Optimización de la fabricación mediante ultrasonidos de recubrimientos SOL-GEL de sílice reforzados con nanotubos de carbono para aplicaciones frente a desgaste

Abstract

Desde el principio de los tiempos el hombre se ha ayudado de distintos materiales con los que crear sus herramientas y poder realizar de este modo sus labores diarias de una forma mucho más sencilla. Tras pasar por la piedra y el barro, llegó el momento de los metales, utilizando en un principio hierro, y evolucionando la variedad y complejidad de las aleaciones formadas hasta nuestros días. En la actualidad, se precisan materiales con unas características cada vez más exigentes y con un amplio rango de condiciones de trabajo, buscándose materiales que presenten una gran resistencia tanto al impacto como al desgaste y a la corrosión, con una larga vida útil, pero que a su vez sean ligeros y baratos tanto de obtener como de fabricar. El magnesio es uno de los elementos más abundantes del planeta, siendo el séptimo elemento más abundante de la corteza terrestre y el tercero en mayor concentración disuelto en el agua de mar, estando detrás del Na y del Cl, con lo que a priori su coste de obtención es muy bajo. Cabe destacar de este elemento su gran ligereza, alta resistencia a la corrosión gracias a la formación de una película protectora de MgO en su superficie, y una alta conductividad térmica y eléctrica, así como una gran resistencia específica. En su contra, se puede decir que posee un bajo módulo de elasticidad y baja resistencia a la fatiga y al desgaste, así como un elevado coeficiente de expansión térmica. Para contrarrestar ciertos aspectos negativos del magnesio, como una baja temperatura de fusión y una baja dureza, se suele alear con itrio, dando como resultado una mezcla de mayor dureza y con una temperatura de fusión más elevada, que hace que el material pueda operar en un rango mayor de temperaturas. Asimismo, buscando aumentar la resistencia al desgaste de las piezas formadas con esta aleación se piensa en aplicar un recubrimiento sobre las mismas. La necesidad medioambiental de eliminar los recubrimientos cromados ha hecho mirar hacia otros recubrimientos aptos medioambientalmente como son los materiales cerámicos, considerando como mejor opción la técnica de recubrimiento por inmersión o dip-coating, ya que permite recubrir las piezas de gran tamaño y con formas complejas y el equipo necesario tiene un coste reducido. El método tradicional de preparación de recubrimientos cerámicos mediante la ruta sol-gel es la agitación magnética de los precursores líquidos. Este proceso requiere aproximadamente dos horas y media para la obtención del sol. Se está investigando para reducir el tiempo de preparación del sol con agitación mediante ultrasonidos, teniendo como objetivo la aplicación de este proceso a escala industrial de una forma rentable. En el presente proyecto se han conseguido recubrimientos sol-gel homogéneos y sin agrietamientos obtenidos mediante agitación de los precursores del sol con sonda de ultrasonidos, realizando el recubrimiento de las piezas por inmersión (dip-coating), seguido de un secado en una estufa a 500 ºC y una hora más en el horno para la densificación del recubrimiento. Con el fin de optimizar las variables de agitación del sol-gel mediante una sonda de ultrasonidos (tiempo, ciclos y amplitud), se ha realizado una comparativa entre los resultados del comportamiento a desgaste de las piezas recubiertas en distintas condiciones y una pieza de la aleación sin recubrir en la que se ha aplicado un tratamiento térmico similar al necesario para formar el recubrimiento. Para ello, se han analizado distintas condiciones de agitación con una sonda de ultrasonidos, comprobando la influencia que ejerce cada variable sobre la correcta formación del recubrimiento, así como la influencia que ejerce sobre el comportamiento a desgaste la presencia de nanotubos de carbono en la composición del mismo.