24 research outputs found
A biomaterial´s perspective viewed from a specific design : the hip total prosthesis
RESUMEN: La prótesis total de cadera, diseño característico de un reemplazo de una articulación funcional, ha sufrido una serie de modificaciones desde el primer implante, hecho por John Charnley, a mediados del siglo pasado, utilizando cemento de polimetilmetacrilato (PMMA). El estado del arte actual de dicho diseño incluye una serie de biomateriales en diversas presentaciones, que utilizan aleaciones metálicas como el TiAlV, el acero inoxidable ASTM F138 o las aleaciones de cobalto-cromo forjadas (en las áreas donde se requiera la máxima
resistencia mecánica a flexión), materiales cerámicos en el punto donde se requiera la máxima resistencia a la abrasión e inercia química (en el caso de la cabeza esférica se utiliza zirconia estabilizada con itrio), en conjunto con materiales de alta capacidad de carga pero muy bajo coeficiente de fricción (como el UHMWPE). Para asegurar la adherencia del implante al hueso cortical se utilizan agregados de hidroxiapatita (HA) o cemento acrílico de PMMA.
Palabras clave: prótesis total de cadera, biomateriales, procesamiento, biocompatibilidad, resistencia a la corrosión.ABSTRACT: The total hip implant, characteristic design of a functional articulation, has suffered extensive modifications since the first arthroplasty implanted by John Charnley, at 1950, using a cement bone paste of methilmetaacrilate (PMMA). Today, the state-of-the-art of such a design includes a series of biomaterials in
different presentations, in order to obtain the maximum fiability. These biomaterials typically employs metallic alloys such as Ti 6Al 4V, stainless steel ASTM F138 or cobalt-chromium for the areas in which it requires a maximum mechanical strength and toughness, ceramic materials when a maximum abrasion resistance and chemical inertness is required (the ceramic head is made in toughened zirconia or doped alumina), in conjunction with materials with a high load capacity but a very low friction coefficient (such a us UHMWPE). In order to ensure good adhesion of the implant to cortical bone, hydroxiapatite (in the non cemented prothesis) and PMMA (in the cemented ones) are commonly used. This review shows the typical mechanical and chemical properties, the relevant processing parameters and general characteristics of such biomaterials.
Keywords: total hip implant, biomaterials, processing, biocompatibility, corrosion resistence
Evaluación de las propiedades magnéticas y degradativas en ambiente de cloruros de vidrios metálicos magnéticamente blandos
RESUMEN: Los vidrios metálicos del tipo (Fe,Co)75Si15B10 se obtuvieron por solidificación rápida
utilizando la técnica Melt spinning. Como dichos materiales son magnéticamente blandos, su
posible uso en los núcleos de los transformadores pueden reducir las pérdidas por histéresis en
70%. El presente trabajo evalúa tanto las propiedades magnéticas como de resistencia a la
corrosión de vidrios metálicos magnéticamente blandos del tipo en función de la cristalinidad de
la estructura y el contenido de cobalto. Se encontró que las aleaciones con cobalto exhiben un
comportamiento magnéticamente más blando, ya que el campo coercitivo disminuye al aumentar el contenido de cobalto, indicando que las pérdidas por histéresis se pueden reducir en un 30%. Sin embargo, muestra un valor más bajo de magnetización remanente y flujo de saturación con respecto a la muestra Fe75Si15B10, lo cual puede constituir una desventaja en el caso de transporte de grandes flujos magnéticos. Se encontró que la sustitución progresiva de hierro por el cobalto mejora notablemente la resistencia a la corrosión en ambientes de cloruros: En el ensayo EIS, la aleación Co75Si15B10 mostró una impedancia a baja frecuencia cinco órdenes de magnitud mayor que la muestra Fe75Si15B10. Los resultados de pérdida de peso corroboran este resultado. Por otro lado, Las muestras amorfas exhiben un mejor comportamiento en cuanto resistencia a la corrosión que las homólogas cristalinas y semicristalinas, comprobándose la hipótesis que la presencia de nanoprecipitados genera regiones electroquímicamente más activas en las interfaces matrizprecipitado.ABSTRACT: Metallic glasses of the type (Fe, Co)75Si15B10 were obtained by rapid solidification using melt
spinning technique. Such materials are magnetically soft and their possible use in transformer
cores can reduce hysteresis losses by 70%. This study evaluates both the magnetic properties and corrosion resistance of magnetically soft metallic glasses in relation of cobalt content and
cristallinity. This work proved that the progressive replacement of iron by cobalt significantly improves corrosion resistance in chloride environments: The electrochemical impedance
spectroscopy results indicated that the Co75Si15B10 alloy showed a low frequency impedance five orders of magnitude greater than the sample Fe75Si15B10. The weight loss results corroborate this finding. On the other hand, samples with cobalt exhibit an magnetically softer behavior evidencing that the coercive field decreases with increasing the cobalt content and that the hysteresis loss can be reduced by 30%. On the other hand, shows a lower value of magnetization and saturation flux over Fe75Si15B10 sample, which can be a disadvantage in the case of transportation of large magnetic fluxes.
Amorphous samples exhibit a better performance with regard to corrosion resistance than
crystalline and semi-crystalline counterparts, proving the hypothesis that the presence of
nanoprecipitados generated more electrochemical active regions in the precipitate-matrix
interfaces of corrosion / erosion with respect to the surrounding matrix
Metalurgia básica de algunas aleaciones de aluminio extruidas o laminadas
RESUMEN: Se presenta una comparación metalúrgica entre varios tipos de aluminios que se utilizan para la producción de láminas delgadas producidas por extrusión y posterior laminación, según las especificaciones: AA2024, AA3003, AA8011, AA6082 y AA8006. En el presente informe se expone la metalurgia básica de las cuatro aleaciones en estudio, utilizando los diagramas de fase pseudobinarios apropiados, para entender la secuencia de solidificación y los precipitados encontrados en la matriz de aluminio. También se realiza una comparación del comportamiento a la deformación plástica de dichos materiales y tener elementos de decisión para su posible uso industrial.ABSTRACT: This article outlines a metallurgical comparison between various types of aluminum metals alloys used for foils extruded and rolled: AA2024, AA3003, AA8011, AA6082 and AA8006. The basic metallurgy of these alloys, using the appropriate pseudobinary phase diagrams, allows understanding the solidification sequence of the materials explaining the phases precipitated in the aluminum matrix. A
comparison of the plastic deformation of the alloys allows appreciate the possible use for industrial purposes
Seguimiento laboral del ingeniero de materiales de la Universidad de Antioquia y detección de oportunidades en la industria
RESUMEN: En el proceso de acreditación 2006-2008 del programa de Ingeniería de Materiales se encontraron falencias tales como: Registro incompleto de egresados del Programa y poco conocimiento del programa en el medio industrial, del posicionamiento laboral de los egresados, de sus necesidades de capacitación y de la problemática de las empresas. Por lo anterior, no se tenía claridad de la calidad del programa frente a la realidad nacional y de evaluar la interacción del programa a partir de las necesidades de la sociedad, para orientarlo en la búsqueda de sus soluciones. Para atender dichas falencias, se realizó este proyecto, que tuvo como resultados tangibles, la actualización de las bases de datos de los egresados y la caracterización laboral del Ingeniero de Materiales, encontrándose que las áreas de Investigación y docencia en la gran empresa privada o institucional son las que más emplean a los egresados del programa, en concordancia, con la vocación investigativa del programa, por su alto número de docentes con maestría y doctorado en los grupos de investigación. Se detectó una necesidad básica de capacitación en aspectos administrativos, fruto de la cual, se está inició un programa de educación continuada con ASIMADUA, Asociación de Ingenieros de Materiales de la Universidad de Antioquia. Además, se detectaron egresados expertos en áreas específicas del conocimiento y un naciente grupo de empresarios. Como recomendaciones curriculares, se debe hacer frente a la demanda del área de beneficio de minerales con la creación de cursos de profundización o de posgrado en ese tema, a la vez de fomentar el empresarismo, la flexibilidad y el diseño, con énfasis en procesos computacionales, en los cursos de pregrado. Por otro lado, se detectaron ideas de negocios para posibles empresas tecnológicas en el área de los materiales. A la vez, se reconsidera el currículo desde la perspectiva de las necesidades de la industria
Evaluation of the galvanic corrosion of high copper dental amalgams by means of electrochemical techniques
RESUMEN: En este trabajo se evaluó la corrosión galvánica de tres amalgamas dentales de alto contenido de cobre, una nacional Nu Alloy®dp (New Stetic) y dos importadas Contour®TM (Kerr, USA) y GS-80® (SDI, Australia), interactuando galvánicamente y en un diseño in Vitro con los siguientes materiales metálicos de uso odontológico: Titanio CP, Ti-6Al-4V tipo COC®, IPS d.sign 15® (Ni-CrMo) e IPS d.sign 91® (Au-Pd). Con la técnica electroquímica Amperometría de resistencia cero, se midió la evolución de las corrientes galvánicas
en el tiempo. También se elaboraron curvas de polarización cíclicas para caracterizar electroquímicamente las amalgamas dentales y medidas del potencial a circuito abierto para analizar la nobleza o actividad de ellas en el medio de estudio. Los ensayos se realizaron por triplicado, en una celda de tres electrodos y utilizando como electrólito la solución fisiológica artificial de Ringer, desaireada y a 37 ± 1°C. De los resultados, se concluyó que en comparación a las amalgamas importadas, la amalgama nacional tiene la misma tendencia a sufrir corrosión galvánica bajo las condiciones de ensayo. Con el método estadístico ANOVA de una sola vía, se comprobó la similitud en el comportamiento electroquímico de las tres amalgamas dentales.ABSTRACT: The galvanic interaction between three high copper dental amalgams with another four dental metallic materials, was evaluated. The dental amalgams were: a national Nu Alloy®dp (New Stetic) and two imported Contour®TM (Kerr, USA) and GS-80® (SDI, Australia). The dental metallic materials were: Titanium CP, Ti-6Al-4V type COC®, IPS d.sign 15® (Ni-Cr-Mo) and IPS d.sign 91® (Au-Pd). The evolution of the galvanic currents with time was measured using a Zero Resistance Ammeter equipment. The dental amalgams were characterized by means of Polarization Cyclical Measurements, and the evolution of the open circuit potentials of the dental amalgams allowed analyzing the nobility or activity of the amalgams in the test mean. The tests were done by triplicate in a three electrode cell and using the artificial physiological solution of Ringer as the electrolyte, the solution was deaerated at 37 ± 1°C. Under the test conditions, it is concluded that the home amalgam has the same tendency to undergo galvanic corrosion as comparison to imported amalgams. Using statistical ANOVA method of a single via it was corroborated the same electrochemical behavior of dental amalgams
Evaluación de materiales para componentes críticos de operación de turbinas en condiciones de corrosión/erosión y cavitación
RESUMEN: En Antioquia (Colombia), gran parte del recurso hídrico puede ser aprovechado por
microcentrales eléctricas, en consecuencia, en la Universidad de Antioquia, se está desarrollando un prototipo de turbina Pelton de 5 kW con destino a zonas no interconectadas del departamento.
Los álabes de dichas turbinas están sujetos a fuerzas mecánicas e hidrodinámicas y en especial, al efecto de cavitación, por lo tanto, los materiales para dichos álabes deben resistir las solicitaciones ya mencionadas. En el presente artículo se evalúan cuatro materiales en condiciones aceleradas de cavitación [2] (norma ASTM G32 [3]) y corrosión/erosión (POT TEST [4]): acero inoxidable martensítico (ASTM A746 grado CA6NM [1]) y bronces al níquel (C99350), aluminio (C95300) y silicio (SAE 68B). Además, se caracterizaran por los métodos de espectroscopía óptica, microscopía óptica y mediante propiedades mecánicas utilizando las normas ASTM E8 y ASTM E18. Los ensayos mostraron que hay una menor diferencia entre el acero inoxidable martensítico y los bronces al aluminio y al níquel en cavitación, mientras que el bronce al silicio mostró el peor comportamiento en toda la serie evaluada, aunque muy buenos resultados bajo condiciones de corrosión/erosión.ABSTRACT: In Antioquia (Colombia), much of the water resource can be used by micro electrical stations, consequently, at the University of Antioquia, is developing a prototype 5 kW Pelton turbine bound for non-interconnected areas of the department. The blades of these turbines are subject to mechanical and hydrodynamic forces and in particular to the cavitation effect, materials need to support these features. Four materials was evaluated under accelerated conditions of cavitation [2] (ASTM G32 [3]) and corrosion/erosion (POT TEST [4]): martensitic stainless steel (ASTM A746 grade CA6NM [1]) and nickel bronzes (C99350), aluminum (C95300) and silicon (SAE 68B). Furthermore, the materials were characterized by optical spectroscopy, optical microscopy and mechanical properties by using ASTM E8 and ASTM E18. The trials showed that there is less difference between the martensitic stainless steel and aluminum bronzes and nickel in cavitation, while the silicon bronze showed the worst performance in the entire series evaluated,
although very good results under conditions of corrosion / erosion
Comparación de las propiedades de osteoconducción y osteointegración de una hidroxiapatita reabsorbible comercial con una hidroxiapatita reabsorbible sintetizada
ABSTRACT: The effects of two types of hydroxylapatite on bone synthesis and properties were evaluated. An
osteoconductive resorbable hydroxyapatite (OseoU), synthesized at two different temperatures of calcination
(Type A and Type B) was compared with a commercial mixture of hydroxyapatite (Osteogen®), commonly
used in several surgical procedures involving bone loss. The synthesis was performed in the laboratories of
the University of Antioquia by precipitating a mixture of calcium nitrate and ammonium phosphate. The
products obtained and the commercial hydroxyapatite were characterized by scanning electron microscopy
(SEM), X- ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and energy dispersive
spectroscopy (EDS). Osteoconductive and osseointegration characteristics were measured according
to the products ability to induce local cell differentiation into bone forming cells. These characteristics
were evaluated in hydroxyapatite implants performed in 70 New Zealand breed rabbits distributed into
seven groups of 10 animals each, tested at 7, 14, 21, 28, 42, 60 and 90 days after the surgical procedure. seven groups of 10 animals each, tested at 7, 14, 21, 28, 42, 60 and 90 days after the surgical procedure.
The results showed that Osteogen® and OseoU have similar characteristics in terms of crystal structure,
chemical composition and adsorption properties, but morphological differences regarding particle shape.
The analysis of variance found no statistically significant differences for the histopathological variables
evaluated in both hydroxyapatite groups (p>0.05), indicating that the hydroxyapatites synthesized at the
University of Antioquia (OseoU) had the same results as the commercial hydroxyapatite.RESUMEN: En el presente artículo se evalúan las propiedades de osteoconducción y osteointegración de una
hidroxiapatita reabsorbible (OseoU), procesada a dos temperaturas diferentes de calcinación (Tipo A y
Tipo B), con el propósito de compararlas con un preparado comercial de hidroxiapatita (Osteogen®),
utilizado para múltiples procedimientos quirúrgicos en los cuales se involucra la pérdida de tejido óseo.
La síntesis se realizó en los laboratorios de la Universidad de Antioquia por el método de precipitación
acuosa de la mezcla de nitrato de calcio y de fosfato de amonio. Los productos obtenidos y la hidroxiapatita
comercial fueron caracterizados por microscopia electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X
(DRX), espectroscopia de infrarrojo transformada de Fourier (FTIR) y espectrometría por energía
dispersiva (EDS). Las características de osteoconducción y osteointegración fueron medidas de acuerdo
a la capacidad de los productos para inducir la diferenciación de células locales a células formadoras de
hueso. Dichas características, se evaluaron en implantes de hidroxiapatita realizados en 70 conejos de la
raza Nueva Zelanda distribuidos en siete grupos de 10 animales cada uno, evaluados a los 7, 14, 21, 28, 42,
60 y 90 días de efectuado el procedimiento quirúrgico. Los resultados obtenidos demostraron que el OseoU
y el Osteogen®, presentaron características similares en cuanto a la estructura cristalina, la composición
química y la adsorción, con apreciables diferencias morfológicas con respecto a la forma de las partículas.
Al realizar el análisis de varianza no se encontraron diferencias estadísticas significativas para las
variables histopatológicas evaluadas en las dos hidroxiapatitas (p>0.05), indicando que las hidroxiapatitas
sintetizadas en la Universidad de Antioquia (OseoU) tuvieron el mismo resultado que la hidroxiapatita
comercial (Osteogen®) en la osteoconducción y la osteointegración del tejido óseo
Macroporous hydroxyapatite obtained in the Universidad de Antioquia : synthesis, characterization and comparison with the spongy calcined bovine bone
RESUMEN: Se obtuvieron bloques macroporosos de hidroxiapatita caracterizados por absorción atómica, difracción de rayos X, análisis por infrarrojo y microscopía electrónica SEM. Se realizó un diseño experimental al inducir la macroporosidad con tres agentes macroporosos naturales: montanoa quadrangularis, asparagus ofssicynali y zea mays. Se comparó el bloque macroporoso con el hueso calcinado y esponjoso de bovino y el que mejores resultados presentó fue uno elaborado con zea mays. El bloque presentó las siguientes características: dureza
en la escala de Mohs de 2,5-3,0; porosidad total por absorción de agua: 85% en volumen; porosidad por análisis de imagen: 18,61% en área; diámetro máximo de poro: 1.048 µm; módulo de ruptura: 6,35 kg/cm2; relación molar Ca/P: 1,65 y densidad: 3,11 g/cm3.ABSTRACT: Macroporous blocks of hydroxyapatite were obtained and they were characterized by atomic absorption, x-rays diffraction, infrared and electronic microscopy SEM. The macroporosity was induced with three natural macroporous agents: montanoa quadrangularis, asparagus ofssicynali and zea may, An experimental design was used for hydroxyapatite synthesis with these agents. The macroporous blocks were compared with the spongy calcined bovine bone, the best results were obtained with the block elaborated with zea mays. The block presented the following characteristics: hardness in the Mohs scale of 2,5-3,0; total porosity by water absorption: 85% in volume; porosity by image analysis: 18,61% in area; maximum diameter of pore: 1.048 µm;
modulus of rupture: 6,35 Kg/cm2; Ca/P relation: 1,65 and density: 3,11 g/cm3
Caracterización electroquímica de cuatro biomateriales metálicos de uso odontológico
ABSTRACT: The use of alloys with a minimum of 50% gold-content to minimize the potential of corrosion or galvanism in the implant- restoration interface has been suggested in the literature. However, long – term implications of placing two different kinds of metal at this level is still unknown. The purpose of this study was to perform the electrochemical characterization of four metallic biomaterials used in dentistry, to determine the possibility of corrosion among them when placed in contact during restorative procedures on implant fixtures. A prospective, descriptive, comparative, In - Vitro study was made for this purpose. Four types of metallic biomaterials were compared: commercially pure titanium using as a sample a Super CAT® implant (Lifecore Biomedical Inc., Chaska, MN); highly - noble alloy with a cast made from an UCLA abutment (Lifecore Biomedical Inc., Chaska, MN) with an IPS d.sing® 91 alloy (Williams, Ivoclar Vivadent AG, Liechtenstein); metal-base alloy with a cast made from an UCLA abutment with an IPS d.sing® 15 alloy; titanium alloy (Ti6Al4V) using a Lifecore COC® prosthetic abutment. The electrochemical characterization was made using a Bas Zahner potentiostat, with a three – electrode setup, obtaining three polarization curves for each group in its passive and non passive forms. The results showed that the titanium alloy had the best electrochemical behavior in both passive and non-passive state, which led to the smallest passive currents. The lowest corrosion potential was obtained for the metal-base alloy, because it had the highest passive currents.RESUMEN: En la literatura médica se ha sugerido el uso de aleaciones con un mínimo de 50% de contenido de oro para minimizar la corrosión en la unión implante-restauración. Sin embargo, las implicaciones clínicas a largo plazo de la colocación de dos metales diferentes en restauraciones sobre implantes es aún desconocido. El objetivo de este estudio es realizar la caracterización electroquímica de cuatro biomateriales metálicos de uso odontológico para determinar la posibilidad de corrosión entre ellos cuando se ponen en contacto durante los procedimientos restauradores sobre implantes. Se realizó un estudio in vitro de tipo descriptivo, prospectivo y comparativo. Se trabajó con cuatro tipos de biomateriales metálicos: titanio comercialmente puro, tomando como muestra un implante SuperCAT® de la casa Lifecore (Lifecore Biomedical Inc., Chaska, MN.); metal altamente noble, con un colado que se realizó a partir de un pilar plástico tipo UCLA® (Lifecore Biomedical Inc., Chaska, MN), con aleación IPS d.sign 91® (Williams, Ivoclar Vivadent AG, Liechtenstein); aleación de metal base con un colado que se realizó a partir de un pilar plástico tipo UCLA® con aleación IPS d.sign 15®, y aleación de titanio (Ti6Al 4V), usando un aditamento protésico tipo COC® de la casa comercial Lifecore. Se hizo la caracterización electroquímica de las cuatro aleaciones metálicas mediante un potenciostato Bas Zähner, con una celda de tres electrodos, usando como electrodo de referencia el electrodo de Ag/AgCl, obteniendo tres curvas de polarización para cada grupo en su forma pasivada y sin pasivar. La lectura de las curvas potenciodinámicas realizadas en este estudio, con cuatro biomateriales metálicos, y tomando como criterio el potencial de corrosión, concluye un excelente comportamiento para la aleación de titanio y de metales altamente nobles. La mejor combinación, teniendo en cuenta los criterios de potencial de corrosión y corriente a potenciales anódicos, se da con el titanio comercialmente puro y la aleación de titanio
Evolución del color de la capa de óxido formada en las aleaciones Au-25Fe y Au-24.5Fe-0.5Co
RESUMEN: Se aplica la teoría del color propuesta por Heavens (1991) para el cálculo de los espesores de las películas delgadas de magnetita, Fe3 O4 , los cuales fueron obtenidos por tratamiento térmico a 250°C de una aleación de oro (Au-24.5Fe-0.5Co). Los espectros de reflectancia obtenidos de las muestras pulidas con diferentes grados de oxidación (y de color) fueron usados para calcular los índices de refracción (real) y de extinción (imaginario) del sustrato metálico (n2 , k2 ) y de la capa de magnetita (n1 =2,42, k1 ). La forma a+bλ+cλ2 se tomó del ajuste de parámetros entre las curvas experimentales y teóricas. El ajuste de los datos resultan en desviaciones entre 2 y 10%, para los espesores en el rango de 0 nm (solo metal original) y 65 nm (color azul oscuro). Por medio de un modelo matemático siguiendo la teoría de Heavens, el espesor de cada capa ha sido predicho con alta precisión, utilizando las mediciones de reflectancia espectral. En consecuencia, proponemos que mediante el uso de esta metodología se pueden obtener fácilmente los valores de los coeficientes de extinción de las especies de óxido y, además, se pueden predecir los espesores de la capa de óxido. Los valores de espesores de la magnetita encontrados en la presente investigación están dentro del intervalo reportado en la literatura para la interferencia de primer orden en los aceros, desde el amarillo claro (~46 nm) hasta el azul (~72 nm).ABSTRACT: The colour theory proposed by Heavens in 1991 has been applied to calculate the thickness of magnetite thin layers, Fe3 O4 , which were obtained by heat treatment at 250 °C in a gold alloy (Au-24.5Fe-0.5Co). The reflectance spectra obtained from the polished samples with different oxidation (and colour) degrees were used to calculate the real part of the refraction index and the (imaginary) extinction coefficients of both the metallic substrate (n2 , k2 ) and the magnetite layer (n1 =2.42, k1 ). The a+bλ+cλ2 form was taken adjusting parameters between experimental and theoretical curves. The fitting of the data resulted in deviations between 2 and 10% for thicknesses in the range of 0 nm (only substrate) and 65 nm (dark blue colour). By means of a mathematic model and following the Heavens’ theory, the thickness of each layer has been predicted with high precision, using the spectral reflectance. Consequently, we propose that by using this methodology, the values of the extinction coefficients of the oxide species can be easily obtained, and the thicknesses of the oxide layers can be predicted. The magnetite thickness values found in this study fall into the interval reported in the literature for first-order interference in steels, from light-yellow (~46 nm) to blue (~72 nm)