METALESMETALES

ESFUERZOESFUERZO

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

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

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

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

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

ELASTICIDADELASTICIDAD

Propiedad mecánica de Propiedad mecánica de ciertos materiales de ciertos materiales de sufrir deformaciones sufrir deformaciones reversibles cuando se reversibles cuando se encuentra sujetos a la encuentra sujetos a la acción de fuerzas acción de fuerzas exteriores y de recuperar exteriores y de recuperar la forma original si estas la forma original si estas fuerzas exteriores se fuerzas exteriores se eliminan 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 3 tipos de esfuerzos:esfuerzos:

En tensiónEn tensión En compresiónEn compresión En corteEn corte

ESFUERZO DE TENSIONESFUERZO DE TENSION

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

ESFUERZO EN ESFUERZO EN COMPRESIONCOMPRESION

Ocurre cuando sobre Ocurre cuando sobre un cuerpo actúan un cuerpo actúan fuerzas iguales en fuerzas iguales en magnitud pero de magnitud pero de sentido contrario que sentido contrario que se acercan entre sí.se acercan entre sí.

ESFUERZO DE CORTEESFUERZO DE CORTE

Cuando sobre un Cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas cuerpo actúan fuerzas colineales de igual o colineales de igual o diferente magnitud diferente magnitud que se mueven en que se mueven en sentidos contrarios.sentidos contrarios.

LEY DE HOOKELEY DE HOOKE

““Mientras no se Mientras no se exceda el límite de exceda el límite de elasticidad de un elasticidad de un cuerpo, la cuerpo, la deformación deformación elástica que sufre elástica que sufre es directamente es directamente proporcional al proporcional al esfuerzo recibido”esfuerzo recibido”

TENSIONTENSION Medida de la Medida de la

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

La tensión es igual al La tensión es igual al cambio de cambio de longitud/longitud 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 generales de los materiales: depende del materiales: depende del material.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 generales de una estructura; es dependiente estructura; es dependiente de la forma.de la forma.

MODULO DE ELASTICIDAD MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNGDE YOUNG

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

MODULO DE ELASTICIDAD MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNGDE YOUNG

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

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

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

LIMITE ELASTICOLIMITE ELASTICO ““Esfuerzo máximo que Esfuerzo máximo que

puede soportar un puede soportar un material sin sufrir 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 aplicada, la energía puede ser recuperada hasta este ser recuperada hasta este punto, pero una vez punto, pero una vez superado el límite elástico, superado el límite elástico, la longitud o la forma ya la longitud o la forma ya no se recuperan por no se recuperan por completo.completo.

PUNTO DE ESFUERZO MINIMO PUNTO DE ESFUERZO MINIMO DE DEFORMACION DE DEFORMACION

PERMANENTE/LIMITE PERMANENTE/LIMITE PROPORCIONALPROPORCIONAL

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

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

ESQUEMA DE LAS RELACIONES RELATIVAS ESQUEMA DE LAS RELACIONES RELATIVAS ENTRE MODULO ELASTICO, DEFORMACION ENTRE MODULO ELASTICO, DEFORMACION PLASTICA, RESISTENCIA FINAL Y ENERGIA PLASTICA, RESISTENCIA FINAL Y ENERGIA

NECESARIA PARA LA ROTURANECESARIA PARA LA ROTURA

RESISTENCIA DE RESISTENCIA DE DEFORMACIONDEFORMACION

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

BIOMECANICABIOMECANICA RESISTENCIA FINAL: RESISTENCIA FINAL:

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

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

DUCTILIDADDUCTILIDAD Propiedad de un material Propiedad de un material

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

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

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

Acero inoxidable.Acero inoxidable.

FRAGILIDADFRAGILIDAD Propiedad de un material que Propiedad de un material que

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

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

TENACIDADTENACIDAD

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

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

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

DUREZADUREZA Capacidad de un material Capacidad de un material

para resistir la deformación para resistir la deformación plástica en sus superficie.plástica en sus superficie.

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

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

RUPTURA POR RUPTURA POR FATIGA/LIMITE DE FATIGA/LIMITE DE

RESISTENCIARESISTENCIA Cantidad de ciclos Cantidad de ciclos

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

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

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

RUPTURA POR RUPTURA POR FATIGA/LIMITE DE FATIGA/LIMITE DE

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

VISCOELASTICIDADVISCOELASTICIDAD Propiedad de material, Propiedad de material,

cuya relación esfuerzo-cuya relación esfuerzo-tensión depende del tensión depende del tiempo.tiempo.

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

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

PROPIEDADES VISCOELASTICASPROPIEDADES VISCOELASTICAS

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

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

TRIBOLOGIATRIBOLOGIA Estudio de la fricción, Estudio de la fricción,

la lubricación y el la lubricación y el desgaste de los desgaste de los materiales.materiales.

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

FRICCIONFRICCION Se define como la resistencia Se define como la resistencia

al movimiento entre 2 al movimiento entre 2 cuerpos.cuerpos.

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

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

Las fuerzas de fricción se Las fuerzas de fricción se deben a la aspereza de las deben a la aspereza de las superficies de contacto y a superficies de contacto y a la composición química de la composición química de la interfaz.la interfaz.

Las superficies no son Las superficies no son lisas, más bien ásperas, lisas, más bien ásperas, “puntos” “puntos” ultraestructurales ultraestructurales cristalinos aumentan el cristalinos aumentan el contacto de esfuerzo y contacto de esfuerzo y ocasionan unión de los 2 ocasionan unión de los 2 cuerpos en esta uniones. cuerpos en esta uniones.

COEFICIENTE DE COEFICIENTE DE FRICCIONFRICCION

Combinaciones Combinaciones cobalto-cromo y cobalto-cromo y cobalto-cromo- cobalto-cromo- molibdeno:molibdeno:

Coeficiente10 Coeficiente10 veces >veces >

que biartrodias!!!!que biartrodias!!!!

LUBRICACIONLUBRICACION Implica insertar un Implica insertar un

material entre 2 cuerpos, material entre 2 cuerpos, a fin de disminuir la a fin de disminuir la interacción entre interacción entre

ellos.ellos.

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

LUBRICACIONLUBRICACION

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

LUBRICACIONLUBRICACION Un lubricante demasiado viscoso puede Un lubricante demasiado viscoso puede

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

LUBRICANTE MAS EFICAZ: Aquel cuyo material LUBRICANTE MAS EFICAZ: Aquel cuyo material no es exprimido ante las cargas especificas y no es exprimido ante las cargas especificas y disminuye el coeficiente de fricción dinamica.disminuye el coeficiente de fricción dinamica.

Lista de regimenes lubricantes:Lista de regimenes lubricantes:

HIDRODINÁMICOHIDRODINÁMICO Puede considerarse como hidroplaneo, en el cual Puede considerarse como hidroplaneo, en el cual

las superficies están completamente separadas.las superficies están completamente separadas.

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

Para que este mecanismo sea satisfactorio es Para que este mecanismo sea satisfactorio es crucial la viscosidad del lubricante.crucial la 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 lubricante sea extruido de la antisolución, pero de la antisolución, pero al mismo tiempo, al mismo tiempo, suministran la presión suministran la presión dinámica necesaria dinámica necesaria para comprimir el para comprimir el liquido viscoso.liquido viscoso.

ELASTOHIDRODINÁMICELASTOHIDRODINÁMICOO

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

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

TRASUDACIÓNTRASUDACIÓN Al menos una de las superficies de contacto es Al menos una de las superficies de contacto es

porosa y el movimiento relativo puede exprimir porosa y el movimiento relativo puede exprimir líquido fuera de la superficie deformable y líquido fuera de la superficie deformable y contribuir a la película liquida de lubricante.contribuir a la película liquida de lubricante.

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

REFORZADAREFORZADA Relacionada con las Relacionada con las

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

LIMITROFELIMITROFE

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

Esta película se adhiere a cada una Esta película se adhiere a cada una de las superficies lo suficiente para de las superficies lo suficiente para minimizar el contacto entre las minimizar el contacto entre las asperezas y modificar las asperezas y modificar las propiedades de la superficie a través propiedades de la superficie a través de interacciones químicas.de interacciones químicas.

LUBRICACIONLUBRICACION

MECANISMO DE LUBRICACION MECANISMO DE LUBRICACION BIARTRODIAL TIPICA?BIARTRODIAL TIPICA?

Combinación de lubricación Combinación de lubricación elastodinamica, trasudación y elastodinamica, trasudación y limítrofe!limítrofe!

Las artrosplastias totales: No cuenta Las artrosplastias totales: No cuenta con el mecanismo humano normal con el mecanismo humano normal articular de trasudación!articular de trasudación!

DESGASTEDESGASTE A pesar de los mecanismo descritos, las superficies A pesar de los mecanismo descritos, las superficies

articulares que se mueven y se ponen en contacto entre sí articulares que se mueven y se ponen en contacto entre sí pierden material desde estas superficies.pierden material desde estas superficies.

La perdida puede deberse a factores mecánicos o La perdida puede deberse a factores mecánicos o químicos, según las propiedades del material de las químicos, según las propiedades del material de las superficies respectivas.superficies respectivas.

““Un sistema articular con Un sistema articular con un coeficiente de fricción un coeficiente de fricción bajo no necesariamente bajo no necesariamente implica un sistema con un implica un sistema con un índice de desgaste bajo, ya índice de desgaste bajo, ya que los factores que que los factores que ocasionan fuerzas de ocasionan fuerzas de fricción son diferentes de fricción son diferentes de aquellos que ocasionan aquellos que ocasionan partículas de desgaste.”partículas de desgaste.”

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

ABRASIONABRASION

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

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

ADHESIONADHESION

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

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

TRANSFERENCIATRANSFERENCIA

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

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

DESGASTE POR TERCER DESGASTE POR TERCER CUERPOCUERPO

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

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

CALADOCALADO

Ocurre cuando materiales similares Ocurre cuando materiales similares o diferentes experimentan o diferentes experimentan micromovimientos de la interfaz y micromovimientos de la interfaz y producción de detritos. producción de detritos.

Cabeza de tornillo, placa, Cabeza de tornillo, placa, componente femoral o vastago.componente femoral o vastago.

FATIGAFATIGA

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

METALESMETALES Materiales mas empleados Materiales mas empleados

en ortopedia.en ortopedia.

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

Los 3 metales mas usados Los 3 metales mas usados en ortopedia son acero en ortopedia son acero inoxidable, cobalto cromo inoxidable, cobalto cromo molibdeno, y aleaciones molibdeno, y aleaciones basadas en titanio.basadas en titanio.

UNION METALICAUNION METALICA La estructura interatómica de un metal consiste en un La estructura interatómica de un metal consiste en un

grupo de núcleos con carga positiva, rodeados por grupo de núcleos con carga positiva, rodeados por electrones que se mueven libremente.electrones que se mueven libremente.

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

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

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

UNION METALICAUNION METALICA

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

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

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

PROCESAMIENTO DE LOS PROCESAMIENTO DE LOS METALESMETALES

RECRISTALIZACION O RECOCIDO.RECRISTALIZACION O RECOCIDO.

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

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

TRABAJO EN FRÍOTRABAJO EN FRÍO Incluye martillado, Incluye martillado,

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

TRABAJO EN FRÍOTRABAJO EN FRÍO

Este proceso eleva los esfuerzos internos del Este proceso eleva los esfuerzos internos del material.material.

Asimismo, al manipular las partículas a Asimismo, al manipular las partículas a temperatura ambiente, este “templado” produce temperatura ambiente, este “templado” produce una mayor dureza.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 resistencia de deformación, una resistencia final y un límite de resistencia mayores. Sin embargo y un límite de resistencia mayores. Sin embargo es menos dúctil.es menos dúctil.

FUNDICIONFUNDICION Proceso por el cual el Proceso por el cual el

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

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

FORJADOFORJADO Consiste en calentar Consiste en calentar

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

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

Produce un material con partículas finas a partir Produce un material con partículas finas a partir de polvo de metal, en un entorno de temperatura de polvo de metal, en un entorno de temperatura y presión elevadas. y presión 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 aplicaciones de implantes, se emplean distintas técnicas de fabricación.técnicas de fabricación.

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

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

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

Por definición, un material que libera Por definición, un material que libera una concentracion de iones superior a una concentracion de iones superior a 10106 por mol es corrosible, mientras que por mol es corrosible, mientras que uno que libera menos es llamado inmune uno que libera menos es llamado inmune a la corrosión.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 El acero inoxidable se corroe con

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

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

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

PASIVACIONPASIVACION

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

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

CORROSIONCORROSION Las aleaciones de titanio crean una capa resistente a la Las aleaciones de titanio crean una capa resistente a la

corrosión mediante autopasivación.corrosión mediante autopasivación.

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

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

MECANISMOS DE MECANISMOS DE CORROSIÓNCORROSIÓN

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 MECANISMOS DE CORROSIONCORROSION

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

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

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

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

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

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

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

ATAQUE GALVANICOATAQUE GALVANICO Cuando el acero inoxidable se combina con Cuando el acero inoxidable se combina con

aleaciones de cobalto, se produce corrosión aleaciones de cobalto, se produce corrosión potencialmente desastrosa.potencialmente desastrosa.

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

Sistema con TiSistema con Ti6Al4V, donde la aleación de titano V, donde la aleación de titano resiste la corrosión galvanica mediante el resiste la corrosión galvanica mediante el proceso de autopasivación, creando una interfaz proceso de autopasivación, creando una interfaz de dióxido de titanio(TiOde dióxido de titanio(TiO22))

CORROSION EN LAS CORROSION EN LAS FISURASFISURAS

Ocurre cuando existen fisuras o grietas en el metal, Ocurre cuando existen fisuras o grietas en el metal, que crean un área localizada de baja tensión de que crean un área localizada de baja tensión de oxígeno y mayor extrusión de iones metálicos.oxígeno y mayor extrusión de iones metálicos.

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

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

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

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

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

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

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

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

ATAQUE ATAQUE INTERGRANULARINTERGRANULAR

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

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

CORROSION POR CORROSION POR ESFUERZOESFUERZO

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

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

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

CORROSION POR CORROSION POR CALADOCALADO

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

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

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

ACEROACERO

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

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

Al limitar la cantidad de carbono (tipo 316) se evita la precipitación del Al limitar la cantidad de carbono (tipo 316) se evita la precipitación del cromo y se compromete minimamente la capa protectora.cromo y se compromete minimamente la capa protectora.

ACERO INOXIDABLEACERO INOXIDABLE Vulnerable a procesos: Vulnerable a procesos:

Corrosión por esfuerzo y Corrosión por esfuerzo y en fisuras.en fisuras.

Dispositivos de fijación Dispositivos de fijación más o menos temporariosmás o menos temporarios

El cromo y níquel El cromo y níquel fortalecen la capa de fortalecen la capa de pasivación y el molibdeno pasivación y el molibdeno es resistente a la corrosión es resistente a la corrosión punteada.punteada.

ACERO INOXIDABLEACERO INOXIDABLE Utilizado en Utilizado en

dispositivos de dispositivos de fijación de fracturas fijación de fracturas (placas y tornillos), y (placas y tornillos), y cierta aleaciones en cierta aleaciones en componentes para componentes para reemplazos reemplazos articulares totales.articulares totales.

No deben de estar No deben de estar cerca de implantes cerca de implantes realizados en Co-Cr, realizados en Co-Cr, para evitar una para evitar una corrosión destructivacorrosión destructiva

ALEACIONES DE Co-CrALEACIONES DE Co-Cr Tipo ASTM F-75 Tipo ASTM F-75

(VITALLIUM), formado por:(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 Usada originalmente como aleación de fundición, aleación de fundición, pero por su carácter frágil pero por su carácter frágil genero defectos de genero defectos de fundición considerables.fundición considerables.

Mediante el forjado o el Mediante el forjado o el prensado isostático en prensado isostático en caliente, el menor caliente, el menor volumen de volumen de defectos/porosidades y las defectos/porosidades y las partículas de menor partículas de menor tamaño lograron un tamaño lograron un aumento del 80% en la aumento del 80% en la resistencia a la resistencia a la deformacióndeformación

ALEACIONES DE Co-CrALEACIONES DE Co-Cr Lo anterior cambio las Lo anterior cambio las

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

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

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

TITANIO Y ALEACIONES TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIODE TITANIO

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

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

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

TITANIO Y ALEACIONES TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIODE TITANIO

El Ti comercialmente puro puede ser sintetizado El Ti comercialmente puro puede ser sintetizado y aplicado como una capa porosa en y aplicado como una capa porosa en componentes articulares totales no cementados.componentes articulares totales no cementados.

La aleación a pesar de su alta relación esfuerzo-La aleación a pesar de su alta relación esfuerzo-peso se raya con facilidad.peso se raya con facilidad.

En consecuencia, el recubrimiento poroso de En consecuencia, el recubrimiento poroso de esta aleación no puede se aplicado en forma esta aleación no puede se aplicado en forma extensa, sin disminuir el esfuerzo por la fatiga en extensa, sin disminuir el esfuerzo por la fatiga en todo el implante. todo el implante.

TITANIO Y ALEACIONES TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIODE TITANIO

Observación: malas características de Observación: malas características de desgaste de la aleación cuando se articula con desgaste de la aleación cuando se articula con PEPMUA.PEPMUA.

La escasa resistencia al deslizamiento del La escasa resistencia al deslizamiento del material lleva al desgaste por adhesión, material lleva al desgaste por adhesión, puliendo la superficie del Ti y alterando la puliendo la superficie del Ti y alterando la capa de autopasivación.capa de autopasivación.

Finalmente, el desgaste por tercer cuerpo Finalmente, el desgaste por tercer cuerpo acelera el proceso.acelera el proceso.

GRACIASGRACIAS