Estudio y caracterización de aleaciones de cobalto-cromo tratadas mediante implantación iónica por inmersión en plasma para aplicación biomédica

Resumen

El trabajo de tesis estudia la modificación de la superficie de aleaciones de CoCr para su aplicación biomédica y su aplicación para prótesis de cadera de par Metal on Metal. La liberación de iones desde estas superficies supone el mayor problema que se deriva de estas uniones MoM. Este fenómeno responde a los efectos de desgaste (que a su vez conlleva a la liberación de partículas o restos de desgaste en dicho procesos) y a los efectos de corrosión en medio fluido. Por ello, el estudio de esta tesis se ha centrado en la combinación de procesos desgaste-corrosivos y sus consecuencias. Por ello, el objetivo principal de este trabajo es dar una mayor durabilidad de dichos pares MoM una vez estén implantados en el paciente, y para ello, los objetivos específicos se han centrado en: i). Reducir la tasa de desgaste en las uniones MoM al máximo, ii). Maximizar la resistencia a los efectos corrosivos que sufren dichos pares en funcionamiento, y iii). Reducir la liberación de iones desde las superficies en contacto. Para la consecución de dichos objetivos, se han llevado a cabo numerosos estudios de modificación superficial empleando la técnica de implantación iónica mediante inmersión en plasma o PI3. En concreto se han planteado cuatro líneas de investigación diferentes: 1. Línea de implantación de nitrógeno, 2. Línea de implantación de oxígeno, 3. Línea de implantación de nitrógeno seguida de implantación de oxígeno, y 4. Línea de implantación de nitrógeno y oxígeno al mismo tiempo. Cada una de estas líneas respondía a un pequeño avance en la consecución de los objetivos especificados en este trabajo. Así, con la línea 1 se perseguía mejoras en desgaste, pero sin empeorar la resistencia a la corrosión de la aleación de CoCr. Con la línea 2, se pretendía mejorar la resistencia a la corrosión. A partir de estos resultados, con las líneas de trabajo 3 y 4, se ha planteado la mejora de tanto la resistencia al desgaste como a los efectos corrosivos, con la línea 3 implantando primero nitrógeno y oxígeno, para intentar sumar los resultados obtenidos en las líneas previas, y con la línea 4, para estudiar la influencia de la implantación de nitrógeno y oxígeno conjuntamente. Tras los tratamientos optimizados de PI3, se llevaron a cabo diferentes estudios para caracterizar las distintas superficies modificadas y poder compararlas entre sí. Así, para conocer la modificación superficial realizada en cada caso, se analizaron los perfiles de composición en profundidad (mediante la técnica de GDOES) y se llevaron a cabo estudios de XRD, para determinar qué estructuras se habían formado en nuestro CoCr modificado. Además se estudiaron la dureza mediante un ultramicrodurómetro y un nanoidentador, y la rugosidad mediante perfilometría interferométrica. Se observaron las superficies mediante microscopía FESEM-EDS y se estudió el desgaste y la corrosión empleando en ambos estudios serum bovino como medio fluido. Se analizó la liberación de iones mediante ICP-MS. Los resultados mostraron que se puede mejorar la resistencia al desgaste y a la corrosión de la superficie de CoCr, permitiendo de esta manera reducir la liberación de iones en comparación con los pares CoCr-CoCr sin tratar. De todos los estudios llevados a cabo, los más apropiados para ello fueron los tratados mediante implantación conjunta de nitrógeno y oxígeno. Este trabajo ha conllevado estudios in vitro en plaquitas planas. A partir de ellos, cabe esperar hacer lo propio en prototipos y posteriormente, llevar a cabo los estudios in vivo oportunos, para la aplicación final en caderas MoM de CoCr.