METALESMETALES

ESFUERZOESFUERZO

“ “ Fuerza interna que actúa sobre un objeto, Fuerza interna que actúa sobre un objeto, causada por una fuerza externa”causada por una fuerza externa”

Es igual a la fuerza impartida a un cuerpo Es igual a la fuerza impartida a un cuerpo y define la resistencia interna de un y define la resistencia interna de un cuerpo ante una carga.cuerpo ante una carga.

El esfuerzo normal es perpendicular a la El esfuerzo normal es perpendicular a la superficie del material, en forma de una superficie del material, en forma de una fuerza compresiva o tensora.fuerza compresiva o tensora.

El esfuerzo por deslizamiento se aplica El esfuerzo por deslizamiento se aplica paralelo a la superficie del objeto.paralelo a la superficie del objeto.

Se mide en Newtons por metro cuadrado Se mide en Newtons por metro cuadrado (pascales).(pascales).

ELASTICIDADELASTICIDAD

Propiedad mecánica de ciertos Propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir materiales de sufrir deformaciones reversibles deformaciones reversibles cuando se encuentra sujetos a cuando se encuentra sujetos a la acción de fuerzas exteriores la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma y de recuperar la forma original si estas fuerzas original si estas fuerzas exteriores se eliminan exteriores se eliminan

ESFUERZOESFUERZO

Cuando una fuerza se Cuando una fuerza se aplica a un cuerpo le aplica a un cuerpo le produce una produce una deformación. deformación.

El esfuerzo origina la El esfuerzo origina la deformación elastica.deformación elastica.

ESFUERZOESFUERZO

3 tipos de esfuerzos:3 tipos de esfuerzos:

En tensiónEn tensión En compresiónEn compresión En corteEn corte

ESFUERZO DE TENSIONESFUERZO DE TENSION

Se presenta cuando Se presenta cuando sobre un cuerpo sobre un cuerpo actúan fuerzas de actúan fuerzas de igual magnitud, pero igual magnitud, pero de sentido contrario de sentido contrario que se alejan entre sí.que se alejan entre sí.

ESFUERZO EN COMPRESIONESFUERZO EN COMPRESION

Ocurre Ocurre

TENSIONTENSION

Medida de la deformación Medida de la deformación de un cuerpo a de un cuerpo a consecuencia de una consecuencia de una carga.carga.

La tensión es igual al La tensión es igual al cambio de longitud/longitud cambio de longitud/longitud original.original.

No tiene dimensión ni No tiene dimensión ni unidades.unidades.

CURVASCURVAS

CURVA CURVA ESFUERZO/TENSION: ESFUERZO/TENSION: Describe las propiedades Describe las propiedades generales de los materiales: generales de los materiales: depende del material.depende del material.

CURVA DE CURVA DE CARGA/DEFORMACION: CARGA/DEFORMACION: Similar a la anterior, pero Similar a la anterior, pero describe las propiedades describe las propiedades generales de una estructura; generales de una estructura; es dependiente de la forma.es dependiente de la forma.

MODULO DE ELASTICIDAD DE MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNGYOUNG

““Relación entre el esfuerzo y la Relación entre el esfuerzo y la tensión o la parte de la curva tensión o la parte de la curva que se encuentra por debajo de que se encuentra por debajo de la porción elástica de está”la porción elástica de está”

MODULO DE ELASTICIDAD DE MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNGYOUNG

Mide la rigidez del material y Mide la rigidez del material y su capacidad para resistir a la su capacidad para resistir a la deformación cuando se aplica deformación cuando se aplica una fuerza.una fuerza.

Puede representar la Puede representar la resistencia a la compresión, la resistencia a la compresión, la tensión o la fuerza de tensión o la fuerza de deslizamiento.deslizamiento.

Se mide en newtons por metro Se mide en newtons por metro cuadrado (pascales).cuadrado (pascales).

LIMITE ELASTICOLIMITE ELASTICO

““Esfuerzo máximo que puede Esfuerzo máximo que puede soportar un material sin sufrir soportar un material sin sufrir deformación permanente o deformación permanente o rotura”rotura”

Una vez que cesa la fuerza Una vez que cesa la fuerza aplicada, la energía puede ser aplicada, la energía puede ser recuperada hasta este punto, recuperada hasta este punto, pero una vez superado el pero una vez superado el límite elástico, la longitud o la límite elástico, la longitud o la forma ya no se recuperan por forma ya no se recuperan por completo.completo.

PUNTO DE ESFUERZO MINIMO DE PUNTO DE ESFUERZO MINIMO DE DEFORMACION PERMANENTE/LIMITE DEFORMACION PERMANENTE/LIMITE

PROPORCIONALPROPORCIONAL

Punto de transición entre Punto de transición entre la región elástica y la la región elástica y la región plástica.región plástica.

Punto en el cual ocurre Punto en el cual ocurre un aumento de la tensión un aumento de la tensión con un aumento del con un aumento del esfuerzo esfuerzo proporcionalmente proporcionalmente menor. menor.

ESQUEMA DE LAS RELACIONES RELATIVAS ENTRE ESQUEMA DE LAS RELACIONES RELATIVAS ENTRE MODULO ELASTICO, DEFORMACION PLASTICA, MODULO ELASTICO, DEFORMACION PLASTICA,

RESISTENCIA FINAL Y ENERGIA NECESARIA PARA LA RESISTENCIA FINAL Y ENERGIA NECESARIA PARA LA ROTURAROTURA

RESISTENCIA DE RESISTENCIA DE DEFORMACIONDEFORMACION

Cantidad de esfuerzo Cantidad de esfuerzo con el cual el material con el cual el material se desvía de la se desvía de la proporcionalidad proporcionalidad lineal entre esfuerzo y lineal entre esfuerzo y tensión.tensión.

BIOMECANICABIOMECANICA

RESISTENCIA FINAL: RESISTENCIA FINAL: Esfuerzo máximo obtenido Esfuerzo máximo obtenido antes de la rotura, por lo antes de la rotura, por lo general, en el punto de general, en el punto de rotura del material.rotura del material.

PUNTO DE ROTURA: PUNTO DE ROTURA: Punto en el cual el material Punto en el cual el material se rompe al recibir una se rompe al recibir una mayor tensión, pero con un mayor tensión, pero con un esfuerzo inferior que su esfuerzo inferior que su resistencia final.resistencia final.

DUCTILIDADDUCTILIDAD Propiedad de un material que Propiedad de un material que

soporta una deformación plástica soporta una deformación plástica significativa antes de romperse.significativa antes de romperse.

Se define por el grado de Se define por el grado de deformación permanente de un deformación permanente de un material más allá del punto de material más allá del punto de esfuerzo mínimo de deformación esfuerzo mínimo de deformación permanente.permanente.

La cantidad de energía usada para La cantidad de energía usada para ocasionar deformación plástica de ocasionar deformación plástica de un material no es recuperable.un material no es recuperable.

Acero inoxidable.Acero inoxidable.

FRAGILIDADFRAGILIDAD

Propiedad de un material que no Propiedad de un material que no presenta una región plástica presenta una región plástica importante y, por lo tanto, tiene importante y, por lo tanto, tiene poca capacidad para deformarse poca capacidad para deformarse antes de romperse.antes de romperse.

Los materiales frágiles, se rompen Los materiales frágiles, se rompen dentro de la región elástica y su dentro de la región elástica y su resistencia de deformación y su resistencia de deformación y su resistencia final no pueden resistencia final no pueden distinguirse.distinguirse.

TENACIDADTENACIDAD

Energía total necesaria para fracturar Energía total necesaria para fracturar un material.un material.

Puede cuantificarse como el área bajo Puede cuantificarse como el área bajo la curva de esfuerzo/tensión.la curva de esfuerzo/tensión.

Un material frágil con un módulo Un material frágil con un módulo elevado y una resistencia final elevada elevado y una resistencia final elevada puede ser tan tenaz como una materia puede ser tan tenaz como una materia dúctil con una tensión final elevada.dúctil con una tensión final elevada.

DUREZADUREZA

Capacidad de un material para Capacidad de un material para resistir la deformación plástica en sus resistir la deformación plástica en sus superficie.superficie.

La superficies mas duras tienden a La superficies mas duras tienden a rayar a las superficies más blandas y rayar a las superficies más blandas y estas pueden dejar películas que estas pueden dejar películas que cubren a las primeras.cubren a las primeras.

La dureza relativa, el coeficiente de La dureza relativa, el coeficiente de fricción y el pulido contribuyen al fricción y el pulido contribuyen al comportamiento previsto de los comportamiento previsto de los acoplamientos de materiales en vivo.acoplamientos de materiales en vivo.

RUPTURA POR FATIGA/LIMITE RUPTURA POR FATIGA/LIMITE DE RESISTENCIADE RESISTENCIA

Cantidad de ciclos Cantidad de ciclos necesarios para fracturar el necesarios para fracturar el material a un nivel de material a un nivel de esfuerzo específico.esfuerzo específico.

Con cada ciclo se acumulan Con cada ciclo se acumulan microdaños en el material microdaños en el material hasta que el material se hasta que el material se rompe.rompe.

Los daños se acumulan con Los daños se acumulan con más rapidez cuando cada más rapidez cuando cada ciclo es cargado con un ciclo es cargado con un mayor esfuerzo.mayor esfuerzo.

RUPTURA POR FATIGA/LIMITE RUPTURA POR FATIGA/LIMITE DE RESISTENCIADE RESISTENCIA

LIMITE DE LIMITE DE RESISTENCIA: Nivel de RESISTENCIA: Nivel de esfuerzo por debajo del esfuerzo por debajo del cual un material puede cual un material puede ser teóricamente ser teóricamente sometido a una carga sometido a una carga durante una cantidad durante una cantidad infinita de ciclos, sin infinita de ciclos, sin romperse.romperse.

En este nivel de esfuerzo, En este nivel de esfuerzo, no se producen rajaduras no se producen rajaduras por fatiga, a pesar de la por fatiga, a pesar de la cantidad de ciclos.cantidad de ciclos.

VISCOELASTICIDADVISCOELASTICIDAD

Propiedad de material, cuya Propiedad de material, cuya relación esfuerzo-tensión relación esfuerzo-tensión depende del tiempo.depende del tiempo.

Depende de la fricción interna Depende de la fricción interna o resistencia en el interior del o resistencia en el interior del material.material.

Incluye los tejidos biológicos, Incluye los tejidos biológicos, los plásticos y la mayoría de los plásticos y la mayoría de los compuestos.los compuestos.

PROPIEDADES VISCOELASTICASPROPIEDADES VISCOELASTICAS

Deslizamiento: Deslizamiento: Aumento de la Aumento de la deformación (tensión) en deformación (tensión) en respuesta a una fuerza respuesta a una fuerza constante en el tiempo.constante en el tiempo.

Relajación del esfuerzo:Relajación del esfuerzo: Disminución de la cantidad de Disminución de la cantidad de fuerza, o esfuerzo, necesario fuerza, o esfuerzo, necesario para mantener una para mantener una deformación constante en el deformación constante en el tiempo.tiempo.

TRIBOLOGIATRIBOLOGIA

Estudio de la fricción, la lubricación y el Estudio de la fricción, la lubricación y el desgaste de los materiales.desgaste de los materiales.

Cuando materiales, similares o diferentes, Cuando materiales, similares o diferentes, se ponen en contacto, ocurren se ponen en contacto, ocurren interacciones durante los movimientos interacciones durante los movimientos relativos entre si.relativos entre si.

FRICCIONFRICCION Se define como la resistencia al Se define como la resistencia al

movimiento entre 2 cuerpos.movimiento entre 2 cuerpos.

Cuando una carga produce un Cuando una carga produce un contacto entre 2 cuerpos, pueden contacto entre 2 cuerpos, pueden ocurrir interacciones tanto químicas ocurrir interacciones tanto químicas como mecánicas.como mecánicas.

El coeficiente de fricción, se El coeficiente de fricción, se estática o dinámica, puede estática o dinámica, puede obtenerse a partir de la relación obtenerse a partir de la relación entre la fuerza de fricción y la entre la fuerza de fricción y la carga, en forma independiente de carga, en forma independiente de la superficie de interfaz.la superficie de interfaz.

COEFICIENTE DE FRICCIONCOEFICIENTE DE FRICCION

LUBRICACIONLUBRICACION

Implica insertar un material entre 2 Implica insertar un material entre 2 cuerpos, a fin de disminuir la interacción cuerpos, a fin de disminuir la interacción entre ellos.entre ellos.

Al interponer el lubricante, la resistencia Al interponer el lubricante, la resistencia por fricción y las concentraciones locales por fricción y las concentraciones locales de esfuerzo disminuyen, ya que disminuye de esfuerzo disminuyen, ya que disminuye el contacto entre las asperezas o áreas de el contacto entre las asperezas o áreas de contacto de micropuntos. contacto de micropuntos.

La eficacia de un lubricante depende de la La eficacia de un lubricante depende de la viscosidad del material y, en caso de la viscosidad del material y, en caso de la articulación sinovial, de la permeabilidad articulación sinovial, de la permeabilidad del cartílago.del cartílago.

Un lubricante con una viscosidad Un lubricante con una viscosidad demasiado baja puede ser empujado demasiado baja puede ser empujado fuera de las superficies. fuera de las superficies.

Un lubricante demasiado viscoso puede Un lubricante demasiado viscoso puede aumentar la separación entre las dos aumentar la separación entre las dos superficies, pero puede generar un superficies, pero puede generar un esfuerzo de deslizamiento entre las esfuerzo de deslizamiento entre las asperezas y el lubricante, en lugar de asperezas y el lubricante, en lugar de dentro de la película del lubricante.dentro de la película del lubricante.

Lista de regimenes lubricantes:Lista de regimenes lubricantes:

HIDRODINÁMICOHIDRODINÁMICO

Puede considerarse como hidroplaneo, en el cual las Puede considerarse como hidroplaneo, en el cual las superficies están completamente separadas.superficies están completamente separadas.

El movimiento relativo de las superficies conserva una El movimiento relativo de las superficies conserva una película liquida gruesa, de modo que las superficies no película liquida gruesa, de modo que las superficies no entran en contacto entre sí.entran en contacto entre sí.

Para que este mecanismo sea satisfactorio es crucial la Para que este mecanismo sea satisfactorio es crucial la viscosidad del lubricante.viscosidad del lubricante.

PÉLICULAPÉLICULA

Las superficies de Las superficies de contacto rígidas contacto rígidas proporcionan una proporcionan una resistencia directa que resistencia directa que evita que el liquido o evita que el liquido o lubricante sea extruido de lubricante sea extruido de la antisolución, pero al la antisolución, pero al mismo tiempo, mismo tiempo, suministran la presión suministran la presión dinámica necesaria para dinámica necesaria para comprimir el liquido comprimir el liquido viscoso.viscoso.

ELASTOHIDRODINÁMICOELASTOHIDRODINÁMICO

Las superficies de contacto son elásticas y, Las superficies de contacto son elásticas y, cuando son sometidas a una presión, pueden cuando son sometidas a una presión, pueden deformarse para alojar las asperezas de la deformarse para alojar las asperezas de la superficies y mantener una película gruesa de superficies y mantener una película gruesa de lubricante en toda la superficie.lubricante en toda la superficie.

Esto ocasiona un coeficiente de fricción solo Esto ocasiona un coeficiente de fricción solo ligeramente superior al de la lubricación ligeramente superior al de la lubricación hidrostatica, pero aun así ocasiones índices de hidrostatica, pero aun así ocasiones índices de desgaste bajos.desgaste bajos.

TRASUDACIÓNTRASUDACIÓN

Al menos una de las superficies de contacto es porosa y Al menos una de las superficies de contacto es porosa y el movimiento relativo puede exprimir líquido fuera de la el movimiento relativo puede exprimir líquido fuera de la superficie deformable y contribuir a la pelicula liquida de superficie deformable y contribuir a la pelicula liquida de lubricante.lubricante.

Este aumento del mecanismo elastohidrodinamico crea Este aumento del mecanismo elastohidrodinamico crea un entorno presurizado, que genera un sistema muy un entorno presurizado, que genera un sistema muy eficaz con un coeficiente de fricción bajo.eficaz con un coeficiente de fricción bajo.

REFORZADAREFORZADA

Relacionada con las articulaciones Relacionada con las articulaciones biartrodiales y basado en el modelo de la biartrodiales y basado en el modelo de la película, el agua proveniente del líquido película, el agua proveniente del líquido sinovial es presurizada hidrostáticamente sinovial es presurizada hidrostáticamente dentro de la matriz del cartílago, lo que dentro de la matriz del cartílago, lo que produce un lubricante formado por un produce un lubricante formado por un complejo proteico ácido concentrado.complejo proteico ácido concentrado.

LIMITROFELIMITROFE

Se basa en una capa de lubricante muy Se basa en una capa de lubricante muy delgada.delgada.

Esta película Esta película

DESGASTEDESGASTE

A pesar de los mecanismo descritos, las A pesar de los mecanismo descritos, las superficies articulares que se mueven y se superficies articulares que se mueven y se ponen en contacto entre sí pierden ponen en contacto entre sí pierden material desde estas superficies.material desde estas superficies.

Se conocen los siguientes mecanismo de Se conocen los siguientes mecanismo de desgaste:desgaste:

ABRASIONABRASION

Una superficie dura o áspera puede Una superficie dura o áspera puede deslizarse con respecto a una superficie deslizarse con respecto a una superficie blanda y ocasionar surcos en esta última, blanda y ocasionar surcos en esta última, generando detritos con formas de aguja y generando detritos con formas de aguja y bucles.bucles.

Genera el menor índice de desgaste en Genera el menor índice de desgaste en comparación con los otros mecanismos.comparación con los otros mecanismos.

ADHESIONADHESION

Los fragmentos de las superficies mas Los fragmentos de las superficies mas lisas se adhieren entre sí, debido a su lisas se adhieren entre sí, debido a su afinidad atómica.afinidad atómica.

Con el movimiento relativo, estos Con el movimiento relativo, estos fragmentos unidos pueden no separarse fragmentos unidos pueden no separarse en la interfaz original, sino a través de una en la interfaz original, sino a través de una de las bases de los fragmentos.de las bases de los fragmentos.

TRANSFERENCIATRANSFERENCIA

Ocurre cuando el material proveniente de una Ocurre cuando el material proveniente de una superficie blanda rellena la superficie dura y superficie blanda rellena la superficie dura y áspera opuesta, formando una película lisa, que áspera opuesta, formando una película lisa, que altera la interfaz.altera la interfaz.

Es potencialmente inestable, y genera desgaste Es potencialmente inestable, y genera desgaste debido a tercer cuerpo.debido a tercer cuerpo.

DESGASTE POR TERCER DESGASTE POR TERCER CUERPOCUERPO

Clasificado a veces como variante de desgaste abrasivo.Clasificado a veces como variante de desgaste abrasivo.

Los detritos provenientes del desgaste son introducidos Los detritos provenientes del desgaste son introducidos entre las 2 superficies produciendo concentraciones entre las 2 superficies produciendo concentraciones locales de esfuerzo elevado que provocan abrasión en locales de esfuerzo elevado que provocan abrasión en una o ambas superficies.una o ambas superficies.

CALADOCALADO

Ocurre cuando materiales simialres o Ocurre cuando materiales simialres o diferentes experoimentan diferentes experoimentan micromovimientos de la interfaz y micromovimientos de la interfaz y producción de detritos. producción de detritos.

Cabeza de tornillo, placa.Cabeza de tornillo, placa.

FATIGAFATIGA

En ciertos casos, las cargas cíclicas En ciertos casos, las cargas cíclicas focales son concentraciones de esfuerzo focales son concentraciones de esfuerzo elevados en regiones localizadas pueden elevados en regiones localizadas pueden ocasionar rajaduras o fracturas de la ocasionar rajaduras o fracturas de la superficie.superficie.

METALESMETALESMateriales mas empleados en ortopedia.Materiales mas empleados en ortopedia.

Características: resistencia y ductilidad Características: resistencia y ductilidad elevadas, capacidad de soportar esfuerzos elevadas, capacidad de soportar esfuerzos máximos intensos y con limites de máximos intensos y con limites de resistencia a la fatiga relativamente altos.resistencia a la fatiga relativamente altos.

UNION METALICAUNION METALICA

La estructura interatómica de un metal consiste en un grupo de La estructura interatómica de un metal consiste en un grupo de núcleos con carga positiva, rodeados por electrones que se mueven núcleos con carga positiva, rodeados por electrones que se mueven libremente.libremente.

El carácter no direccional y la libertad de los átomos permiten que El carácter no direccional y la libertad de los átomos permiten que las estructuras metalicas sean densas, y llenen las brechas las estructuras metalicas sean densas, y llenen las brechas interatómicas.interatómicas.

Los materiales metálicos pueden soportar una deformación Los materiales metálicos pueden soportar una deformación significativa sin fracturarse, y por lo tanto, suelen ser fuertes y significativa sin fracturarse, y por lo tanto, suelen ser fuertes y dúctiles.dúctiles.

Los metales se solidifican a partir de su estado líquido caliente, Los metales se solidifican a partir de su estado líquido caliente, antes de coalescer, los cristales o partículas a menudo, son antes de coalescer, los cristales o partículas a menudo, son irregulares. irregulares.

UNION METALICAUNION METALICA

Entre las partículas pueden acumularse impurezas o “inclusiones” Entre las partículas pueden acumularse impurezas o “inclusiones” que alteran significativamente las propiedades del metal resultante.que alteran significativamente las propiedades del metal resultante.

Si existen inclusiones o concentraciones elevadas de porosidad Si existen inclusiones o concentraciones elevadas de porosidad superficial, el metal puede ser debilitado por elevadores del superficial, el metal puede ser debilitado por elevadores del esfuerzo y áreas de corrosión presente en fisuras.esfuerzo y áreas de corrosión presente en fisuras.

Si el tamaño de las partículas aumenta en forma considerable, el Si el tamaño de las partículas aumenta en forma considerable, el esfuerzo tensor del metal puede disminuir.esfuerzo tensor del metal puede disminuir.

PROCESAMIENTO DE LOS PROCESAMIENTO DE LOS METALESMETALES

RECRISTALIZACION O RECOCIDO.RECRISTALIZACION O RECOCIDO.

Proceso por el cual el metal es calentado para recuperar su estado Proceso por el cual el metal es calentado para recuperar su estado original de baja energía.original de baja energía.

La forma y las propiedades del metal pueden ser alteradas, en forma La forma y las propiedades del metal pueden ser alteradas, en forma singular, mediante el trabajo en frío y el recocido.singular, mediante el trabajo en frío y el recocido.

TRABAJO EN FRÍOTRABAJO EN FRÍO Incluye martillado, forjado, Incluye martillado, forjado,

laminado y estirado, implica laminado y estirado, implica deformar un metal más allá de su deformar un metal más allá de su resistencia de deformación , lo resistencia de deformación , lo que provoca alargamiento de las que provoca alargamiento de las partículas en la dirección del partículas en la dirección del esfuerzo, sin cambios en el esfuerzo, sin cambios en el volumen de las partículas. volumen de las partículas.

TRABAJO EN FRÍOTRABAJO EN FRÍO

Este proceso eleva los esfuerzos internos del material.Este proceso eleva los esfuerzos internos del material. Asimismo, al manipular las partículas a temperatura Asimismo, al manipular las partículas a temperatura

ambiente, este “templado” produce una mayor dureza.ambiente, este “templado” produce una mayor dureza. En general, el metal cambia de forma y tiene una En general, el metal cambia de forma y tiene una

resistencia de deformación, una resistencia final y un resistencia de deformación, una resistencia final y un límite de resistencia mayores. Sin embargo es menos límite de resistencia mayores. Sin embargo es menos dúctil.dúctil.

FUNDICIONFUNDICION

Proceso por el cual el metal Proceso por el cual el metal líquido caliente es volcado líquido caliente es volcado dentro de un molde, puede dentro de un molde, puede causar huecos e impurezas.causar huecos e impurezas.

Las inclusiones tienden a Las inclusiones tienden a concentrarse a lo largo de los concentrarse a lo largo de los límites de las partículas, lo que límites de las partículas, lo que debilita el material.debilita el material.

FORJADOFORJADO

Consiste en calentar un Consiste en calentar un metal hasta temperaturas metal hasta temperaturas inferiores al punto de inferiores al punto de fusión y comprimirlo fusión y comprimirlo dentro de una matriz bajo dentro de una matriz bajo cargas muy altas. El cargas muy altas. El metal resultante tiene metal resultante tiene menos huecos.menos huecos.

PRENSADO ISOSTÁTICO EN PRENSADO ISOSTÁTICO EN CALIENTE (PIC)CALIENTE (PIC)

Produce un material con partículas finas a partir de Produce un material con partículas finas a partir de polvo de metal, en un entorno de temperatura y presión polvo de metal, en un entorno de temperatura y presión elevadas. elevadas.

Esto aumenta la resistencia general del metal.Esto aumenta la resistencia general del metal.

A fin de optimizar los metales para diferentes A fin de optimizar los metales para diferentes aplicaciones de implantes, se emplean distintas técnicas aplicaciones de implantes, se emplean distintas técnicas de fabricación.de fabricación.

CORROSIONCORROSION Proceso en el cual un metal es degradado por Proceso en el cual un metal es degradado por

reacciones electroquímicas generadas en un reacciones electroquímicas generadas en un entorno fisiológico. entorno fisiológico.

La superficie del metal se altera y los iones La superficie del metal se altera y los iones metálicos son extruidos hacia los líquidos y metálicos son extruidos hacia los líquidos y tejidos corporales.tejidos corporales.

Por definición, un material que libera una Por definición, un material que libera una concentracion de iones superior a 10concentracion de iones superior a 106 por mol por mol es corrosible, mientras que uno que libera es corrosible, mientras que uno que libera menos es llamado inmune a la corrosión.menos es llamado inmune a la corrosión.

Todos los metales se corroen y el grado Todos los metales se corroen y el grado depende de la composición del material.depende de la composición del material.

CORROSIONCORROSION El acero inoxidable se corroe con más El acero inoxidable se corroe con más

facilidad que las aleaciones a base de facilidad que las aleaciones a base de cobalto o titanio.cobalto o titanio.

Mediante inmersión en soluciones ácidas, Mediante inmersión en soluciones ácidas, puede formarse un superficie resistente a puede formarse un superficie resistente a la corrosión sobre el acero inoxidable o la corrosión sobre el acero inoxidable o aleaciones a base de cobalto.aleaciones a base de cobalto.

Este proceso de pasivación crea una capa Este proceso de pasivación crea una capa estable de óxido o hidróxido, similar a la estable de óxido o hidróxido, similar a la corrosión natural, pero que protege al corrosión natural, pero que protege al metal del medio ambiente.metal del medio ambiente.

CORROSIONCORROSION

Las aleaciones de titanio crean una capa resistente a la corrosión Las aleaciones de titanio crean una capa resistente a la corrosión mediante autopasivación.mediante autopasivación.

Sin embargo cualquier rasguño o mella puede alterar la capa de Sin embargo cualquier rasguño o mella puede alterar la capa de óxido de un metal y ocasionar un aumento de la corrosión; las óxido de un metal y ocasionar un aumento de la corrosión; las aleaciones basadas en titanio se rayan con facilidad.aleaciones basadas en titanio se rayan con facilidad.

Cualquier cambio del pH y la tensión de oxígeno en el medio Cualquier cambio del pH y la tensión de oxígeno en el medio ambiente puede alterar la eficacia de la capa contra la corrosión.ambiente puede alterar la eficacia de la capa contra la corrosión.

MECANISMOS DE CORROSIÓNMECANISMOS DE CORROSIÓN

ATAQUE UNIFORMEATAQUE UNIFORME ATAQUE GALVANICOATAQUE GALVANICO CORROSION EN LAS FISURASCORROSION EN LAS FISURAS PUNTEADOPUNTEADO ATAQUE INTERGRANULARATAQUE INTERGRANULAR CORROSION POR ESFUERZOCORROSION POR ESFUERZO CORROSION POR CALADOCORROSION POR CALADO

MECANISMOS DE CORROSIONMECANISMOS DE CORROSION

ATAQUE UNIFORME: Tipo mas frecuente de corrosión, que afecta ATAQUE UNIFORME: Tipo mas frecuente de corrosión, que afecta a todos los metales cuando se encuentran en una solución a todos los metales cuando se encuentran en una solución electrolítica conductora, inclusive en los líquidos corporales.electrolítica conductora, inclusive en los líquidos corporales.

Los iones metálicos son liberados hacia un medio ambiente acuoso, Los iones metálicos son liberados hacia un medio ambiente acuoso, uniéndose con el hidrogeno o el oxígeno.uniéndose con el hidrogeno o el oxígeno.

ATAQUE GALVANICOATAQUE GALVANICO Cuando dos metales distintos o dos Cuando dos metales distintos o dos

áreas de un material metálico con áreas de un material metálico con diferentes niveles de energía se diferentes niveles de energía se encuentran en proximidad estrecha.encuentran en proximidad estrecha.

Es necesario un medio ambiente que Es necesario un medio ambiente que permita la conducción a través del permita la conducción a través del metal y a través de una solución.metal y a través de una solución.

Un metal actúa como ánodo y cede Un metal actúa como ánodo y cede electrones al otro metal, que actúa electrones al otro metal, que actúa como cátodo.como cátodo.

Se establece un potencial eléctrico Se establece un potencial eléctrico que crea un medio ambiente corrosivo que crea un medio ambiente corrosivo en el cual el metal con la mayor en el cual el metal con la mayor energía libre, el ánodo se oxida.energía libre, el ánodo se oxida.

ATAQUE GALVANICOATAQUE GALVANICO

Cuando el acero inoxidable se combina con aleaciones de cobalto, Cuando el acero inoxidable se combina con aleaciones de cobalto, se produce corrosión potencialmente desastrosa.se produce corrosión potencialmente desastrosa.

Sistema modular formado por aleacion a base de coblato y una Sistema modular formado por aleacion a base de coblato y una aleación a base de titanio, electroquímicamente estable. aleación a base de titanio, electroquímicamente estable.

Sistema con TiSistema con Ti6Al4V, donde la leación de titano resiste la corrosión V, donde la leación de titano resiste la corrosión

galvanica mediante el proceso de autopasivación, creando una galvanica mediante el proceso de autopasivación, creando una interfaz de dioxido de titanio(TiOinterfaz de dioxido de titanio(TiO22))

CORROSION EN LAS FISURASCORROSION EN LAS FISURAS Ocurre cuando existen fisuras o grietas en el metal, que crean un Ocurre cuando existen fisuras o grietas en el metal, que crean un

área localizada de baja tensión de oxígeno y mayor extrusión de área localizada de baja tensión de oxígeno y mayor extrusión de iones metálicos.iones metálicos.

Un medio ambiente con una concentración elevada de iones Un medio ambiente con una concentración elevada de iones cloruro o iones hidrogeno (pH bajo) acelera más este proceso cloruro o iones hidrogeno (pH bajo) acelera más este proceso corrosivo.corrosivo.

El acero inoxidable es el más afectado, especialmente en las áreas El acero inoxidable es el más afectado, especialmente en las áreas entre la cabeza de un tornillo y una placa. entre la cabeza de un tornillo y una placa.

Las aleaciones de Ti tambien pueden sufrir daños cuando la capa Las aleaciones de Ti tambien pueden sufrir daños cuando la capa de pasivado está rayada y el metal queda expuesto a un medio de pasivado está rayada y el metal queda expuesto a un medio corrosivo rico en cloruro.corrosivo rico en cloruro.

PUNTEADOPUNTEADO Área localizada más concentrada de corrosión en las fisuras en la Área localizada más concentrada de corrosión en las fisuras en la

cual está comprometida una porción de la capa de óxido.cual está comprometida una porción de la capa de óxido.

Este defecto localizado puede convertirse en un punto de esfuerzo Este defecto localizado puede convertirse en un punto de esfuerzo elevado, y llevar a una fractura por fatiga.elevado, y llevar a una fractura por fatiga.

El acero inoxidable resulta muy afectado, pero los nuevos procesos El acero inoxidable resulta muy afectado, pero los nuevos procesos de fundición en vacío y refundición, con la incorporación de cromo, de fundición en vacío y refundición, con la incorporación de cromo, níquel o molibdeno otorgan a este metal protección contra la níquel o molibdeno otorgan a este metal protección contra la corrosión punteada.corrosión punteada.

Las aleaciones de Co-Cr son afectadas ligeramente y las Las aleaciones de Co-Cr son afectadas ligeramente y las aleaciones de Ti son relativamente resistentes.aleaciones de Ti son relativamente resistentes.

ATAQUE INTERGRANULARATAQUE INTERGRANULAR

Es otro tipo de corrosión galvánica en la cual las impurezas que se Es otro tipo de corrosión galvánica en la cual las impurezas que se ubican en un área localizada entre las partículas general un ubican en un área localizada entre las partículas general un potencial eléctrico.potencial eléctrico.

Esto puede ocurrir dentro de ciertas aleaciones en un área que Esto puede ocurrir dentro de ciertas aleaciones en un área que expone dos partículas con niveles de energía diferentes.expone dos partículas con niveles de energía diferentes.

CORROSION POR ESFUERZOCORROSION POR ESFUERZO

Ocurre cuando se forma una fisura en un área de esfuerzo tensor Ocurre cuando se forma una fisura en un área de esfuerzo tensor rodeada por un medio ambiente corrosivo.rodeada por un medio ambiente corrosivo.

La capa de pasivación puede resultar comprometida, lo que acelera La capa de pasivación puede resultar comprometida, lo que acelera la corrosión.la corrosión.

Si la fisura continúa propagandose, el aumento de la concentración Si la fisura continúa propagandose, el aumento de la concentración de esfuerzos puede causar la rotura del implante. de esfuerzos puede causar la rotura del implante.

CORROSION POR CALADOCORROSION POR CALADO

Ocurre entre 2 materiales que están en contacto, entre los cuales Ocurre entre 2 materiales que están en contacto, entre los cuales existe movimiento.existe movimiento.

La capa protectora de óxido resulta dañada y se liberan iones La capa protectora de óxido resulta dañada y se liberan iones metálicos. metálicos.

Puede ocurrir entre la cabeza de un tornillo y una placa, entre un Puede ocurrir entre la cabeza de un tornillo y una placa, entre un tornillo acetabular y la copa acetabular de metal o entre una cabeza tornillo acetabular y la copa acetabular de metal o entre una cabeza femoral y el vástago.femoral y el vástago.

ACEROACERO

Mezcla de metales (aleación formada por Mezcla de metales (aleación formada por varios elementos químicos, varios elementos químicos, principalmente hierro y carbono)principalmente hierro y carbono)

Antes del tratamiento térmico los aceros Antes del tratamiento térmico los aceros son mezcla de tres sustancias (ferrita, son mezcla de tres sustancias (ferrita, perlita y cementita.)perlita y cementita.)

ACERO INOXIDABLEACERO INOXIDABLE

Aleación a base de hierro.Aleación a base de hierro. Aleaciones para implantes: grado 316, 316L (ASTM F-55-56)Aleaciones para implantes: grado 316, 316L (ASTM F-55-56) 316L Uso más frecuente, formado:316L Uso más frecuente, formado:

60-70% Hierro60-70% Hierro

16-20% Cromo16-20% Cromo

8-17% Níquel8-17% Níquel

2-4% Molibdeno2-4% Molibdeno

0.03% Carbono0.03% Carbono

% mínimo de manganeso y silicio% mínimo de manganeso y silicio

ACERO INOXIDABLEACERO INOXIDABLE Vulnerable a procesosVulnerable a procesos Corrosión por esfuerzo y en fisurasCorrosión por esfuerzo y en fisuras

Dispositivos de fijación más o menos temporariosDispositivos de fijación más o menos temporarios El cromo y níquel fortalecen la capa de pasivación y el molibdeno es El cromo y níquel fortalecen la capa de pasivación y el molibdeno es

resistente a la corrosión punteada.resistente a la corrosión punteada.

Al limitar la cantidad de carbono (316L) se evita la precipitación del Al limitar la cantidad de carbono (316L) se evita la precipitación del croo y por lo tanto, se compromete mínimamente la capa protectora.croo y por lo tanto, se compromete mínimamente la capa protectora.

Utilizado en dispositivos de fijación de fracturas, y cierta aleaciones en Utilizado en dispositivos de fijación de fracturas, y cierta aleaciones en componentes para reemplazos articulares totales.componentes para reemplazos articulares totales.

No deben de estar cerca de implantes realizados en Co-Cr.No deben de estar cerca de implantes realizados en Co-Cr.

ALEACIONES DE Co-CrALEACIONES DE Co-Cr Tipo ASTM F-75 (VITALLIUM), formado por:Tipo ASTM F-75 (VITALLIUM), formado por: 60% de cobalto60% de cobalto 27-30% de cromo27-30% de cromo 5-7% de molibdeno5-7% de molibdeno 2.5% de níquel2.5% de níquel 0.35% de carbono.0.35% de carbono. Usada originalmente como aleación de fundición, pero por su Usada originalmente como aleación de fundición, pero por su

carácter frágil genero defectos de fundición considerables.carácter frágil genero defectos de fundición considerables. Mediante el forjado o el prensado isostático en caliente, el menor Mediante el forjado o el prensado isostático en caliente, el menor

volumen de defectos/porosidades y las partículas de menor tamaño volumen de defectos/porosidades y las partículas de menor tamaño lograron un aumento del 80% en la resistencia a la deformación lograron un aumento del 80% en la resistencia a la deformación

ALEACIONES DE Co-CrALEACIONES DE Co-Cr

Lo anterior cambio las propiedades mecánicas y junto con su Lo anterior cambio las propiedades mecánicas y junto con su elevada resistencia al desgaste y a la corrosión, y su elevada resistencia al desgaste y a la corrosión, y su biocompatibilidad, se convirtió en una aleación mucho más biocompatibilidad, se convirtió en una aleación mucho más adecuada para soportar peso y para aplicaciones articulares.adecuada para soportar peso y para aplicaciones articulares.

Capacidad para resistir corrosión y fatiga cólo superada por el Ti.Capacidad para resistir corrosión y fatiga cólo superada por el Ti.

Gran proporción de implantes de cabezas femorales fabricados con Gran proporción de implantes de cabezas femorales fabricados con Co-Cr. Co-Cr.

TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIOTITANIO

Especialmente atractivo para fabricar dispositivos implantables, por su Especialmente atractivo para fabricar dispositivos implantables, por su biocompatibilidad superior y por su resistencia a la corrosión por biocompatibilidad superior y por su resistencia a la corrosión por autopasivación.autopasivación.

Tiene aproximadamente la mitad de la rigidez del Co-Cr y el acero Tiene aproximadamente la mitad de la rigidez del Co-Cr y el acero inoxidable, y cinco veces más rígidos que el hueso cortical.inoxidable, y cinco veces más rígidos que el hueso cortical.

El Ti comercialmente puro (ASTM F-67) puede ser sintetizado y El Ti comercialmente puro (ASTM F-67) puede ser sintetizado y aplicado como una capa porosa en componentes articulares totales no aplicado como una capa porosa en componentes articulares totales no cementados.cementados.

HIERROHIERRO

Metal alotrópico en donde puede existir Metal alotrópico en donde puede existir más de una estructura reticulada más de una estructura reticulada dependiendo de la temperatura.dependiendo de la temperatura.

Número atómico 26Número atómico 26Peso atómico 55847Peso atómico 55847Punto de fusión 1535 °CPunto de fusión 1535 °CPunto de ebullición 3000 °C Punto de ebullición 3000 °C

Materiales cerámicos Materiales cerámicos [[editareditar]] Los materiales cerámicos, tienen la propiedad de tener una temperatura de Los materiales cerámicos, tienen la propiedad de tener una temperatura de

fusión y resistencia muy elevada. Asi mismo, su fusión y resistencia muy elevada. Asi mismo, su módulo de módulo de YoungYoung (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también és muy elevado (és lo que llamamos fragilidad).también és muy elevado (és lo que llamamos fragilidad).

Todas esta propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean Todas esta propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado...). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un torneado, brochado...). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la qual se tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la qual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un elevado módulo de Young (fragilidad elevada) y tracción, por los poros y un elevado módulo de Young (fragilidad elevada) y al tener un enlace iónico covalente, és imposible de realizar.al tener un enlace iónico covalente, és imposible de realizar.

Cuando se realiza un ensayo a compresión, la Cuando se realiza un ensayo a compresión, la tensión mecánicatensión mecánica que puede que puede aguantar el material puede llegar a ser superior en un material cerámico aguantar el material puede llegar a ser superior en un material cerámico que en el acero. La razón, viene dada por la compresión de los que en el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al estos comprimirlos, la poros/agujeros que se han creado en el material. Al estos comprimirlos, la fuerza por unidad de sección es mucho mayor que cuando se habían fuerza por unidad de sección es mucho mayor que cuando se habían creado los poroscreado los poros

PASIVADOPASIVADO

Tratamiento químico aplicado a la lamina galvanizada Tratamiento químico aplicado a la lamina galvanizada que retarda la formación de óxido blanco durante que retarda la formación de óxido blanco durante transporte y almacenamiento, sus propiedades son transporte y almacenamiento, sus propiedades son limitadas ,si el material esta mojado debe ser secado y limitadas ,si el material esta mojado debe ser secado y utilizarse inmediatamente.utilizarse inmediatamente.

El proceso se basa en la modificación superficial del El proceso se basa en la modificación superficial del metal a través de una pequeña capa no metálica metal a través de una pequeña capa no metálica generalmente un oxido o una sal de metal base generalmente un oxido o una sal de metal base firmemente adherido a la base siendo impermeable para firmemente adherido a la base siendo impermeable para evitar el pasaje del electrolito.evitar el pasaje del electrolito.