ABSTRACT Hundreds of people worldwide die or are severely maimed in collisions during traffic accidents, due to the energy transmitted to the passengers on impact. A dissipation of said energy is necessary to minimize it's effects, which can be achieved through absorbers. In recent years, metallic foams have started to be considered as energy absorbers. Metallic foams are relatively unknown structural materials, but with huge potential for applications where low weight but high rigidity are of primary interest. The use of ultralight magnesium (Mg) or magnesium alloy foams has two main advantages: less weight (more vehicle efficiency and less pollution) and impact energy absorption (less harm to passengers on board the vehicle). The machining of gearboxes made out of AZ91D magnesium alloy, generates large amounts of oilcontaminated metallic shavings. In this work, powder metallurgy is used as a recycling method of the AZ91 alloy. There were studied the conditions needed for obtaining metallic foam from recycled shavings of AZ91 and spacer (ammonium bicarbonate). The final product was characterized physically by determination of the foam's density. Also, compression tests were done to obtain values of absorbed energy, and specific absorbed energy, which characterize a metallic foam. Different metallography methods were used to characterize the structure of the sintered material. Different porosities were tested (50 and 70%). The foam's absorbed energy by unit mass [J/g] of the 50 % of porosity foam was over double compared to that of the magnesium sintered without spacer.

RESUMEN Cientos de personas en el mundo mueren o quedan seriamente dañadas a causa de colisiones en accidentes de tránsito, debido a la energía que se transmite a los ocupantes del auto por el impacto. Para minimizar esta energía, es necesario disiparla mediante absorbedores. En años recientes, se empezaron a considerar las espumas metálicas como absorbedores de energía. Las espumas metálicas son materiales estructurales relativamente desconocidos, pero con un enorme potencial para aplicaciones donde el bajo peso combinado con alta rigidez son de principal interés. El uso de espumas ultra-livianas de magnesio (Mg) o sus aleaciones, permitirían cumplir con dos requisitos: disminución de peso (mayor eficiencia y menor polución) y absorción de energía de impacto (menores daños a los pasajeros del vehículo). El mecanizado de cajas de cambio de aleación de magnesio AZ91D en la indústria autopartista, genera una gran cantidad de viruta contaminada con aceites. En este trabajo se usa la metalurgia de polvos como método para la recuperación de la viruta de aleación AZ91D. Se estudiaron las condiciones pulvimetalúrgicas para la obtención de una espuma a partir de viruta y separador (bicarbonato de amonio). El material obtenido se caracterizó físicamente determinando la densidad de la espuma y mecánicamente mediante ensayos de compresión, obteniendo valores de energía absorbida y energía absorbida específica, que son los datos que caracterizan una espuma. Finalmente, se lo caracterizó metalográficamente utilizando microscopía óptica y electrónica confocal. Se probaron distintos porcentajes de porosidad (50 y 70%). La energía absorbida por unidad de masa (J/g) de la espuma con 50 % de porosidad resultó ser mayor al doble de la absorbida por el magnesio sinterizado sin separador

ABSTRACT It has proposed the use of porous titanium to reduce the problem of mechanical incompatibility, which occurs between such material used in implants and bone. The pores introduction in titanium decreases its elastic modulus by bringing it closer to that of both cortical and trabecular bones. This paper describes titanium fabrication by powder metallurgy with longitudinal porosity gradient, using as space holder material, ammonium hydrogen carbonate, in different proportions, mixed with titanium hydride powder. After layered uniaxial compaction and subsequent sintering at 1150 °C, cylinders with gradual longitudinal porosity 2 % - 30 %, 2 % - 60 %, 30 % - 60 % and 2 % - 30 % - 60 % were obtained. Microstructure, size, shape and pore distribution, elasticity modulus and yield stress were analyzed in the samples. The results indicate that by the method studied, it is possible to obtain sinterized samples with porosity gradient, structural continuity between the different porous layers, with a range of pore size between 200 and 250 µm. The elasticity modulus in samples was similar to those reported in the literature for cortical bones and is compatible with the bone tissue anisotropic structure.

RESUMEN Se ha propuesto el uso de titanio poroso para reducir el problema de incompatibilidad mecánica que ocurre entre el implante y el hueso. La introducción de poros en el titanio disminuye su módulo elástico acercándolo al que poseen tanto los huesos corticales como trabeculares. En este trabajo se investigó la fabricación por pulvimetalurgia de titanio con gradiente de porosidad longitudinal, usando carbonato ácido de amonio como material espaciador, mezclado en distintas proporciones con hidruro de titanio en polvo. Luego de la compactación uniaxial por capas y posterior sinterización a 1150 ºC, se obtuvieron muestras cilíndricas con porosidad longitudinal gradual de proporciones 2 % - 30 %, 2 % - 60 %, 30 % - 60 % y 2 % - 30 % - 60 %. Se analizó la microestructura; tamaño, forma y distribución de poros, así como el módulo de elasticidad y límite de fluencia. Los resultados indican que, mediante el método estudiado, es posible obtener muestras sinterizadas con porosidad gradual, con continuidad estructural entre las distintas capas porosas, con un rango de tamaño de poro entre 200 y 250 µm. Los valores de módulo de elasticidad obtenidos fueron similares a los informados en la bibliografía para los huesos corticales y son compatibles con la estructura anisotrópica del tejido óseo.

ABSTRACT Within the study of biomaterials for implantological use titanium is among the most widely employed metals due to its excellent corrosion and mechanical resistance. In spite of the advances made, there are some issues remaining with the value of the elastic moduli of the titanium (110GPa) in comparison with the elastic moduli of the cortical bone (20-30 GPa) and the trabecular bone (1-5GPa). This difference is one of the main reasons a bone prosthesis fails once implanted, producing what is known as Stress shielding. One of the techniques employed to diminish the elastic moduli of titanium consists in incorporating pores to the material. This is done through powder metallurgy techniques, allowing the fabrications of porous composites, sintering a mix of powders of metallic hydrides and spacers that are eliminated during the heat treatment. Taking into account the structural characteristics of the bone, it makes sense to think on the possibility of fabricating a prosthesis with pore gradients. Another problem encountered when employing titanium, is its inability to promote the osteointegration. There are different techniques to tackle this problem, and one of them is to incorporate hydroxyapatite which has the problem that it decomposes in the presence of titanium when sintered at high temperatures. The current study shows the results obtained during the fabrication of samples of titanium with pore gradients. We studied different fabrication techniques, analyzing each stage during the powder metallurgy. process. The obtained material was characterized mechanically through compression tests, determining the elastic moduli of the composite, which was found to be between 16.4 and 20 GPa. Also, different physical characterization methods where employed to analyse the pore content which was found to be 18%. The obtained data was employed for the estimation of elastic moduli of the compound, and compared to the empirical results obtained with the mechanical tests.

RESUMEN En el estudio de biomateriales de uso implantológico para la fabricación de distintos tipos de prótesis, el titanio es un metal que ha sido utilizado exitosamente debido a su buena resistencia a la corrosión y a su buena resistencia mecánica. A pesar de los avances realizados, en la actualidad aún subsisten algunos problemas con este material en aplicaciones de reemplazo óseo debido al alto valor de módulo elástico de este metal (110 GPa) en relación al del hueso cortical (20-30 GPa) y al hueso trabecular (1-5 GPa). Esta diferencia en los módulos elásticos del titanio y le hueso es una de las principales causas de falla del proceso de implantación de prótesis óseas. El fallo se debe al fenómeno de apantallamiento de tensiones (stress shielding) que genera una disminución en la densidad ósea (osteopenia) debilitando el hueso que eventualmente termina por romperse. Una de las técnicas utilizadas para disminuir el módulo elástico del titanio consiste en la fabricación de un compuesto poroso mediante técnicas pulvimetalúrgicas, sinterizando una mezcla de polvos de titanio y agentes espaciadores que se eliminan durante el tratamiento térmico. Por las características estructurales de los huesos, es lógico pensar en la posibilidad de fabricar prótesis con gradiente de porosidad, replicando de alguna manera, la estructura del mismo. Otra de las problemáticas que se presentan en el uso de titanio para implantes es la incapacidad del mismo en promover los procesos biológicos de osteointegración. Existen distintas propuestas para disminuir este problema. Una es la incorporación de hidroxiapatita (HA) con el fin de promover los fenómenos de osteointegración. Sin embargo, la hidroxiapatita(HA) se descompone en presencia de titanio a las temperaturas normales de sinterización de este metal, degradando el compuesto en poco tiempo. En este trabajo se exponen los resultados obtenidos en la fabricación de muestras de titanio con gradiente de porosidad radial a partir del sinterizado de una mezcla de hidruro de titanio y bicarbonato de amonio. Para la obtención de las muestras se estudiaron distintas técnicas de fabricación analizando las distintas etapas en la técnica pulvimetalurgica (mezcla de polvos, distintos métodos de prensado para la fabricación de modelos en verdes y tratamientos térmicos de sinterizado). El material obtenido fue caracterizado mecánicamente mediante ensayo de compresión para determinar su módulo de elasticidad. En las muestras ensayadas con gradiente de porosidad radial se obtuvieron valores de módulo elástico de 16,4 a 20 GPa. Así mismo se realizó la caracterización física de la porosidad con distintos métodos (análisis metalográfico y métodos gravimétricos). Los resultados indican que las muestras con porosidad radial tienen una porosidad promedio del 18%. Los datos obtenidos se utilizaron para estimar el módulo de elasticidad del compuesto y comparar estos resultados con datos empíricos obtenidos mediante ensayos de compresión.