Diseño de nuevas aleaciones de magnesio con elementos lantánidos con objeto de mejorar su resistencia a la corrosion/ Design of new magnesium alloys with lanthanide elements in order to improve their corrosion resistance
Las aleaciones de Mg presentan una excelente resistencia específica, siendo candidatas ideales para aplicaciones en la industria automovilística, donde existe una necesidad siempre creciente de disminuir el consumo de combustibles fósiles y contaminación medio ambiental. Sin embargo, el Mg es un elemento muy activo y por tanto susceptible de sufrir fenómenos de corrosión, en especial en contacto con materiales como el acero y el aluminio, lo que limita su uso en la industria del automóvil. La línea de investigación tiene como objetivo principal evaluar el efecto que la adición de elementos como el Nd y el Gd tienen sobre la microestructura y comportamiento a la corrosión de aleaciones de magnesio comerciales. Los resultados obtenidos hasta el momento indican que la adición de cantidades de Nd y Gd inferiores al 1% en peso, son capaces de reducir hasta en un orden de magnitud la velocidad de corrosión de las aleaciones AM50 y AZ91D en medios húmedos/salinos.
Anodizado y oxidación electrolítica con plasma de aleaciones de magnesio, aluminio y titanio/Anodizing and plasma electrolytic oxidation of magnesium, aluminium and titanium alloys
La Oxidación Electrolítica con Plasma (OEP) u Oxidación con Microarco (OMA), también conocida como PEO o MAO por sus siglas en inglés, ha despertado el interés de la comunidad científica en los últimos 15 años. A pesar de sus similitudes con el anodizado convencional, difiere significativamente en la señal eléctrica y electrolitos empleados. De este modo, en la técnica OEP se utilizan voltajes superiores al de la ruptura dieléctrica del recubrimiento (100-600V) y electrolitos alcalinos que son más respetuosos con el medio ambiente. La característica fundamental del proceso OEP es la aparición de pequeñas microdescargas eléctricas sobre la superficie, cuando se superan los 150 V aproximadamente, que favorecen el rápido crecimiento del recubrimiento (1-4 mm/min) y la formación de fases cerámicas que contienen elementos del substrato y del electrolito. Algunas de las ventajas de esta nueva técnica, en comparación con el anodizado convencional, son la falta de preparación exhaustiva de la superficie y la mayor resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste y dureza superficial obtenidas. Así por ejemplo, se obtienen durezas del orden de 1000-2000 HV sobre aleaciones de aluminio y superiores a 400 HV en aleaciones de Mg y Ti. Adicionalmente, la porosidad externa que presentan las capas OEP es una base propicia para la aplicación de lacas o pinturas protectoras, lo que supone una mejora en la oferta industrial debido a la posibilidad de obtención de distintos acabados.
Actualmente en España, el grupo de investigación es el único que investiga de forma ininterrumpida el proceso OEP y su potencial aplicación sobre una gran variedad de aleaciones. La investigación que se viene realizando hasta el momento presenta tres focos principales: mejora de la resistencia a la corrosión de aleaciones de Mg, aumento de la eficiencia energética del proceso sobre aleaciones de Al mediante el empleo de anodizado convencional previo y desarrollo de recubrimientos biocompatibles sobre aleaciones de Ti y Mg.
Caracterización y corrosión de aleaciones ligeras y materiales compuestos para el transporte obtenidos por vía semisólida/Characterization and corrosion behaviour of light alloys and composite materials prepared vis semisolid route for transport applications.
Tras los primeros hallazgos sobre el procesado de metales en estado semi-sólido (SSM) por parte del Massachusetts Institute of Technology en 1971, la tecnología SSM ha ido desarrollándose hasta convertirse en un proceso de fabricación que combina elementos de varias técnicas clásicas de conformado y que es capaz de producir piezas y componentes de las industrias del transporte, electrónica o de maquinaria. Entre las principales ventajas de los métodos SSM destacan la disminución de incorporación de gas a la pieza, la posibilidad de utilización de moldes con secciones de hasta 1 mm (muy habituales en componentes complejos de la industria del automóvil), la menor fatiga térmica del molde y menor porosidad de contracción, así como la obtención de microestructuras globulares más homogéneas, con mejores propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión que las correspondientes aleaciones dendríticas obtenidas por moldeo convencional. En general se distinguen dos categorías en la tecnología SSM. Por una parte se encuentra el thixocasting, en el que se obtiene primero el material semi-sólido por fusión parcial de una materia prima específica, formada por finas partículas equiaxiales de fase primaria, y posteriormente se utilizan operaciones convencionales de moldeo. A escala industrial, el proceso thixocasting es el más utilizado dentro de la vía semi-sólida, aunque el interés por esta técnica está disminuyendo como consecuencia de varios factores, como son el elevado coste de la materia prima, la imposibilidad de reciclar el material sobrante por parte del cliente y la dificultad para controlar los gradientes de temperatura y, por tanto, el volumen de fracción sólida. De este modo, se requieren tiempos prolongados para poder ajustar el rango de temperaturas a un margen lo suficientemente estrecho como para obtener una cantidad de fracción sólida uniforme. La otra vía de los procesos SSM es el rheocasting, en el que el material semi-sólido se obtiene directamente a partir del estado líquido mediante control del proceso de solidificación. Actualmente, los nuevos procesos SSM se centran en el desarrollo del método rheocasting, en lugar del thixocasting, debido a su menor coste y a la posibilidad de conseguir una vía continua de fabricación en estado semi-sólido. Desde un punto de vista económico, si se considera, por una parte, la menor duración de los ciclos de fabricación, el mayor tiempo de vida de los moldes, los menores requerimientos de mecanizado y la aplicación de tratamientos térmicos menos costosos, y por otra parte, la posibilidad de obtención piezas complejas de aleaciones y materiales compuestos de Al o Mg con microestructuras libres de defectos típicos de los procesos de moldeo, es de esperar que los procesos por vía semi-sólida se conviertan en rutas convencionales de fabricación en la industria del transporte.
La línea de investigación tiene como principal objetivo la fabricación y caracterización de aleaciones de aluminio (A356) y magnesio (AZ91D) así como de materiales compuestos (A356/SiC) y (AZ91D/SiC) mediante un proceso rheocasting. En dicha investigación participan el grupo de investigación, la Universidad Rey Juan Carlos y la Fundación Cidaut.
Diseño de tratamientos bioactivos en aleaciones de Ti y Mg para implantes en biomedicina/Design of bioactive treatments for Ti and Mg alloys for biomedical implants.
La técnica de Oxidación Electrolítica por Plasma (OEP) para la obtención de recubrimientos biocompatibles sobre la superficie de implantes dentales u ortopédicos presenta una serie de ventajas tales como mayor durabilidad, resistencia al desgaste y excelente adherencia con el tejido óseo, debido a la morfología porosa del recubrimiento. Se estudia la incorporación superficial de cantidades controladas de fósforo y calcio con la proporción correspondiente a la de la hidroxiapatita del hueso, y de pequeñas cantidades de otros elementos bioactivos, tales como silicio, magnesio y flúor, que permiten conseguir tanto propiedades antibacterianas como acelerar la osteoinducción, i.e. la formación de hueso nuevo. La biocompatibilidad de aleaciones biomédicas está determinada entre otros factores por la capacidad de no liberación de iones al fluido fisiológico. Se estudia el comportamiento frente a la corrosión de materiales bioactivos desarrollados en el ambiente simulado de cuerpo humano (fluidos corporales simulados, saliva artificial) en función de los factores que pueden afectar drásticamente a la resistencia a la corrosión del implante tales como presencia de proteínas, el cambio de pH en caso de los procesos inflamatorios y la presencia de iones fluoruro en ambiente bucal suministrados por los productos de higiene bucal.
Los implantes biodegradables en base de aleaciones de magnesio presentan mucha interés para tratamientos de fracturas y traumas, ya que permiten evitar la necesidad de la segunda cirugía para quitar tornillos y placas ortopédicos cuando haya curado la fractura. Se estudia influencia de los tratamientos bioactivos OEP sobre aleaciones de magnesio en la velocidad controlada de degradación de los implantes en medio simulado de cuerpo humano.
Recubrimientos por proyección térmica base-Al para la mejora de la resistencia a la corrosión y al desgaste de aleaciones de magnesio/Thermal spray Al-based coatings for corrosion and wear protecion of magnesium substrates
La deposición de nuevos recubrimientos de aluminio y de material compuesto de aluminio con refuerzo cerámico discontinuo de SiC permite la mejora simultánea del comportamiento frente a la corrosión y al desgaste de diferentes materiales. En colaboración con la Universidad Rey Juan Carlos, el grupo de investigación ha evaluado multitud de recubrimientos Al, Al-Si, Al/SiC y Al-Si/SiC obtenidos sobre aleaciones de magnesio mediante proyección térmica de baja velocidad (LVOF). Actualmente, la línea de investigación se centra en la optimización y aplicación de recubrimientos similares pero obtenidos mediante proyección térmica de alta velocidad (HVOF), la cual ofrece una mejoras sustanciales con respecto al proceso LVOF.
Comportamiento a la corrosión y oxidación de materiales compuestos base aluminio y magnesio reforzados con SiC/Oxidation and corrosion behaviour of aluminium and magnesium metal matrix composites reinforced with SiC
Tanto la rigidez como las propiedades mecánicas superficiales (dureza, desgaste, etc.) de las aleaciones de Al y Mg pueden mejorarse mediante la adición de partículas de SiC, siempre y cuando su distribución sea homogénea y exista un contacto adecuado en las intercaras matriz/refuerzo. Las excelentes propiedades mecánicas que se consiguen con la adición de refuerzo hacen de los materiales compuestos de matriz metálica candidatos potenciales para numerosas aplicaciones en la industria aeroespacial, automovilística, medicina, deportiva, etc. Sin embargo, estos materiales pueden presentar menor resistencia a la corrosión que las aleaciones a partir de las cuales se obtienen, debido a la presencia de intercaras matriz/refuerzo que favorecen los procesos de corrosión. En este sentido, la línea de investigación tiene como objetivo evaluar la influencia de la microestructura y proporción de refuerzo en el comportamiento a la corrosión y oxidación de materiales compuestos A3xx/SiC. Asimismo, se estudian distintos tratamientos de conversión con sales lantánidas, con objeto de mejorar el comportamiento de estos materiales.
Tratamientos superficiales con láser para la protección de aceros y materiales base aluminio y magnesio/Laser surface treatment for corrosion protection of steels, aluminium and magnesium
La fusión mediante radiación láser (“Laser Surface Melting”, LSM) permite obtener una película superficial homogénea, virtualmente libre de límites de grano, segregaciones y fases secundarias que, en definitiva, incrementan la resistencia a la corrosión de los materiales metálicos, sin modificar las propiedades específicas del sustrato base. Así mismo, las elevadas velocidades de enfriamiento alcanzadas mediante este tratamiento favorecen la formación de soluciones sólidas metaestables y alcanzar un elevado grado de refinamiento de la microestructura, que incrementan de forma notoria la resistencia al desgaste de la superficie. Este proceso de solidificación rápida sólo afecta a una pequeña región de la superficie del material, obteniéndose espesores que van desde 5 hasta 100 micrómetros dependiendo de la velocidad de enfriamiento alcanzada, y en definitiva del tipo de radiación y láser utilizado. En la actualidad, es de especial relevancia es el uso de radiaciones de láseres excímeros que trabajan en el UV-visible (normalmente del tipo KrF), debido a sus extremadas velocidades de enfriamiento (1011 K/s) que favorecen la formación de películas delgadas y amorfas de extraordinaria homogeneidad y que incrementan de forma considerable la resistencia a la corrosión de los materiales. Por otro lado, también es de especial interés el uso de láser de alta potencia tipo diodo (HPDL), cuya característica más importante es la elevada eficacia obtenida en el proceso. Finalmente, otras de las ventajas del uso de LSM son la facilidad de controlar la profundidad del tratamiento, coste aceptable de operación y control de la composición de la capa superficial modificada. En la investigación realizada hasta el momento se ha evaluado el potencial de este tipo de tratamientos fundamentalmente sobre aleaciones ligeras y materiales compuestos base Al y Mg.
Tratamientos de conversión con sales lantánidas para la protección contra la corrosión de materiales base aluminio y magnesio/Surface conversion treatments with lanthanide salts for aluminium and magnesium based materials
Los compuestos de Cr6+, principalmente cromatos, se han venido utilizando con gran éxito como inhibidores de la corrosión y en tratamientos anticorrosivos para la mayoría de aleaciones de aluminio, sin embargo, la normativa actual exige la sustitución inmediata de los sistemas de protección basados en estos compuestos, dado que el Cr6+ es altamente tóxico e inaceptable desde el punto de vista medioambiental. Una de las alternativas más estudiadas en los últimos 15 años ha sido el empleo de sales lantánidas debido a su baja toxicidad, relativo bajo coste y capacidad para proteger a una gran variedad de aleaciones de aluminio en diversos medios agresivos.
La presente línea de investigación se centra en la optimización de la resistencia a la corrosión, en medios clorurados y a elevadas temperaturas, de materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de SiC mediante tratamientos de modificación superficial con sales lantánidas. Para su consecución se estudian las variables más significativas que influyen en el proceso de protección, estableciéndose las condiciones óptimas, y evaluándose el comportamiento de los materiales tratados superficialmente mediante ensayos en niebla salina, medio marino simulado y atmósferas oxidantes a distintas temperaturas.
Efecto sinérgico de aleantes en la resistencia a la corrosión de nuevos aceros inoxidables/Synergic effects of alloying elements in the corrosion resistance of new stainless steels
Los aceros inoxidables austeníticos se emplean, normalmente, como materiales estructurales debido a su excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica, facilidad de fabricación y moderado coste. Después de los aceros al carbono, los aceros inoxidables AISI 304 y AISI 316 son los más utilizados en la industria química. La corrosión por picadura representa una limitación importante en cuanto a la seguridad de muchas aleaciones empleadas en la industria, ya que puede causar la perforación durante su uso. La corrosión intergranular es también causa común de fallo prematuro de estructuras basadas en estos aceros inoxidables que han sido previamente sensibilizados. En esta línea de investigación se evalúa en colaboración con ACERINOX el efecto de elementos de aleación tales como Cu, Sn, Mn, Mo, Ti, C y N sobre la resistencia a la corrosión de aceros inoxidables comúnmente empleados en la industria química.
Comportamiento a la corrosión de aceros inoxidables superdúplex y superausteníticos/Corrosion behaviour of superduplex and superaustenitic stainless steels
Mejora de propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión de materiales con aplicaciones magnéticas/Enhancement of mechanical and corrosion resistant properties of magnetic materials