Sfide attuali per le leghe di titanio negli impianti medici

L'applicazione di materiali per impianti metallici sfusi deve essere consapevole dei problemi di riassorbimento osseo e di mobilizzazione dell'impianto.

Pertanto, è fondamentale sviluppare impianti che possano funzionare nel corpo umano per lunghi periodi di tempo senza la necessità di un nuovo intervento chirurgico. Le leghe di titanio medicale poroso sono diventate i materiali più promettenti per le applicazioni grazie alla loro leggerezza, resistenza, basso modulo elastico, resistenza alla corrosione e biocompatibilità. Tuttavia, le protesi dell'anca in lega di titanio hanno problemi con i meccanismi di fatica che provocano una frattura superficiale di quasi il 90% e possono anche fallire a causa della fatica da corrosione.

Pertanto, i ricercatori hanno migliorato la resistenza alla fatica e la durata degli scaffold antibatterici e porosi aggiungendo elementi di rame alla lega di titanio. Hanno preparato Ti6Al4V poroso contenente Cu utilizzando la fusione selettiva laser e ne hanno studiato il comportamento alla fatica da corrosione in aria e una soluzione di NaCl allo 0,9% in peso. Si è riscontrato che la precipitazione della fase Ti2Cu ha comportato una maggiore resistenza alla fatica e una maggiore durata di servizio del Ti6Al4V-6Cu poroso.

Questo studio ha utilizzato la tecnologia di produzione additiva per preparare campioni di lega porosa Ti6Al4V-6Cu e ne ha esplorato le proprietà statiche e di fatica e il comportamento a fatica in un ambiente corrosivo. I risultati della ricerca mostrano che la lega Ti6Al4V-6Cu ha migliori proprietà di compressione statica rispetto alla lega Ti6Al4V pura, in particolare la resistenza alla compressione, che è 1,43 volte quella della lega Ti6Al4V. Nelle prove di fatica, la posizione del punto di inizio della cricca è influenzata dal ciclo di fatica, ovvero l'inizio della cricca è più rapido in condizioni di stress elevato. Nell'ambiente corrosivo contenente lo 0,9% in peso di NaCl, il principale meccanismo di rottura di Ti6Al4V-6Cu è la frattura intergranulare e la modalità di frattura transgranulare parziale, che è attribuita alla crescita accelerata della cricca dovuta alla fatica da corrosione. In sintesi, il campione poroso Ti6Al4V-6Cu ha una vita a fatica più lunga rispetto al campione in lega Ti6Al4V a causa dell'effetto della crescita della cricca da fatica a zig-zag e della fase Ti2Cu precipitata vicino ai bordi del grano.