Resumo: O zircônio (Zr) é um material metálico com propriedades importantes para a fabricação de dispositivos médicos implantáveis, incluindo baixa citotoxicidade, baixa susceptibilidade magnética, e alta resistência a corrosão em fluidos corpóreos. A adição do molibdênio (Mo) como elemento de liga para o Zr, permite a melhoria de propriedades do material, como aumento da resistência mecânica e redução do módulo de elasticidade. Além de depender das propriedades de volume, a performance do implante também depende das propriedades da superfície do material. Dentre as diversas técnicas existentes de modificação de superfície, o processo eletroquímico de anodização tem se destacado devido a possibilidade de formação de estrutura porosa semelhante ao osso natural, sendo capaz de estimular a adesão e proliferação das células responsáveis pela formação óssea. O objetivo do presente trabalho foi investigar a formação de nanotubos de ZrO2 via anodização na superfície de substratos das ligas Zr-(0, 3, 10)Mo (% em peso). A preparação do substrato envolveu a fusão em forno a arco voltaico das ligas Zr-Mo, seguido de tratamentos termo-mecânicos de homogeneização, laminação à quente e solubilização com resfriamento em água. As amostras foram anodizadas à 20 V em dois tipos de eletrólito: solução orgânica, 0,35% NH4F + 5% H2O em glicerina (% peso) por 1 hora, e solução aquosa, 1M (NH4)2SO4 + 0,15 M NH4F + Água destilada (% peso) por 30 min e 1 hora. O filme de nanotubos de ZrO2 foi submetido a análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), microscopia eletrônica de varredura com canhão de emissão de campo (FEG-SEM), difração de raios-X (DRX) no modo de ângulo rasante, microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), medições do ângulo de contato usando a técnica gota séssil e estudos de tratamento térmico para identificação de temperaturas de transição estrutural. Observou-se que o tipo de eletrólito e o tempo utilizado na anodização influenciaram na morfologia e dimensões dos nanotubos de ZrO2, sendo os nanotubos formados em eletrólito aquoso maiores do que os formados em eletrólito orgânico. A composição química da camada nanotubular variou de acordo com a composição química do substrato, de modo que nas amostras Zr-3Mo e Zr-10Mo, além do ZrO2 também foi identificado MoO3. A estabilidade eletroquímica da camada nanotubular formada na amostra Zr-CP foi maior em relação as amostras Zr-3Mo e Zr-10Mo. O tratamento térmico das amostras anodizadas resultou na cristalização da estrutura nanotubular, eliminação do fluoreto residual do eletrólito, aumento da rugosidade superficial e finalmente, na conversão da superfície nanotubular de hidrofóbica para hidrofílica Ver menos

Abstract: Zirconium (Zr) is a metallic material with important properties for the manufacture of implantable medical devices, including low cytotoxicity, low magnetic susceptibility, and high resistance to corrosion in body fluids. The addition of molybdenum (Mo) as an alloying element for Zr, allows the improvement of material properties, such as increased mechanical strength and reduced elastic modulus. In addition to depending on volume properties, implant performance also depends on the surface properties of the material. Among the various existing surface modification techniques, the electrochemical anodizing process has excelled due to the possibility of forming a porous structure similar to natural bone, being able to stimulate the adhesion and proliferation of the cells responsible for bone formation. The objective of the present work was to investigate the formation of ZrO2 nanotubes via anodization on the surface of Zr-(0, 3, 10)Mo alloys substrates (% by weight). The substrate preparation involved melting the Zr-Mo alloys in an arc furnace, followed by thermo-mechanical treatments of homogenization, hot rolling, and solubilization with water cooling. The samples were anodized at 20 V in two types of electrolytes: organic solution, 0.35% NH4F + 5% H2O in glycerin (% weight) for 1 h, and aqueous solution, 1M (NH4)2SO4 + 0.15 M NH4F + Distilled Water (% weight) for 30 min and 1 h. The ZrO2 nanotube film was subjected to analysis of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM), grazing angle X-ray diffraction, atomic force microscopy (AFM), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), contact angle measurements using the sessile drop technique and heat treatment studies to identify structural transition temperatures. It was observed that the type of electrolyte and the time used in anodization influenced the morphology and dimensions of the ZrO2 nanotubes, with the nanotubes formed in aqueous electrolyte being larger than those formed in organic electrolyte. The chemical composition of the nanotubular layer varied according to the chemical composition of the substrate, so that in the Zr-3Mo and Zr-10Mo samples, in addition to ZrO2, MoO3 was also identified. The electrochemical stability of the nanotubular layer formed in the Zr-CP sample was greater compared to the Zr-3Mo and Zr-10Mo samples. The heat treatment of the anodized samples resulted in the crystallization of the nanotubular structure, elimination of residual fluoride from the electrolyte, increase in surface roughness and finally, in the conversion of the nanotubular surface from hydrophobic to hydrophilic Ver menos