCP monocristalina es aproximadamente un 50% menor que el logrado por una aleación FCC en condiciones idénticas y la velocidad de deslizamiento se vuelve.
Aspectos destacados y desarrollos clave del estudio actual
El cobalto puro es volátil y susceptible al ataque corrosivo cuando se usa en ambientes ricos en cloruro. El cromo evita esta volatilidad al crear una película de óxido pasiva mejorada en la interfaz de la aleación. La inclusión de molibdeno en forma de óxidos o metales también favorece el efecto pasivo.
Aunque el cromo, el cobalto y el molibdeno son necesarios para ciertas funciones metabólicas del cuerpo humano, cualquier aumento por encima de cierto nivel se considera indeseable debido a las posibles respuestas inflamatorias.
Debido a que el contenido del sistema de cobalto-cromo-molibdeno es fundamental para sus propiedades, los investigadores de este estudio se centraron en producir diferentes composiciones de aleación.
Se utilizó la difracción de rayos X para estudiar la influencia en la estructura cristalina. También se intentaron determinar el contenido óptimo de aleación de cobalto-cromo-molibdeno con mejores propiedades mecánicas y de corrosión.
La tenacidad de la aleación de cobalto-cromo-molibdeno aumentó linealmente a medida que aumentaba el contenido de cromo. Las mediciones de voltaje de circuito abierto, potenciometría lineal de barrido y resistencia de polarización mostraron que la adición de cromo al 30% en peso aumentó la pasividad de los sistemas de aleación de cobalto-cromo-molibdeno, y cada aumento subsiguiente produjo un deterioro en las propiedades de corrosión.
En base a estos hallazgos, se puede suponer que la aleación de cobalto-cromo-molibdeno investigada en este estudio tiene un buen potencial para su uso en muchas aplicaciones ortopédicas siempre que la concentración de los componentes de la aleación se controle cuidadosamente.
Relación
Lone, SA et al. (2022). Efecto del incremento de cromo y molibdeno en la estructura cristalina, nanoindentación y propiedades de corrosión de aleaciones a base de cobalto. física Estado sólido A. Disponible en: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssa.202200373
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