Caracterización de la cinética de crecimiento de grano, desgaste y corrisión en aleaciones inteligentes con memoria de forma base cobre para aplicaciones tecnológicas

Abstract

Las aleaciones con memoria de forma al ser unos materiales con nuevas propiedades abren ante sí un nuevo campo de aplicaciones tecnológicas respecto a los materiales convencionales. Estas aleaciones además de presentar las propiedades típicas de un metal, presentan otras propiedades que las hacen diferentes de estos como es la superelasticidad, el efecto memoria de forma y la capacidad de amortiguamiento. Se conocen diferentes familias de materiales con memoria de forma entre los que destacan los polímeros, los cerámicos y los metales. Dentro de los metales tres grupos son los más importantes: las aleaciones base NiTi utilizadas en la actualidad, sobre todo en el campo biomédico debido a su biocompatibilidad, las aleaciones base cobre muy utilizadas en investigación por sus buenas propiedades de memoria de forma, su bajo coste y su fácil preparación y por último las aleaciones férreas con memoria de forma que están en proceso de desarrollo, pero que su buena resistencia a la corrosión y bajo coste, las hace tener un futuro prometedor.<br/><br/>En la presente investigación, todos los trabajos experimentales se han centrado en el estudio de las aleaciones base cobre CuZnAl. Se han estudiado tres aspectos poco conocidos en estas aleaciones como son la cinética de crecimiento de grano, el desgaste y la corrosión. Además todas las aleaciones estudiadas han sido preparadas en el laboratorio dando lugar al Capítulo II de la presente tesis.<br/><br/>En el Capítulo III se caracteriza la cinética de crecimiento de grano de la aleación CuZnAl observando como el crecimiento de grano de esta aleación es muy rápido y como los tratamientos térmicos, provocan aumentos muy elevados en el tamaño de grano, que junto con la anisotropía de los diferentes cristales provocan una disminución de las propiedades mecánicas y fragilidad intercristalina. Para reducir este problema, se estudia el efecto de diferentes aleantes, con el fin de reducir el tamaño de grano. Asimismo se determina, el efecto del tamaño de grano en las temperaturas de transformación y se ha estudiado el efecto que ejercen los límites de grano en el mecanismo de fractura. En este sentido se ha observado un importante mecanismo de deformación como es la propagación de placas de martensita a través de los límites de grano, entre aquellos granos que presentan una elevada coherencia cristalográfica y también otros mecanismos de deformación no menos importantes como son la formación de martensita &#61543;-, el maclado y el entrecruzamiento de placas de martensita.<br/><br/>En el Capítulo IV se detalla el trabajo experimental realizado para caracterizar el comportamiento a desgaste adhesivo de la aleación CuZnAl con memoria de forma cuando es sometida a ensayos de desgaste Pin-on-Disk frente a un disco de acero inoxidable 316L. <br/><br/>Se evalúan los efectos que tienen los diferentes parámetros de ensayo, como son la carga y la velocidad lineal de deslizamiento sobre el desgaste en las diferentes microestructuras que presenta el material (&#61538;, &#61538;+ martensita y martensita). Se evalúa también para una carga y velocidad constante, la microestructura del material que presenta un mejor comportamiento a desgaste adhesivo, a la vez que se relaciona este comportamiento con la temperatura de transformación Ms que presente el material. Se determina la pérdida de peso del material en función de la distancia recorrida para aleaciones que presentan temperaturas de transformación Ms comprendidas entre -93 y 78ºC. <br/>Se observa que son las aleaciones que presentan fase &#61538; + martensita y fase &#61538; con temperaturas de transformación Ms cercanas a la temperatura de trabajo las que presentan un mejor comportamiento a desgaste, siendo las aleaciones en fase &#61538; con temperaturas de transformación Ms pequeñas las que presentan una menor resistencia al desgaste. Se observa también que los residuos de desgaste independientemente de la microestructura que presente la aleación, presentan fase martensita, que al ser más blanda que la fase &#61538; no provocará ralladuras en el material. <br/> <br/>Por último en el Capítulo V, se detalla el trabajo experimental realizado para caracterizar electroquímicamente el comportamiento a corrosión de las aleaciones con memoria de forma CuZnAl utilizadas en el estudio del desgaste. <br/><br/>Se utilizan diferentes técnicas electroquímicas como son:<br/>-Curvas E-t<br/>-Curvas de polarización <br/>-Ensayos potenciostáticos<br/>-Espectroscopia de impedancias<br/><br/>A parte de estas técnicas electroquímicas, también se utiliza la microscopía electrónica de barrido con microanálisis EDX acoplado, para caracterizar las superficies de corrosión y la técnica de espectroscopia de masas inducida por plasma (ICP-MS) para evaluar la liberación de iones al medio. A partir de los resultados obtenidos mediante la técnica de espectroscopia de impedancias se ha modelizado, un circuito eléctrico análogo al sistema físico estudiado, también llamado circuito equivalente. No se han observado diferencias significativas en el comportamiento electroquímico de las diferentes aleaciones estudiadas en función de la microestructura presente y en función de la composición química, para el rango de composiciones químicas estudiado.