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DESARROLLO DE UN COMPUESTO DE MATRIZ METÁLICA DE MAGNESIO CON NANOTUBOS DE CARBONO ALINEADOS Y ESTUDIO DE SU APLICABILIDAD EN LA INDUSTRÍA AERONÁUTICA Y EN IMPLANTES INTRAÓSEOS.
Resumen
Los materiales compuestos de matriz metálica están entre los materiales más estudiados debido a las ventajas encontradas en cuanto al aumento de sus propiedades mecánicas como: módulo de elasticidad, resistencia a la tensión, punto de fluencia, entre otras; además de mejorar algunas propiedades como: conductividad térmica y eléctrica, y resistencia a la corrosión; en donde algunas de estas propiedades son difíciles de obtener con un material monolítico [1-5]. Los materiales compuestos de matriz metálica se han ido implementando en la industria aeronáutica y aeroespacial de forma creciente con el uso de diferentes tipos de refuerzo, sin embargo desde que fueron reportados en 1991 por lijima [6], los nanotubos de carbono (NTC) han sido utilizados como refuerzo en materiales estructurales de bajo peso debido a las buenas propiedades mecánicas eléctricas y térmicas [7, 8], además de ser auto-lubricante, flexible y de alta capacidad de amortiguamiento [9, 10]. Los NTC como refuerzo en compuestos de matriz metálica tiene ventajas en cuanto a los materiales compuestos de matriz polimérica debido a que se adquieren propiedades mecánicas más elevadas como lo son: resistencia, tenacidad, módulo de elasticidad, estabilidad térmica a altas temperaturas, y conductividad térmica y eléctrica. Sin embargo, la principal dificultad es la dispersión de los NTC en las matrices metálicas debido a la tensión superficial entre la matriz metálica y el NTC. También es difícil lograr un buen anclaje entre la matriz y los NTC, además de la complicada la alineación de estos en la matriz metálica por los métodos convencionales [11, 12]. Sin embargo, diferentes técnicas y procesos de fabricación han sido desarrollados con en el fin de mejorar la dispersión de los NTC en las matrices metálicas y maximizar las propiedades del material compuesto [13] [14-24] y recientemente se ha propuesto el método sándwich para alinear los NTC en la matriz metálica de magnesio con el fin de aumentar homogéneamente sus propiedades mecánicas. Por otro lado, en este tipo de materiales se hará un estudio de bio-compatibilidad y corrosión para posibles aplicaciones en implantes. Para ello, se deben desarrollar capas barrera crecidas mediante metalización y oxidación anódica. El material a desarrollarse es magnesio reforzado con nanotubos de carbono, hay que entender que el magnesio posee una capa de óxido que tiene una baja estabilidad en soluciones acuosa, pero si los elementos de la aleación tienen suficiente fuerza impulsora para la difusión y estabilidad termodinámica, su oxidación selectiva podría ser el camino efectivo al desarrollo de una capa protectora de óxido sobre la superficie del material [25]. Además, su evaluación a la corrosión va a estar determinada por la velocidad de corrosión cuyo parámetro es el más importante y básico en términos del rendimiento de una aleación a éste fenómeno, su medida es una etapa esencial en la evaluación de la corrosión. [26] Con el fin de reducir la velocidad de corrosión se han desarrollado una gran variedad de métodos de modificación superficial, entre ellos la formación de películas metálicas sobre el Mg y sus aleaciones, que incluye procesos como deposición física de vapor (PVD), deposición química de vapor mejorada por plasma, sputtering, implantación iónica por inmersión en plasma, entre otros [27]. Aun cuando el método tipo sándwich es prometedor, aún está completamente abierto el estudio de la ciencia de los materiales de este tipo de material. Por esta razón, esta propuesta busca estudiar las principales características de dispersión y cuantificación de los NTC multicapa en la matriz metálica para controlar en buena parte el desempeño mecánico del material y determinar su efecto sobre las características de bio-compatibilidad; esto permitirá optimizar la fabricación, producción y posible escalado a escala industrial del material compuesto a fabricar.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DEL PROGRAMA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, LA CREACIÓN Y LA INNOVACIÓN EN POSGRADOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2013-2015
Modalidad:Modalidad 2: Nuevos proyectos de investigación, creación o innovación
Responsable