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Redação do Site Inovação Tecnológica –  25/07/2016

Super liga metálica quatro vezes mais dura que titânio

A fase alfa da liga Ti-Au fica mais mole – o ouro é muito mais maleável do que o titânio. Mas a fase beta é quatro vezes mais dura do que o titânio puro.[Imagem: Eteri Svanidze et al. – 10.1126/sciadv.1600319]

Liga de titânio e ouro

Uma liga metálica superdura – quatro vezes mais dura do que o titânio puro – promete revolucionar o campo das próteses e implantes médicos.

O titânio domina o campo médico, em implantes para as articulações do joelho e do quadril, entre outros, porque ele é duro, resistente ao desgaste e é biocompatível. Contudo, uma análise inesperada, e de certa forma surpreendente, mostrou que esse padrão-ouro para os implantes médicos pode ser melhorado – e muito melhorado. Para isso, basta adicional ao titânio um outro metal biocompatível, o ouro, misturando os dois metais na proporção correta – 3 partes de titânio para 1 parte de ouro – e na temperatura adequada.

“[Esta liga] é cerca de 3 a 4 vezes mais dura do que a maioria dos aços,” disse Emilia Morosan, da Universidade Rice, nos EUA. “Quando tentamos moer uma amostra de titânio-ouro, não conseguimos. Eu até comprei uma ferramenta revestida de diamante, e nós ainda assim não conseguimos triturá-lo.”

Estrutura cristalina cúbica

O que é inesperado e surpreendente neste material é que ligas Ti-Au são muito conhecidas, e até muito fáceis de se fabricar. Mas parece que ninguém havia dado atenção a esta combinação, eventualmente acreditando que adicionar um terço de ouro teria um impacto forte demais no custo final da liga. Ela certamente custará um pouco mais do que o titânio puro, mas quatro vezes melhor é algo pelo qual vale a pena pagar um adicional, sobretudo se isso significa eliminar a necessidade de novas cirurgias no futuro.

A estrutura atômica do material, com seus átomos densamente agrupados em uma estrutura cristalina cúbica – normalmente associada com dureza – já era conhecida. O que Morosan e seus alunos fizeram foi sintetizar uma versão da liga Ti-Au conhecida como “beta” – eles não alegam ter sido os primeiros a sintetizá-la, mas foram os primeiros a documentar as propriedades notáveis do material.

Titânio-ouro beta

A forma cristalina quase pura – essa versão beta da liga de titânio-ouro – foi obtida fundindo o material em temperaturas muito elevadas – muito acima das necessárias para fundir os dois metais -, o que gerou uma estrutura cristalina com uma tenacidade (toughness) quatro vezes maior que a do titânio.

A temperaturas mais baixas, os átomos tendem a se organizar em outra estrutura cúbica – a forma alfa do titânio-3-ouro. A estrutura alfa é um pouco mais mole do que o titânio puro, o que é típico quando se adiciona um metal mais maleável, como o ouro, a outro.

O que parece ter acontecido é que as equipes que trabalharam com o material anteriormente haviam lidado com amostras que tipicamente tinham o arranjo alfa de átomos. E adicionar ouro para obter um material mais mole do que o original de fato não chama a atenção de ninguém.

Bibliografia:

High hardness in the biocompatible intermetallic compound ß-Ti3Au
Eteri Svanidze, Tiglet Besara, M. Fevsi Ozaydin, Chandra Sekhar Tiwary, Jiakui K. Wang, Sruthi Radhakrishnan, Sendurai Mani, Yan Xin, Ke Han, Hong Liang, Theo Siegrist, Pulickel M. Ajayan, E. Morosan
Science Advances
Vol.: 2, no. 7, e1600319
DOI: 10.1126/sciadv.1600319

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