Orthomicrotribometer

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Este trabalho consistiu na concepção e fabricação de um ortomicrotribômetro, módulo integrante de um microtribômetro que, juntamente com a metodologia desenvolvida, possibilita caracterizar a tribologia do aparelho ortodôntico fixo. O ortomicrotribômetro constitui-se de um pórtico, sistemas posicionadores, sistema de aplicação, controle e monitoração de esforços, sistema de movimentação recíproco e sistema de monitoração de posição. Permite ensaios parametrizados de forma a representar o que acontece na boca, com movimentos também representativos, ou seja, em baixas velocidades e grandes amplitudes, usando como amostra itens ortodônticos, bráquete e fio, e imersos em saliva. Para validar o equipamento e a metodologia proposta foram realizados ensaios variando a força normal (0,5; 1,0 e 1,5 N), frequência (0,1; 0,5 e 1,0 Hz) e o ambiente (seco e imerso em saliva artificial). Os valores de coeficientes de atrito e taxas de desgaste foram quantificados afim de estudar o movimento, as reações e as interações entre o bráquete e o fio. Através de recurso computacional, denominado triboscopia, que possibilita rápida identificação visual de variações do coeficiente de atrito no decorrer do ensaio, juntamente com análises no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Microscópio Ótico (MO), foi possível caracterizar os efeitos das variações impostas no tribosistema. As análises indicam que tanto o aumento da força normal como da frequência induzem a redução do coeficiente de atrito. A taxa de desgaste diminuiu com o aumento da força normal e aumentou com o aumento da frequência. O mecanismo que rege o comportamento do tribo-sistema é a formação de tribo-camadas, e nos ensaios imersos em saliva artificial é a lubrificação que esta exerce no contato entre as duas superfícies que determina o comportamento. A estratégia experimental, concepção e construção do ortomicrotribômetro, parametrização biológica e mecânica representativas, bem como sua validação através do desenvolvimento de metodologia permitindo a caracterização tribológica de aparelhos ortodônticos, evidencia que o ortomicrotribômetro desenvolvido é um equipamento versátil e que permite o estudo em diferentes configurações de dispositivos ortodônticos em ambiente representativo da cavidade bucal bem como constitui-se de ferramenta poderosa no desenvolvimento de novos materiais para fios e bráquetes. This work consisted of the conception and development of an orthomicrotribometer, integral module of a microtribometer that, together with the developed methodology, makes it possible to characterize the tribology of orthodontic appliance. The orthomicrotribometer consists of a portico, positioning systems, application, control and monitoring of efforts systems, reciprocating movement system and position monitoring system. It allows parameterized tests in order to represent what happens in the mouth, with also representative movements, that is, at low speeds and large amplitudes, using orthodontic components as sample, bracket and wire, immersed in artificial saliva. To validate the equipment and the proposed methodology, tests were conducted varying the normal force (0.5; 1.0 and 1.5 N), frequency (0.1; 0.5 and 1.0 Hz) and the environment (dry and immersed in artificial saliva). The coefficient of friction and the wear rate data were quantified in order to study the motion, the reactions and interactions between bracket and wire. Through a computational resource, named triboscopy, which enables quick visual identification of changes in coefficient of friction that occur either during the test or in a specific position in the sample, along with Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Optical Microscopy (OM) analyses, it was possible to characterize the effects of variations imposed on the tribo-system. The analyses indicate that both the increase of the normal force and the frequency induced the reduction of the friction coefficient. The wear rate decreased with increasing the normal force and increased with increasing frequency. The mechanism that governs the behavior of the tribe-system is the formation of tribe-layers, and in the tests with artificial saliva is the lubrication that it exerts on the contact between the two surfaces that determines the behavior. The experimental strategy, conception and development of the orthomicrotribometer, biological and mechanical representative parameterization, as well as its validation through the methodology development allowing the tribological characterization of orthodontic appliance, evidence that the developed orthomicrotribometer is a versatile equipment that allows different configurations of orthodontic components in an representative environment of the oral cavity as well as being a powerful tool in the development of new materials for wires and brackets. Dissertação (Mestrado)