Proyectos
Simulación numérica CALPHAD de la microestructura resultante después de depositar películas finas de Ti6Al4V sobre aceros inoxidables FeCrMnN por medio de pulverización catódica magnetrón RF y posterior nitruración a plasma.
Resumen
De manera general, el proyecto de investigación aquí formulado está inserido en proyecto global que busca en el largo plazo (aproximadamente 3 años) dominar la tecnología necesaria para optimizar la microestructura de partes metálicas usadas como implantes quirúrgicos en seres humanos, que sean constituidas volumétricamente por aceros inoxidables austeniticos biocompatibles (exentos de níquel y aleados con nitrógeno), una capa fina (del orden de 10 um) nanoestructurada (cristalitos menores que aproximadamente 0.5 um) de la aleación de titanio biocompatible y bioactiva Ti6Al4V y una película fina (del orden de 1 um) superficial del compuesto bioactivo hidroxiapatita. En particular, en el presente proyecto de investigación pretende-se estudiar los cambios de fase y de composición química que ocurren cuando películas finas nanoestructuradas de Ti6Al4V son depositadas por la técnica de pulverización catódica magnetrón RF sobre aceros inoxidables del tipo FeCrMnN, como también durante el tratamiento termoquímico posterior de nitruración a plasma. El estudio propuesto, que tendrá un carácter teórico- experimental, se basará principalmente en la simulación numérica por medio de la técnica CALPHAD (Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry) de las transformaciones de fase en estado sólido que ocurren durante el proceso tecnológico mencionado. Experimentos de deposición de películas finas de Ti6Al4V sobre aceros FeCrMnN, de nitruración a plasma y de caracterización química y microstructural de las muestras obtenidas serán, también, realizados buscando (i) obtener parámetros de ajuste necesarios al proceso de simulación numérica y (ii) evaluar la capacidad predictiva de los modelos numéricos formulados, comparando predicciones numéricas con resultados experimentales. Pretende-se formular un modelo numérico que (i) describa la física de la transferencia de nitrógeno entre el plasma y la superficie del metal que ocurre tanto durante el deposito de las películas de Ti6Al4V sobre el acero como durante el tratamiento termoquímico asistido por plasma, (ii) describa los caminos de difusión del nitrógeno en el estado solidó, en el interior del material y (iii) describa los cambios de fase que ocurren en el estado sólido como consecuencia de la difusión de nitrógeno y del ciclo térmico establecido durante el proceso tecnológico mencionado. Espera-se que el modelo de cálculo formulado permita establecer las condiciones de procesamiento que llevan a microestructuras optimizadas, las cuales son definidas a priori como constituidas por en un substrato (acero) y una película (TiAlV) conteniendo elevadas concentraciones de nitrógeno pero exentas de precipitación de nitruros de cromo (substrato) o de titanio (película). Los resultados obtenidos en este proyecto permitirán, consecuentemente, dar un paso de suma importancia para el dominio de la tecnología requerida para la obtención de materiales baratos a ser usados en la fabricación de implantes quirúrgicos para seres humanos, los cuales se diferenciaran de los aceros biocompatibles existentes en el mercado por el hecho de ser bioactivos, ser adecuados para implantes permanentes e ser duros en su región superficial. Además de los logros directos arriba descritos, de forma indirecta, la ejecución de este proyecto de investigación permitirá implementar el uso de la técnica CALPHAD en nuestro país, la cual se ha mostrado en la última década como una técnica de destaque en la física computacional en lo que respecta al desarrollo de nuevos materiales o de su procesamiento térmico o termoquímico.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:Convocatoria Nacional de Investigación 2007
Modalidad:MODALIDAD 4. APOYO A NUEVOS DOCENTES INVESTIGADORES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA A TRAVÉS DE PROYECTOS
Responsable