Desarrollo y caracterización de aleación Ti-35Nb-10Mg obtenida mediante métodos pulvimetalúrgicos para posibles aplicaciones biomédicas

Abstract

El presente estudio, desarrollado en el Laboratorio de Pulvimetalurgia de la Universitat Politècnica de València, tuvo como objetivo evaluar la viabilidad de la aleación Ti-35Nb10Mg para aplicaciones médicas. Se emplearon polvos de Ti, Nb y Mg en proporción 55– 35–10 % en peso, mezclados y compactados a 1 000 MPa, seguidos de un sinterizado escalonado en atmósfera de argón. Las probetas se caracterizaron geométricamente (método de Arquímedes, resonancia acústica), mecánicamente (flexión, compresión, micropunzonado) y microestructuralmente (DRX, microscopía óptica y SEM). La resistencia a la corrosión se determinó mediante curvas de polarización y espectros de impedancia en SBF a 37 °C. La aleación alcanzó densidades relativas del 90–94 % y contracciones volumétricas ≈ 6 %. En flexión, σₘₐₓ = 676 MPa, σ₀,₂ = 498 MPa, E = 37 GPa y tenacidad específica 65 kJ m⁻²; en compresión, σₘₐₓ = 491 MPa, σ₀,₂ = 347 MPa, E = 45 GPa. El micropunzonado arrojó σ₀,₂ de 190 – 615 MPa y tenacidades de 126 – 291 kJ m⁻². El DRX confirmó fase β monofásica; la microscopía reveló poros jerárquicos y un mecanismo dúctil de fractura por coalescencia de microvoids. Electroquímicamente, presentó potencial de corrosión ≈ 0 V y tasa elevada (~10 mm a⁻¹) por la red de poros abiertos. Ti-35Nb-10Mg combina rigidez reducida, alta resistencia y ductilidad, pero requiere mejorar su resistencia a la corrosión mediante optimización del sinterizado o recubrimientos superficiales para su uso en implantes.

This study, conducted at the Powder Metallurgy Laboratory of the Universitat Politècnica de València, aimed to assess the viability of the Ti-35Nb-10Mg alloy for medical applications. Powders of Ti, Nb, and Mg (55–35–10 wt %) were mixed, compacted at 1 000 MPa, and subjected to a stepped sintering cycle in an argon atmosphere. Specimens were characterized geometrically (Archimedes method, acoustic resonance), mechanically (bending, compression, small punch), and microstructurally (XRD, optical microscopy, SEM). Corrosion resistance was evaluated via polarization curves and impedance spectra in SBF at 37 °C. The alloy achieved relative densities of 90–94 % and volumetric shrinkage of ≈ 6 %. In bending tests, σₘₐₓ reached 676 MPa, σ₀.₂ was 498 MPa, E was 37 GPa, and specific toughness was 65 kJ m⁻²; in compression, σₘₐₓ was 491 MPa, σ₀.₂ was 347 MPa, and E was 45 GPa. Small punch tests yielded σ₀.₂ values of 190 – 615 MPa and toughness of 126 – 291 kJ m⁻². XRD confirmed a single-phase β structure; microscopy revealed hierarchical porosity and a ductile fracture mechanism by microvoid coalescence. Electrochemically, the alloy exhibited an open-circuit potential near 0 V and a high corrosion rate (~10 mm a⁻¹) due to interconnected porosity. Ti-35Nb-10Mg combines reduced stiffness, high strength, and ductility, but its corrosion resistance must be enhanced through sintering optimization or surface coatings for implant use.