INTECINCONICETUBAFacultad de Ingenieria

Ver Informe del Laboratorio

Ingeniería Mecánica | Materiales Avanzados

Materiales Avanzados

Laboratorio de Materiales. Departamento de Ingeniería Mecánica. Facultad de Ingeniería. UBA
Paseo Colón 850. (C1063ACV) Ciudad Autónoma de Buenos Aires.
Teléfono: + 54 11 4343 0891 internos: 381 / 388
E-mail: gma@fi.uba.ar

Áreas Temáticas

Aleaciones Metálicas y Compuestos de Matriz Metálica.
Polímeros y Materiales Compuestos de Matriz Polimérica.
Materiales Cerámicos.
Aplicaciones de Energías Renovables.

Integrantes

Dirección:

Dr. Audebert, Fernando Enrique. Investigador Independiente de CONICET. Profesor Adjunto.

faudebe@fi.uba.ar

__

Dr. Cavaliere, Miguel. Profesor Adjunto.

Dra. Saporiti, María Fabiana Sonia. Jefa de Trabajos Prácticos.

Ing. Fuentes, Federico. Ayudante Primero.

Ing. Herreño Daza, Ezequiel. Becario CONICET.

Ing. Pérez, Ezequiel. Becario CONICET.

Ing. Pichipil, Marcela. Jefa de Trabajos Prácticos.

Ing. Raith, Eduardo. Ayudante de Primera.

Lic. Juárez, Ricardo. Profesor Adjunto.

Lic. Rozenberg, Silvia Mirta. Profesora Adjunta.

srozen@fi.uba.ar

Bassi, Facundo.

Berdón, Amadeo.

Binora, Bruno.

Di Pace, Martín. Tesista de grado.

Galdos, Rodrigo.

Galloni, Pablo.

Igarza, Esteban. Estudiante Magíster.

Matti, Federico. Tesista de grado.

Nerini, Carlos.

Ruiz Palero, Martín. Tesista de grado.

Schupbach, Detlev.

Tema de Trabajo

LINEAS DE INVESTIGACION Y DESARROLLO

AREA: Aleaciones Metálicas y Compuestos de Matriz Metálica

1- Desarrollo de aleaciones amorfas y nano-estructuradas de base Aluminio

Este es el área principal de trabajo y con mayores antecedentes en el grupo. Tiene el objetivo de desarrollar nuevos procesos y aleaciones de base Aluminio con propiedades superiores a las que se encuentran actualmente en el mercado. Se trabaja tanto desde el desarrollo de conocimientos científicos como de las aplicaciones industriales. Se aplican técnicas de modelado y una gran variedad de técnicas experimentales de procesamiento de materiales, caracterización y determinación de propiedades.

Estudio de la influencia de elementos aleantes en el tipo de asociaciones existentes en el líquido de las aleaciones de Aluminio

Este estudio tiene el objetivo de comprender el efecto que tienen los elementos aleantes sobre la estructura del líquido y su influencia en la estructura del material solidificado por enfriamiento rápido. Se emplea modelado por Dinámica Molecular y análisis estructural sobre aleaciones amorfas con diversas técnicas complementarias, tales como Espectroscopía Mössbauer, Difracción de Rayos X, Espectroscopía de Absorción de Rayos X (EXAFS), 3D Atom Probe y Microscopía Electrónica de Alta Resolución. Se emplea Radiación de Sincrotrón y se trabaja en colaboración con la Universidad de Oxford.

Aleaciones nano-cuasicristalinas de Aluminio

El estudio de la influencia de los elementos aleantes sobre la formación de asociaciones en el líquido de las aleaciones de Aluminio permite seleccionar las composiciones químicas para obtener por solidificación rápida una estructura compuesta por una dispersión de nano-partículas cuasicristalinas en una matriz de Aluminio, lo que se conoce como aleaciones nano-cuasicristalinas. En particular, se estudian aquellas aleaciones que poseen elevada resistencia mecánica a alta temperatura. Con valores de resistencia mecánica del orden de los 270 MPa a 350°C, estas aleaciones superan en más de 5 y 6 veces la resistencia mecánica y el rango de temperaturas de trabajo de las aleaciones de Aluminio comerciales actuales, que es sólo de 250°C. Con dichas propiedades y rango de temperaturas de trabajo, las aleaciones nano-cuasicristalinas tienen un gran potencial de aplicaciones y de sustitución de aleaciones de titanio. En su desarrollo se emplean técnicas primarias de solidificación rápida, como “Melt-Spinning” o Atomización Gaseosa, y técnicas de conformado plástico. Se trabaja en colaboración con la Universidad de Oxford y cinco empresas Europeas y Argentinas en un proyecto de industrialización de estas aleaciones.

Aleaciones hipereutécticas de Al-Si

El empleo de técnicas de Solidificación Rápida permite obtener aleaciones nano-estructuradas Al-Si con muy altos contenidos de Si (20 a 40%). Estas aleaciones poseen menor densidad, mayor conductividad térmica, menor coeficiente de dilatación y mayor resistencia mecánica que las aleaciones comerciales actuales. Estas propiedades hacen de estas aleaciones ideales para aplicaciones de alta exigencia permitiendo un diseño de piezas y equipos con menor peso, menor desgaste, mayor durabilidad y mejor performance. Algunas aplicaciones previstas son: partes de equipos deportivos (esquíes, patines, mosquetones, grampas y cadenas, etc.), partes de máquinas y estructuras (bulonería, perfiles, guías, levas y bancadas, etc.) y partes de motores y compresores (bielas, árboles y ejes, pistones, válvulas, estatores y álabes, etc.). Se estudian sus propiedades mecánicas y en particular su comportamiento en termofluencia. En colaboración con la empresa IAPEL S.A. se han conformado pistones con estas aleaciones, los que se ensayan en bancos de motores a fin de evaluar su performance para ser utilizados en vehículos de competición y de alta gama.

Aleaciones de Aluminio con fases amorfas

El estudio de la influencia de los elementos aleantes sobre la formación de asociaciones en el líquido de las aleaciones de Aluminio permite seleccionar las composiciones químicas a fin de obtener por solidificación rápida diversas aleaciones con estructura amorfa, parcialmente amorfa o las denominadas aleaciones nano-granulares amorfas. Estas últimas contienen gránulos de fase amorfa de tamaño nanométrico distribuidos en una matriz de Aluminio, lo que les confiere alta resistencia mecánica y frente a la corrosión. Se estudia el comportamiento frente a la corrosión, las propiedades mecánicas y los procesos de elaboración a fin de alcanzar el desarrollo de aplicaciones industriales. En esta línea se trabaja en colaboración con la Universidad de Sao Carlos, Brasil.

2- Desarrollo de aleaciones amorfas y nano-estructuradas de base Magnesio

Se desarrollan aleaciones de Magnesio con estructura amorfa y nano-estructurada empleando técnicas de solidificación rápida y de inyección a presión en moldes metálicos. Los valores de resistencia mecánica obtenidos en estas nuevas aleaciones alcanzan valores de hasta 650 MPa, lo que supera los valores de la mayoría de las aleaciones de Aluminio comerciales de alta resistencia. Los estudios sobre estas aleaciones buscan aumentar la capacidad de obtener fase amorfa, su estabilidad térmica y su tenacidad. Se busca también el mejoramiento de los métodos de inyección y en el diseño en forma de material nano-compuesto a fin de aumentar la resistencia al impacto de estas nuevas aleaciones. La aplicación de métodos de inyección desde la fase liquida sugiere aplicaciones de estas aleaciones en piezas con bajos espesores. La calidad de la superficie en las piezas inyectadas a alta presión no requiere procesos posteriores de terminación superficial, lo que significa un ahorro sustancial en la elaboración del producto final. En esta línea se trabaja en colaboración con el INTEMA de Mar del Plata y con la Universidad de Sao Carlos, Brasil.

3- Desarrollo de nano-compuestos de matriz de metálica

A fin de obtener materiales con una combinación óptima de propiedades para cada tipo de aplicación, se desarrollan materiales compuestos de matriz metálica empleando diferentes tipos de aleaciones como matriz y nuevas partículas/fibras como refuerzos o plastificantes que contribuyen a configurar el equilibrio de propiedades buscado. Se emplean en general técnicas de metalurgia de polvos y de conformado plástico. Actualmente se emplean como refuerzos y plastificantes: partículas cerámicas, nanotubos de carbono, polvo de vidrios metálicos y metales puros. En este último caso, se estudia la elaboración de placas de alta tenacidad y resistencia mecánica, mediante procesos de laminación y modelado por elementos finitos. Se trabaja en colaboración con la Universidad de Oxford y el IFW, Instituto Leibniz de Dresden, Alemania. Los nanotubos de carbono son provistos por una empresa Argentina.

Patente: “Metal Matrix Composite Material” Ner: PCT/GB2007/004004
Autores: G. W. D. Smith, F. Audebert, M. Galano and P. Grant

4- Recubrimientos cuasi-cristalinos para aplicaciones tribológicas

Las fases cuasicristalinas poseen altos valores de durezas (700 HV), que superan el de algunos aceros templados; poseen bajos coeficientes de fricción y una menor mojabilidad por los líquidos en relación a las aleaciones metálicas cristalinas. Estas propiedades hacen a estas fases de gran interés para diferentes aplicaciones tribológicas, como superficies resistentes a la adherencia de sustancias orgánicas y al desgaste por fricción. Se estudia la elaboración de estos recubrimientos mediante diferentes técnicas tales como: “Laser Cladding”, “Plasma Spray”, HVOF y crecimiento de películas delgadas asistido por ablación láser. Se estudian los problemas de interfase empleando diferentes materiales como substrato: Si monocristalino, vidrio y aleaciones metálicas. La experiencia adquirida en la formación de superficies cuasicristalinas nos permite actualmente emprender desarrollos de aplicaciones específicas de estos recubrimientos resistentes al desgaste y la adherencia. En colaboración con una empresa Argentina se trabaja en el desarrollo de productos empleando estos recubrimientos nano-cuasicristalinos sobre aleaciones de Aluminio.

5- Procesamiento láser de aceros “Dual-Phase”

Los aceros “Dual-Phase” presentan una excelente combinación de propiedades mecánicas de resistencia y ductilidad, no obstante en ciertos medios presentan una baja resistencia a la corrosión. A fin de mejorar su resistencia a la corrosión se busca modificar la estructura en la superficie mediante procesos de fusión superficial por aplicación de radiación láser. Con cierta combinación de variables de proceso se han obtenido estructuras superficiales con buena resistencia a la corrosión, las que presentan una zona de pasivación en soluciones con cloruro, en contraposición a la disolución continua que presenta el material sin tratar. Se trabaja en colaboración con el INTI, la Universidad de Campinas, Brasil y la Universidad del Salento, Italia.

6- Procesamiento láser de materiales para implantes dentales

El Titanio es el biomaterial más utilizado en la fabricación de implantes dentales, debido a su bio-compatibilidad y buenas propiedades mecánicas. El éxito clínico de estos implantes está determinado, entre otras condiciones, por la textura y la película superficial que condiciona la interfase implante-tejido óseo, la velocidad y calidad de la óseo-integración. Para la generación de texturas y películas de óxido sobre la superficie de los implantes se emplean, normalmente, procesos de arenado, grabado ácido, aplicaciones por plasma y/o tratamientos térmicos. No obstante, la influencia de las características superficiales sobre la optimización de los procesos de óseo-integración es aún un tema controversial. La aplicación de radiación láser para la generación de texturas de diferentes niveles dimensionales, repetitivas y controlables constituye una metodología de gran interés para el tratamiento de superficies de implantes. Las texturas logradas hasta el momento han demostrado un aumento del 50% en la fracción de superficie óseo-integrada en el modelo experimental empleando ratas “wistar”. En esta línea se trabaja en colaboración con la Cátedra de Anatomía Patológica de la Facultad de Odontología de la UBA y con la Universidad de Oxford.

7- Unión de materiales por difusión

Los procesos de unión por fase líquida transitoria son aplicables en aleaciones de alta temperatura, como las aleaciones de Níquel de uso aeronáutico. Se caracterizan por mantener una zona de unión con una micro-estructura de características y propiedades mecánicas similares a las del material base a unir. Este método permite obtener una unión de excelentes propiedades pero debido a sus largos tiempo de proceso no es aplicable en líneas de producción de productos masivos. Se estudian modificaciones del proceso de unión empleando láminas de vidrios metálicos para ser empleados en la unión de aceros y aleaciones usuales en líneas de alta producción. Esta línea de trabajo se desarrolla en colaboración con el Laboratorio de Sólidos Amorfos de la FIUBA y la Universidad de Oxford.

ÁREA: Polímeros y Materiales Compuestos de Matriz Polimérica

1- Polímeros auto-reforzados

Los compuestos poliméricos tradicionales presentan grandes dificultades para el reciclado, lo que ha impulsado al desarrollo de nuevas alternativas tales como los polímeros auto-reforzados. En los mismos, el refuerzo está formado por fibras o bandas altamente orientadas, de elevada resistencia, mientras que la matriz es un polímero con la misma naturaleza química pero menor temperatura de fusión. Más allá del desarrollo y la caracterización de los compuestos auto-reforzados, el objetivo de esta línea de investigación es determinar su comportamiento a fractura y falla, lo que resulta esencial para su empleo en aplicaciones estructurales o semi-estructurales. Además de la caracterización microscópica y mecánica usual, se estudia el comportamiento a la fractura de los materiales en condiciones cuasi-estáticas y de impacto, y se determinan los mecanismos de falla actuantes. También se investiga el efecto de las condiciones de solicitación, la distribución del refuerzo en la matriz y las condiciones de procesamiento sobre el comportamiento a la fractura y falla de los materiales. Esta línea de investigación se desarrolla en colaboración con el Departamento de Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest y el Intema de Mar del Plata.

2- Micro y nano-compuestos poliméricos basados en recursos renovables

Se desarrollan materiales amigables con el medio ambiente obtenidos a partir de recursos renovables. Se estudian las propiedades finales de los materiales en relación con la morfología y el procesamiento. Se obtienen nanocompuestos poliméricos de matriz bidegradable reforzada con nanotubos de carbono por el método de “electro spinning” y microcompuestos de matriz termoplástica reforzada con fibra naturales por extrusión y moldeo por compresión. Se determinan las propiedades eléctricas, viscoelásticas, mecánicas, térmicas, de permeabilidad, etc. en función de la cantidad de refuerzo y se estudia la influencia de distintas modificaciones realizadas sobre la matriz y/o el refuerzo. En esta línea de trabajo se colabora con el INTEMA de Mar del Plata, el Laboratorio de Polímeros y Materiales Compuestos de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y el Laboratorio de Polímeros de la Universidad Politécnica de A Coruña.

3. Micro y nano-compuestos poliméricos con óptimas propiedades según la aplicación

Esta línea de investigación tiene como objetivo desarrollar materiales compuestos de matriz polimérica con una combinación óptima de propiedades según la aplicación. Se desarrollan compuestos basados en una matriz de polipropileno reforzada con partículas rígidas (alúmina, carbonato de calcio, sílice, cuarzo) y policarbonato reforzado con nanotubos de carbono. Se evalúan las propiedades finales de los materiales (mecánicas, reológicas, térmicas, ópticas, eléctricas, etc.) con el fin de establecer la relación estructura-propiedades que rige su comportamiento. Esta línea se realiza en colaboración con el INTEMA de Mar del Plata, el Laboratorio de Polímeros de la Universidad Politécnica de A Coruña y el Instituto Leibniz de Investigación en Polímeros de Dresden.

4. Comportamiento en servicio de materiales poliméricos

Se estudia el comportamiento en servicio de materiales poliméricos utilizados en la Industria del Gas y del Petróleo (tubos de polietileno) y en Agricultura (films de polietileno). Para ello se simulan en laboratorio las condiciones de servicio tales como envejecimiento en diferentes solventes, radiación UV, etc. Se determina la evolución de las propiedades (mecánicas, ópticas, reológicas, etc.) en función del tiempo de envejecimiento. Se identifican los distintos procesos de degradación involucrados. Los resultados se comparan con muestras envejecidas en forma natural. Se colabora con el INTEMA de Mar del Plata, el Centro de Plásticos del INTI y el Departamento de Mecánica y Mecatrónica de la Universidad de Sidney.

ÁREA: Materiales Cerámicos

Desarrollo de una celda de combustible cerámica

Las celdas de combustible cerámicas ofrecen la posibilidad de trabajar con gases de hidrocarburo sin la necesidad de utilizar hidrógeno de alta pureza. Siendo que se espera un aumento de la utilización de biogás en el futuro, estas celdas tendrían una gran aplicación para la generación de energía eléctrica. Si bien se conocen diseños básicos de funcionamiento de estas celdas, a fin de aumentar su performance y factibilidad económica para su aplicación masiva, aún deben mejorarse los materiales para poder funcionar a menores temperaturas, los sellos para evitar las pérdidas de gases, y la degradación de los electrolitos, entre otros temas. Se ha desarrollado una celda experimental en la que se realizan estudios de sellos, materiales y de rendimiento. Se elaboran electrolitos por deposición asistida por ablación láser. Se colabora en esta línea con el Politécnico de Grenoble, Francia.

ÁREA: Aplicaciones de Energías Renovables

Aplicaciones de la energía solar para la potabilización de agua

Se ha desarrollado un equipo para la purificación de aguas empleando energía solar. El mismo fue diseñado para solucionar el problema del agua potable en viviendas rurales asiladas. El equipo emplea diferentes tecnologías y métodos para purificación de aguas eliminando sales, metales pesados, arsénico y micro-organismos. Uno de las técnicas incorporadas es la de catálisis heterogénea empleando recubrimientos de TiO2.

Patente: “Equipo Solar para Purificación de Agua”
Autores: F. Audebert, R. Gordillo, G. Soler, M. González Rivero, M. Ruiz Palero and E. Paz
Patent Application Ner: 2010/0104493 INPI (Argentina)