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AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA A CORROSÃO DE FIOS ORTODÔNTICOS Ni-Ti EM
SALIVA SINTÉTICA CONTENDO GEL FLÚOR ACIDULADO
Leila Bucci1, Laisa Cândido2, José Antônio da Cunha Ponciano Gomes3
Copyright 2003, 7a Conferencia sobre Tecnologia de Equipamentos
Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação na 7a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, realizada no período de 09 a 12 de
Setembro de 2003, em Florianópolis - SC. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pela Comissão Técnica do Evento, seguindo
as informações contidas na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho Técnico, como apresentado, não foi revisado pelos
patrocinadores do 7 COTEQ. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material, conforme apresentado, não
necessariamente reflete as opiniões das Associações envolvidas, Sócios e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este
Trabalho Técnico seja publicado nos Anais da 7ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos.
Abstract
Ni-Ti wires are used on orthodontic therapies and two kinds of alloys are available,
superelastic and thermo activated. The main characteristic of the thermo activated wire is the
shape memory effect promoted by a temperature induced martensitic transformation. These
materials are previously conformed as an arch. Super elastic Ni-Ti wires exhibit very low elastic
modulus and low yield stress and consequently are used when high elastic strains at low stresses
are required. Corrosion resistance of Ni-Ti arch wires is a basic requirement as long as its
biocompatibility will be affected. In this work the corrosion resistance of Ni-Ti arch wires in
artificial saliva containing 10% vol of an acidic fluorgel was studied. It was concludes from
anodic polarization curves that both materials exhibited anodic dissolution and as a consequence,
significant corrosion rate.
Resumo
Fios de Ni-Ti podem ser utilizados em diferentes fases de um tratamento ortodôntico;
sendo caracterizados em dois tipos: termo-ativado e superelástico. A principal característica dos
fios termo-ativados é o efeito de memória de forma, resultado da transformação de fase sofrida
com a variação da temperatura. Estes fios são utilizados como arcos pré-contornados, cuja forma
estável se aproxima do formato desejado da arcada. As ligas superelásticas, por sua vez, detém
um baixo módulo de elasticidade e elevado limite elástico, o que permite impor deformações
elásticas de grande amplitude sem tensionamento excessivo. A resistência à corrosão dessas
ligas, na cavidade oral, é fator essencial, pois sua inadequação pode levar a danos funcionais,
estéticos e induzir sensibilidade nos tecidos em contato com o metal. Neste trabalho, foi avaliada
a resistência à corrosão dos dois tipos de fios Ni-Ti mencionados (obtidos, por sua vez, de dois
______________________________
1
Cirurgiã dentista - UFF; Especialista em Ortodontia - UGF; Concluindo mestrado na área de
Corrosão/Biomateriais – COPPE/UFRJ.
2
Aluna de graduação– Engenharia Química – UFRJ.
3
Doutor em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela COPPE/UFRJ. Professor adjunto
COPPE/UFRJ.
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diferentes fornecedores), em presença de saliva sintética, contendo 10% em volume de gel
acidulado, contendo flúor, indicado para uso tópico. Conclui-se, observando-se as curvas de
polarização anódica dos materiais estudados, que todos apresentaram dissolução ativa em
presença da saliva sintética contendo flúor acidulado.
Palavras-chave: Corrosão, Biomateriais, ligas níquel-titânio.
Introdução
Antes do surgimento das ligas de Ni-Ti, a ortodontia só dispunha dos arcos feitos em aço
inoxidável. O Ni-Ti apresenta como propriedade de maior interesse para uso em ortodontia uma
elevada resiliência, muito superior à resiliência do aço, sendo essa uma propriedade física de
extrema importância no caso dos fios utilizados em ortodontia. Essa elevada resiliência tornaria
possível efetuar o tratamento ortodôntico em um tempo menor. Entretanto, a resistência à
corrosão destes materiais torna-se uma preocupação importante uma vez que o material [e
utilizado em contato íntimo com os tecidos e os líquidos corpóreos, sendo, portanto, a resistência
à corrosão um dos parâmetros que determinarão a sua biocompatibilidade. Neste trabalho
procurou-se investigar uma das possíveis situações de utilização de fios de Ni-Ti que seria em
presença de saliva sintética contendo flúor gel acidulado de uso tópico, avaliando-se a
corrosividade resultante por meio de ensaios de polarização anódica.
1. Aspectos Gerais
Antes do surgimento das ligas de Ni-Ti, empregava-se mais extensamente em ortodontia
arcos feitos em aço inoxidável. Estas ligas passaram a ser utilizadas em ortodontia a partir dos
anos 70. São conhecidas por sua considerável resistência à corrosão, sendo este um dos motivos
de sua utilização como biomaterial em diversas áreas da medicina; sobretudo na odontologia,
como implantes metálicos ou em forma de arcos ortodônticos.
Segundo Humbeeck (1998), o que confere resistência à corrosão às ligas de Ni-Ti seria a
formação de um filme de passivação, constituído por TiO2, da mesma forma como ocorre com o
titânio puro. Estudos efetuados com titânio puro e com ligas de Ni-Ti demonstraram que a
camada de passivação pode ser dissolvida pelo contato com flúor gel acidulado, utilizado em
profilaxia odontológica, sendo recomendado cuidados em sua utilização quando o paciente faz
uso de implantes de titânio para reposição protética. (Conz, Soares e Ponciano-2002).
Há uma preocupação especifica em se definir a resistência a corrosão das ligas de Ni-Ti,
uma vez que as mesmas são utilizadas como biomaterial, que seria identificar os íons liberados
pelo processo corrosivo. A liberação do níquel, caso ocorra, além de sensibilizar alguns
pacientes, produzindo reação alérgica, pode afetar a integridade mecânica do fio e até mesmo
causar sua fratura, com risco de graves danos ao paciente.
Além da resistência a corrosão adequada, as ligas Ni-Ti apresentam uma resiliência muito
superior à do aço. Esta propriedade física é de extrema importância no caso da ortodontia. Ela
tornaria possível efetuar o tratamento ortodôntico em tempo menor. Fios de ni-ti exigem um
menor número de trocas dos arcos durante o tratamento, pois tendem a manterem-se ativos por
mais tempo, liberando forças leves e contínuas por um período maior, aumentando o intervalo
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entre as consultas. Em algumas situações, um único arco é suficiente para se conseguir o
alinhamento e o nivelamento dos dentes.
Reproduzir in vitro as condições, em termos de corrosividade, do meio intrabucal é uma
tarefa complexa, pois existe uma multiplicidade de fatores que podem influenciar os resultados
obtidos. No entanto, a resistência à corrosão se torna uma preocupação importante no que se
refere a qualquer material que fica em contato íntimo com os tecidos e os líquidos corpóreos,
pois é um dos parâmetros que determinará a sua biocompatibilidade (afinidade dos materiais de
fabricação artificial com os tecidos e líquidos corpóreos).
Este trabalho tem como objetivo avaliar a resistência à corrosão dos arcos pré-contornados
de Ni-Ti, utilizados em ortodontia, permitindo, posteriormente, qualificá-los quanto sua
resistência à corrosão.
2. Procedimento Experimental
Foram utilizados fios redondos de Ni-Ti (φ=0.018”) dos tipos superelástico e termo-ativado,
adquiridos comercialmente de dois fabricantes diferentes indicados neste trabalho como M e U.
Os materiais são identificados segundo a seguinte nomenclatura
MSE fabricante M superelástico
USE-fabricante U superelástico
MTA-fabricante M termo-ativado
UTA- fabricante U termo-ativado
Os arcos foram fornecidos já pré-contornados, sendo ensaiados na condição superficial em
que foram recebidos. As características microestruturas dos materiais estudados estão
apresentadas nas figuras 1 a 4, tendo sido obtidas em um microscópio ótico, com aumento de
500X. Constata-se uma microestrutura caracterizada por fases alongadas com morfologia
acicular. Esse caráter acicular é mais evidente no caso do fio MTA. O fio USE apresentou a
presença de fases mais escuras sugerindo a presença de precipitados.
Figura 1 -. Estrutura metalográfica observada no fio níquel-titânio MSE. Aumento 500X
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Figura 2 - Estrutura metalográfica do fio níquel-titânio USE. Aumento 500X
Figura 3 - Estrutura metalográfica do fio níquel-titânio MTA. Aumento 500X.
Figura 4 - Estrutura metalográfica do fio níquel-titânio UTA. Aumento 1500X
A área do corpo de prova em imersão foi de, aproximadamente, 0.71 cm2. preparado de
acordo com o gabarito indicado na figura 5.
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Figura 5 - Gabarito utilizado para reproduzir a área de contato com a solução dos corpos-de-prova
em formato de arcos pré-contornados.
Os ensaios de polarização anódica foram realizados utilizando-se um potenciostato digital
Gamry Instruments controlado pelo programa Framework 4.02. À célula, acoplou-se um
multímetro ET-2070 MINIPA para se verificar o potencial de corrosão, sendo utilizado após um
tempo de imersão suficiente para a estabilização do potencial antes de se iniciar a polarização. A
velocidade de varredura empregada foi 75 mV/min; com eletrodo de referência de calomelano
saturado; contra-eletrodo de platina, sendo a solução de saliva sintética contendo gel de flúor
acidulado (mantida à temperatura de, aproximadamente, 37ºC). A composição da saliva foi:
NaH2PO4H2O 780mg/l, NaCl 500mg/l, KCl 500mg/l, CaCl2H2O 795mg/l, Na2S.9H2O 5mg/l,
(NH4) SO4 300mg/l, Ácido Cítrico 5mg/l, NaHCO3 100mg/l e Uréia 1g/l.
O gel de flúor acidulado utilizado é de uso tópico (Odachan), em concentração nominal de
12300 ppm. O valor considerado para o estudo foi de 1230 ppm. Quanto ao pH, a saliva
apresentou pH = 5.69, e, após a adição do gel acidulado o pH caiu a 3.3.
3. Resultados e discussão
Os ensaios de polarização anódica, mostrados na figura 6, indicaram a ocorrência de
dissolução ativa para todos os materiais. Em trabalhos anteriores, a passivação estável do Ni-Ti
em saliva sintética não acidificada foi verificada por diversos autores (Rondelli, 1979 e Bucci,
2003), com uma virtual imunidade a corrosão localizada em ausência de fluoreto exibida por alguns
materiais. Contudo, conclui-se, pelos resultados aqui analisados, que a acidificação do meio contendo
fluoreto suprime a capacidade de proteção por passivação antes existente em saliva de pH próximo ao
neutro.
Um efeito mais agressivo em presença de íons fluoreto e uma acidificação simultânea haviam
sido constatados por Conz, no caso de uma liga Ti-Al-V utilizada em implantes. O meio de
ensaio utilizado foi também saliva sintética com adição de fluorgel acidulado. A agressividade
do fluoreto em meios ácidos em relação ao titânio e suas ligas e bem conhecida, sendo relatada
por diversos autores. (Nakagawa, 1999). No caso presente, e de se ressaltar a similaridade de
resposta em termos de resistência à corrosão entre os fios de Ni-Ti aqui estudados e o titânio e
suas ligas. As curvas de polarização anódica obtidas para os dois fios, U e M, são similares as
curvas obtidas por Conz, com valores de densidade de corrente anódica bastante próximos. A
diferença mais significativa se verifica em potenciais anódicos mais elevados, quando se
observou uma pseudo-passivação do Ni-Ti que não foi observada no caso da liga Ti-Al-V. Deve5
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se ressaltar ainda que a pseudo-passivação verificada não é suficiente para garantir uma
resistência adequada a corrosão nesse caso, pois ocorre em potenciais relativamente elevados e
em densidades de corrente elevadas.
Polarização Anódica
gel acidulado
75 mV/min
0
-100
-200
E (mV)
MSE 1
MSE 2
-300
USE 1
USE 2
-400
MTA 1
MTA 2
-500
UTA 1
UTA 2
-600
1,00E+00
1,00E+01
1,00E+02
1,00E+03
1,00E+04
1,00E+05
2
J (microA/ cm )
Figura 6 – Curva de polarização anódica de fios de Ni-Ti em presença de saliva sintética contendo
fluorgel acidulado.
Considera-se que o filme de passivação do titânio puro e atacado em presença de fluoreto.
Contudo, no caso das ligas Ni-Ti, que contem cerca de 50% de Ni em sua composição, não se
pode afastar a hipótese de formação de um filme passivo contendo óxidos de níquel. Os
resultados aqui relatados, contudo, reforçariam a hipótese de ser filme passivante formado
preferencialmente por TiO2 também no caso das ligas Ni-Ti, em virtude de sua susceptibilidade
ao fluoreto em meio acido ser similar a do titânio. Entretanto, a solubilidade dos diferentes
óxidos de níquel em meio ácido poderia ser apontada também como uma das causas da supressão
do estado passivo verificado para o Ni-Ti. Uma melhor definição ira requerer a realização de
novos experimentos, isolando-se o efeito da acidificação do efeito dos íons fluoreto em novos
ensaios.
Um ponto a se destacar se refere finalmente à aplicação clinica dos fios de Ni-Ti dos quatro
tipos testados. Pode-se afirmar que a prescrição do uso tópico de fluorgel acidulado em pacientes
portando aparelhos ortodônticos com fios de Ni-Ti deva ser feita com cautela uma vez que o
meio bucal se torna extremamente agressivo ao material, havendo dissolução intensa pelo
período e que o meio se mantém acido. Embora sendo a aplicação tópica de rápida duração,
recomenda-se atenção especial à possibilidade de se induzir danos significativos ao aparelho,
que podem prejudicar a sua função. Adicionalmente, a corrosão verificada poderia atuar
induzindo ainda a liberação, em intensidade significativa, de íons níquel, em proporção pelo
menos próxima a seu conteúdo na liga, ou seja, de 50%. Esse último efeito poderia desencadear
reações alérgicas em pacientes que apresentem uma sensibilidade especifica a esse elemento.
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4. Conclusões
A partir dos resultados obtidos através dos ensaios realizados, pode-se concluir que os meios
contendo acidificados contendo fluoreto são agressivos em relação à liga Ni-Ti, a exemplo do
que se verificou no caso do Ti puro e sua ligas. Conseqüentemente, recomenda-se atenção
especial durante procedimentos que incluam a utilização tópica de géis acidulados contendo
fluoreto.
Referências Bibliográficas
BUCCI, L., 2003, Avaliação da Resistência à Corrosão de Fios Ortodônticos em Liga de Ni-Ti termoativado e Superlástico em presença de íons fluoreto. Tese de M.Sc., COPPE/UFRJ,Rio de Janeiro, Brasil.
CONZ , M. B.; SOARES, G. A ; PONCIANO, J. A. C.; Efeito da aplicação de fluoretos sobre a
superfície de uma liga de Ti-Al.V . Rev Bras de Implant. Pg 10 –13 ,Jan-Mar 2002.
HUMBEECK, J. V. ; STALMANS, R. ; BESSELINK- on Metals as Biomaterials Editado por Helsen,
J.A e Breme H.J. chapter 3 Shape memory alloys. 1998.
RONDELLI, G.& VINCENTINI, B. Localized corrosion behavior in simulated human body fluids of
commercial Ni-Ti Orthodontic wires. 20 p. 785 -792. 1999
NAKAGAWA,M. ;MATSUYA, T. ; SHIRAISHI, T. & OHTA, M.- Effect of Fluoride Concentration
and pH on Corrosion Behavior of Titanium for Dental Use. Dent. Res. 78 n. 9 1999.
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