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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Influência do método de deposição do DLC nas propriedades mecânicas e probabilidade de sobrevivência de parafusos de pilares : The influence of DLC-coating deposition method on the mechanical properties and reliability of abutment's screws
Title Alternative: The influence of DLC-coating deposition method on the mechanical properties and reliability of abutment's screws
Author: Bordin, Dimorvan, 1989-
Advisor: Del Bel Cury, Altair Antoninha, 1948-
Abstract: Resumo: As complicações protéticas em reabilitações unitárias implantossuportadas envolvem o comprometimento da integridade do sistema de parafuso-pilar onde o afrouxamento e/ou fratura do parafuso do pilar é a falha protética mais frequente. Dessa forma, a utilização de tratamentos de superfície que melhorem o desempenho mecânico dos parafusos pode contribuir para o aumento do sucesso das reabilitações em longo prazo. O objetivo desse estudo foi avaliar a influência do método de deposição do DLC (Diamond-like carbon) em parafusos de pilares quanto ao desempenho mecânico de restaurações unitárias implantossuportadas. Para isso, setenta e cinco parafusos de geometria idêntica foram randomizados em três grupos de acordo com o método de aplicação do DLC: CTRL: controle (sem nenhum tratamento); RFPA (DLC aplicado pelo método de radio frequence plasma-activated) (grupo experimental); UMS- DLC aplicado pelo método de unbalanced magnetrom sputtering (grupo experimental). Inicialmente foi realizada a mensuração das propriedades mecânicas das superfícies tratadas ou não, avaliando a nanodureza e o módulo de elasticidade (ME) de doze parafusos (n=4/grupo). As diferenças entre os grupos foram avaliadas por meio do modelo linear misto. Os dados obtidos no teste de nanodureza foram utilizados como parâmetros para alimentar uma análise de elementos finitos (in silico) e avaliar a tensão gerada diretamente sobre o DLC e na interface com o titânio. Para isso, foi modelado um bloco (5 x 5 x 10mm) considerado como substrato de titânio. Sobre ele, foi modelada uma camada representativa de tratamento de superfície de 4µm de espessura e uma contraparte representando uma secção de rosca para aplicação de carga. Foram obtidos três modelos virtuais totais, simulando a presença dos tratamentos de superfície: Ctrl, UMS e RFPA (n=1/grupo). Sobre a contraparte foi aplicada uma carga de 30 N para simular um torque de apertamento de parafusos. As variáveis respostas foram a tensão de cisalhamento (MPa) e deformação (µm) em duas superfícies: em contato com a contraparte e na interface com o substrato. Para o teste de fadiga progressiva acelerada (in vitro), os vinte e um parafusos remanescentes de cada grupo foram conectados à pilares personalizados e esses conectados à implantes de conexão hexagonal externa (4,0 x 10mm). Todos os parafusos receberam o mesmo torque de apertamento (30 Ncm) de acordo com as recomendações do fabricante e verificado por meio de torquímetro digital. Três espécimes de cada grupo foram submetidos ao teste uniaxial de compressão até a falha. Os valores médios de falha foram utilizados para a obtenção de três perfis de carga necessários para o teste de fadiga progressiva acelerada. Os perfis nomeados de leve (n=9/grupo), moderado (n=6/grupo) e agressivo (n=3/grupo) se referiram ao aumento progressivo da carga. A curva de probabilidade de Weibull (resistência característica vs. módulo de Weibull) e a probabilidade de sobrevivência foram calculadas considerando a simulação das missões de 50.000 e 100.000 ciclos e cargas de 100, 150 e 200 N. As amostras fraturadas, mais representativas, de cada grupo foram avaliadas em microscopia eletrônica de varredura (MEV) para caracterização fractográfica. De acordo com os resultados obtidos no teste de nanoindentação, ambos grupos recobertos com DLC demonstraram nanodureza superiores ao controle (p<,01). O grupo UMS demonstrou módulo de elasticidade superior ao RFPA e Ctrl, (p=,00). Não houve diferença estatística entre o módulo de elasticidade entre RFPA e Ctrl (p>,05). A análise in silico demonstrou que quanto maior o módulo de elasticidade do DLC, maior a tensão de cisalhamento, especialmente na região de interface entre DLC e substrato de titânio. Em relação ao teste mecânico de fadiga, os grupos CTRL e RFPA demonstraram valores de Beta (ß) <1 (ß=0,68 e 0,62, respectivamente), indicando que a fadiga foi atribuída às falhas intrínsecas do material e relacionada a falhas precoces. Entretanto o grupo UMS apresentou ß=1,14, o que associa a falha ao processo de fadiga, (dano acumulado), que tendem a ocorrer de forma tardia. Todos os grupos demonstraram elevada probabilidade de sobrevivência em 100N (99%). No entanto, foi observada uma diminuição significativa na probabilidade de sobrevivência em todos os grupos quando a missão de 200N foi avaliada tanto para 50.000 ciclos (Ctrl: 51,46%, UMS: 66,53%; RFPA: 54,75%) quanto para 100.000 ciclos (Ctrl: 41,14%, UMS: 40,66%; RFPA: 39.56%). Não foi observada diferença significativa entre os grupos experimentais e controle independente do número de ciclos e carga simulada (missões). A fratura do parafuso foi o principal modo de falha para todos os grupos. Com base nos resultados conclui-se que ambos tratamentos de superfície com DLC aumentaram a dureza de superfície, porém esta não influenciou a probabilidade de sobrevivência dos parafusos

Abstract: The prosthetic complications usually involve the abutment-screw integrity, where the abutment¿s screw is the most affected component. Thus, the study of surface treatments in order to improve the material¿s mechanical behavior might contribute to increase the long-term success follow-up. The aim of this study was to assess the influence DLC (Diamond-like Carbon) deposition method at the abutment¿s screw on the mechanical behavior of single implant-supported restorations. For this, seventy-five abutment¿s screws were allocated into three groups according to the DLC surface treatment method of deposition (25/group): CTRL: control (no treatment); RFPA (Radio Frequency Plasma-activated) (experimental group); UMS (Unbalanced Magnetron Sputtering) (experimental group); First, twelve screws (n=4/group) were characterized by nanoindentation testing, where the nanohardness and Young¿s modulus were measured by nanoindentation testing at the coated and not-coated groups. Data were statistically evaluated through linear mixed models. The Young¿s modulus previously measured were used to conduct a finite element analysis (in silico). Then, a square block (5 x 5 x 10mm) was constructed to simulate a titanium substrate; Onto the block, a 4 µm-thick surface coating and a counterpart were modeled. Three groups were obtained according to the DLC Young¿s modulus properties: CTRL (control - no DLC coating), UMS and RFPA. A 30 N-load was applied into the counterpart based on a screw thread cross-section to simulate the screw tightening. The shear stress (MPa) and deformation (µm) were measured considering two locations: loading face and interface between substrate and coating. For the step-stress accelerate life-testing (in vitro), twenty-one screws were connected into customized abutments and then into external hexagon implants (4.0 x 10mm). All screws were tightening with the same tightening force (30N) using a digital wrench and following the manufacture¿s instruction. Three samples of each group were undergone to the uniaxial compression testing until failure. The mean load-to-fracture were used to design the step profiles as followed: mild (n=9/group), moderate (n=6/group) and aggressive (n=3/group) according to the speed rapidness increase. The use of level probability Weibull curves and reliability for a given mission of 50,000 and 100,000 cycles at 100 N, 150 and 200N were calculated. The most representative fractured samples were observed under scanning electron microscopy (SEM) to fractography characterization. According to the nanoindentation results, both DLC groups showed higher nanohardness than control (p<.01). The UMS showed higher elastic modulus than Ctrl and RFPA (p=.00). There was no difference between the elastic modulus of CTRL and RFPA (p>.05). The in silico analysis showed that, the higher the Young¿s modulus the greater the shear stress at interface between substrate and coating. Regarding the fatigue testing, the CTRL and RFPA showed ß<1, (ß =0.68 and ß=0.62, respectively), indicating that failures were attributed to materials strength (egregious flaws) associated to early failures. Nevertheless, the UMS showed ß =1.14 indicating that fatigue contributed to accelerate failure (damage accumulation) and tends to behave as late failures. All groups showed high reliability at 100 N-mission (99%). However, a decreased reliability was observed at 200 N for all groups at 50,000 cycles (Ctrl: 51.46%; UMS: 66.53%; RFPA: 54.75%) and 100,000 cycles (Ctrl: 41.14%; UMS: 40.66%; RFPA: 39.56%). There was no difference between experimental and control group regardless the number of cycles and loads simulated (missions). The screw fracture was the chief failure mode for all groups. According to the results, it can be concluded that both DLC-coatings increase the hardness but did not influence the probability of survival of abutment¿s screws
Subject: Análise de elementos finitos
Desenho de prótese
Implantes dentários
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: BORDIN, Dimorvan. Influência do método de deposição do DLC nas propriedades mecânicas e probabilidade de sobrevivência de parafusos de pilares: The influence of DLC-coating deposition method on the mechanical properties and reliability of abutment's screws. 2017. 1 recurso online (44 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba, Piracicaba, SP.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FOP - Tese e Dissertação

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