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Organizado por: Universidad Tecnológica Nacional Secretaría de Ciencia, Tecnología y Posgrado Programa Materiales Facultad Regional San Rafael Secretaría de Ciencia y Tecnología Facultad Regional San Nicolás GEA – Grupo de Estudios Ambientales Comité Científico Edgardo Benavidez Gerardo Botasso Elena Brandaleze Sonia Brühl Marta Caligaris Eduardo Herrero María Positieri Nancy Quaranta Mabel Ramini Patricia Vázquez Comité Editor Nancy Quaranta Marta Caligaris Hugo López

Copyright @ Universidad Tecnológica Nacional, 2012. Todos los derechos de este libro están reservados. Sólo está permitida la reproducción parcial o total con fines académicos y con mención de su origen.

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ISBN 978-950-42-0144-1

i

2º Reunión Materiales Tecnológicos en Argentina

MATTE@R 2012

Actas Resúmenes Índice

Propiedades magnéticas y carácter semiconductor de MFe2O4

(M: Mg2+

y/o Co2+

) provenientes de HDL Agú, Zannier, Oliva, Herrero, Casuscelli y Crivello ............................................................................. 1

Absorción de agua de hidrogeles de poli (2-hidroxietil metacrilato -CO- 2-(diisopropil amino) etil metacrilato) sensibles al pH y a la temperatura Faccia y Amalvy .................................................................................................................................. 3

Óxidos metálicos mixtos derivados de precursores tipo hidrotalcita

Balsamo, Herrero, Casucelli, Eimer y Crivello .................................................................................... 5 Reutilización de residuos de construcción con yeso

Begliardo, Sánchez, Panigatti, Garrappa, Stellón, Fornari y Keller .................................................... 7 Estudio de la capacidad y velocidad de succión en hormigones elaborados con agregados gruesos reciclados de pavimentos demolidos y arenas residuales

Bolla, López y Facendini ..................................................................................................................... 9 Análisis preliminar de las causas de ahuellamiento prematuro en concretos asfalticos. Estudio de caso.

Valdivia, Olivencia, Espinoza; Rodriguez, Botasso, Rebollo y Soengas ..........................................11 Caracterización de la mojabilidad mediante la medición del ángulo de contacto de un acero 1045 para un implemento agrícola

Taboada, Fuentes, Favret y Canzian ................................................................................................13 Análisis del comportamiento en una junta soldada “flare V” bajo diferentes condiciones de soldadura

Castillo, Marconi, Rissone, Ramini....................................................................................................15 Recubrimientos de Ni-W obtenidos por deposición electrolítica para protección de piezas industriales expuestas a la corrosión

Clavijo, Membrives, Santillán, Arab y Berón .....................................................................................17 Uso de poliarilcetonas y vidrio bioactivo en suspensiones utilizadas en deposición electroforética

Clavijo, Santillán, Gonzalez, Sánchez y Membrives .........................................................................19 Tamices moleculares mesoporosos modificados con hierro. Evaluación de sus propiedades catalíticas y magnéticas

Cuello, Elías, Crivello, Casuscelli, Oliva, Herrero y Eimer ................................................................21 Caracterización de polímeros modificados para ser utilizados como sustrato de cultivo celular

Bertolo y del Grosso ..........................................................................................................................23 Evaluación del efecto de distintos recubrimientos inorgánicos, libres de cromato, sobre la resistencia a la corrosión de aleaciones de aluminio

Di Stefano, Caputo, Sanchez, Rolón, Cabanillas, Rodriguez, Romano, Sierra y Gilabert ...............25

ii

Refractarios silicoaluminosos post-mortem. Caracterización físicoquímica y análisis microestructural

Quaranta, Cristóbal y Díaz ................................................................................................................27 Avances en la síntesis de Cr-MCM-41 por el método de Incorporación directa. Aplicación de diferentes métodos de caracterización

Elías, Sabre, Ortiz, Casuscelli, Herrero y Eimer ...............................................................................29 Evaluación de nuevo material, de producción nacional, como sistema S.A.M.I en rehabilitación de pavimentos

Delbono, Ricci, Fensel y Botasso......................................................................................................31 Obtención de nanopartículas de Co3O4 mediante síntesis por combustión: análisis de la

variación de la influencia de la relación de combustible Gardey, Palermo, Lascalea, Fernandez de Rapp y Vázquez ...........................................................33

Tomografía Óptica Coherente para el estudio de materiales

Gutierrez, Morel, Miranda, Sambrano y Torga ..................................................................................35 Arcillas aniónicas del tipo hidrotalcita rehidratada de MgAl y MgAlLi. Síntesis,

caracterización y análisis de sitios básicos Heredia, Pelle Blanc, Sanfelippo, Herrero y Crivello.........................................................................37

Recubrimientos con fines industriales producidos mediante la técnica de plasma

Lasorsa, Pineda Ramos, Versaci, Lucio, de la Rosa, Laferrara y Pierpauli .....................................39 Caracterización de nanotubos de carbono fabricados mediante la técnica de plasma CVD

Lasorsa, Versaci, Pineda Ramos, Tropper, Lamagna y Boselli ........................................................41 Obtención de polvos nanoestructurados de ZrO2-15 %molar CeO2 por dos vías de

gelificación-combustión basadas en nitratos-EDTA y nitratos-TRIS Lassa, Lascalea, Vázquez, Martín Martínez y Lamas ......................................................................43

Identificación de los sitios de atrape de hidrógeno en un acero perlítico-ferrítico

Inés y Mansilla ...................................................................................................................................45 Evaluación de juntas soldadas de aceros para la agroindustria

Marconi, Castillo, Svoboda, Surian y Boccanera ..............................................................................47 Óxidos mixtos de Mg-Al-La, para obtención de productos de interés farmacéuticos

Mendieta, Nardon, Herrero, Pérez y Crivello ....................................................................................49 Nanoestructuras y máquinas moleculares. Algunos estudios, desarrollos y perspectivas

Mendoza ............................................................................................................................................51 Modelización de nanopartículas Ni3Al

Mosca, Canzian y Bozzolo ................................................................................................................53 Aprovechamiento de materiales de construcción provenientes del descarte en explotaciones

de canto rodado del este de la provincia de Entre Ríos Muñoz, Calvo y Treppo .....................................................................................................................55

Efecto del agregado de aditivos nanoestructurados en el comportamiento de electrodos

porosos de hidróxido de níquel Ortiz, Castro y Real ...........................................................................................................................57

Análisis fisicoquímico y ambiental de residuos de diversos procesos industriales

Pelozo y Quaranta. ............................................................................................................................59

iii

Cerámicos de base arcillosa con incorporación de residuos. Estudio comparativo de sus propiedades. Quaranta, Caligaris, Unsen, López y Pelozo ....................................................................................61

Soldaduras circunferenciales de aceros avanzados 9CrMo: metalurgia y propiedades

Ramini, Surian y Zalazar ...................................................................................................................63 El crecimiento del moho aspergillus niger y el contenido de calcio de los morteros de

cemento normal y con adiciones Rosato, Sota y Prunell .......................................................................................................................65

Adsorción: interacciones y heterogeneidad

García y Sanchez-Varretti .................................................................................................................67 Paneles compuestos: nuevo procedimiento de elaboración

Cano, Romía, García y Sanchez-Varretti ..........................................................................................69 Cálculos de propiedades electrónicas y estructurales de semiconductores II-VI

Martínez, Faccio, Soriano, Trigubó y Rabinovich .............................................................................71 Obtención de ε-Caprolactama a partir de materiales mesoporosos modificados con boro

Vaschetto, Fernandez, Herrero, Casuscelli y Eimer .........................................................................73

2° Taller de Doctorandos en Ingeniería de Materiales Soldadura de aceros avanzados para alta temperatura: procedimiento de soldadura,

composición química, microestructura y propiedades mecánicas Ariel Burgos .......................................................................................................................................75

Tratamientos superficiales de difusión y recubrimientos asistidos por plasma para aceros

inoxidables de uso industrial Eugenia L. Dalibon ............................................................................................................................77

Estudio de grillas poliméricas en sistemas anti-reflejo de fisuras considerando sistemas

dinámicos de solicitación Héctor Luís Delbono ..........................................................................................................................79

Microestructura y caracterización fisicoquímica de refractarios post-mortem provenientes de

la industria siderúrgica Osmell Díaz .......................................................................................................................................81

Desarrollo y caracterización de materiales de electrodo para dispositivos electroquímicos

basados en nuevos criterios de ingeniería de diseño Mariela G. Ortiz .................................................................................................................................83

Caracterización fisicoquímica de residuos industriales diversos:

I: Análisis ambiental en relación a su uso en rellenos estructurales permeables. II. Análisis de factibilidad de reutilización como materia prima en la industria cerámica. Gisela Pelozo ....................................................................................................................................85

Hormigones con adiciones activas: diseño, optimización y caracterización con criterio de

sustentabilidad Belén Raggiotti ..................................................................................................................................87

Envolventes de hormigón liviano sustentable: diseño y propiedades para el ahorro

energético Iris Sánchez Soloaga ........................................................................................................................89

iv

Propiedades de una película de Ti – TiN depositada sobre acero AISI 316l nitrurado por plasma Laura S. Vaca ....................................................................................................................................91

Aplicación de la técnica de microscopía a alta temperatura para la determinación del ángulo

de contacto de escorias sintéticas Marcelo A. Valentini ..........................................................................................................................93

Conferencias Invitadas ........................................................................................................................95 Imágenes para el recuerdo ..................................................................................................................96

2° Reunión Materiales Tecnológicos en Argentina

1

PROPIEDADES MAGNÉTICAS Y CARÁCTER SEMICONDUCTOR DE MFe2O4 (M: Mg2+ y/o Co2+) PROVENIENTES DE HDL

Ulises Agú

1,2*, Marianela Zannier

2, Marcos Oliva

1,3, Eduardo Herrero

1,2, Sandra Casuscelli

1,2, Mónica

Crivello2.

1CONICET (Argentina).

2CITeQ-FRC-UTN, Ciudad Universitaria, Córdoba, 5016 (Argentina).

3Grupo de Ciencias de Materiales, FAMaF, UNC, Córdoba, 5016 (Argentina).

[email protected]

Introducción En las últimas décadas, las ferritas modificadas (MFe2O4), donde M es el metal +2, han despertado particular interés en diversas áreas de la ciencia, debido a sus propiedades, entre ellas las magnéticas, catalíticas, semiconductoras, etc. [1-3]. Dichos materiales pueden ser sintetizados a partir de la calcinación en aire de los hidróxidos dobles laminares (HDL) de Fe

3+ y M

2+ (Co

2+ y/o Mg

2+).

Dado que las MFe2O4 presentan carácter semiconductor, estos materiales han sido empleados con éxito como catalizadores y foto-catalizadores en el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos orgánicos en solución [4]. Además, estos materiales exhiben propiedades magnéticas (superparamagnéticas y ferromagnéticas) de interés en diversos campos, que pueden ser provechosas para la recuperación del catalizador posterior a su utilización catalítica. En el presente trabajo se informa acerca de los resultados obtenidos de la caracterización fisicoquímica de ferritas modificadas de Mg y Co con precursores HDL para ser utilizadas en fotocatálisis. Materiales y Métodos Los HDL se sintetizaron utilizando el método de coprecitación y una relación molar teórica de cationes M

2+/Fe

3+ de 3/1, siendo M

2+: Mg

2+ y/o Co

2+. Además se emplearon relaciones molares Co

2+/Fe

3+ de:

0,0; 0,2 y 0,4 (Tabla 1). Se evaluaron dos métodos de envejecimiento: a temperatura ambiente (rt) e hidrotérmico a 200ºC en autoclave (ht). Finalmente, los HDL obtenidos fueron calcinados en atmósfera de aire a 550ºC por 10 horas, para obtener las MFe2O4. Resultados y Discusión Las ferritas modificadas y sus precursores fueron caracterizados fisicoquímicamente a través de: difracción de rayos-X (PHILIPS PW3830 de radiación CuKα), espectroscopía de reflectancia difusa UV-Visible (Jasco V-650), espectroscopía IR-TF (JASCO FTIR 5300), área específica por técnica BET (Micromeritics ASAP 2000) y de la Magnetización en función del campo aplicado (VSM Lakeshore 7300 a temperatura ambiente y ±15000 Oe). Por la DRX de los precursores (no mostrado), se determinó que un contenido de 5% de Co mejora la estructura de capas, mientras que con un contenido de 10% la cristalinidad es pobre formándose especies segregadas tales como Co(OH)2. En Figura 1 se observan los patrones de DRX de los materiales calcinados, observándose la presencia de la fase MFe2O4 conjuntamente con MgO en estructura periclasa. El mayor contenido de ferritas modificadas se logró con un contenido del 5% de Co. Dichos resultados coinciden con lo observado por IR-TF y espectroscopía reflectancia difusa UV-visible. Por otro lado, del estudio magnético se determinó que los materiales sintetizados por envejecimiento ht presentaron comportamiento ferromagnético, atribuido a la contribución de las espinelas de hierro tipo ferrita modificada. Las muestras sin Co y las sintetizadas por el método rt, exhibieron un claro comportamiento superparamagnético, indicando la presencia de MFe2O4 en pequeñas partículas [5]. En Tabla 1 se exhiben las áreas específicas de los materiales calcinados; observándose que la misma disminuye con el incremento de la cantidad de Co empleado. En cuanto a los valores de energía de bang gap (Eg), puede apreciarse que con el incremento del contenido de Co disminuyen desde 2,3 a 1,68 eV. Es decir, se amplía el rango de absorción de las muestras a regiones del infrarrojo cercano, haciéndolas aptas para ser utilizadas como foto-catalizadores con luz visible.

mailto:[email protected]


2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Inte

nsid

ad

10Co(ht)

10Co(rt)

5Co(ht)

5Co(tr)

0Co(ht)

0Co(tr)

*

*

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+

+

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**

*

+

+

+

Figura 1. DRX de las muestras calcinadas. (*) MFe2O4, (+) MgO.

Sin embargo, para la muestra 10Co(rt), el valor de Eg aumenta a 2,874 eV, debido probablemente a la pobre cristalinidad de la fase ferrita modificada observada por DRX y a la presencia de partículas pequeñas con comportamiento superparamagnético.

Tabla 1. Áreas específicas y energía de band gap (Eg) de los materiales calcinados.

Síntesis Relación Co2+

/Fe3+

Método Áreas [m2/g] Eg (eV)

0Co 0,0 (ht) 61 2,373

(rt) 73 2,273

5Co 0,2 (ht) 47 1,710

(rt) 46 1,800

10Co 0,4 (ht) 39 1,679

(rt) 32 2,874

Conclusión De la calcinación en aire de los materiales HDL sintetizados se obtuvieron ferritas modificadas de Mg y/o Co. Se determinó que las muestras con 5% de Co, y las muestras con 10% de Co obtenidas bajo el método de síntesis con envejecimiento rt, exhibieron comportamiento semiconductor a bajos niveles de energía, haciéndose aptos para ser utilizados como foto-catalizadores con luz visible. Por otro lado, los materiales sintetizados por método rt presentaron carácter superparamagnético, atribuido a la presencia de pequeñas partículas dispersas de MFe2O4 en una matriz de MgO [6]. Referencias [1] Ohishi, Y., Kawabata, T., Shishido, T., Takaki, K., Zhang, E., Wang Y., Nomura, K., y Takehira, K.

Appl. Catal. A: General 220, 231 (2005). [2] Zhang X., Dongliang W., Zhang S.,Ma, W.Y., Awaji, S., y Watanabe, K. J. Magn. Magn. Mater.

30223, 3027 (2010). [3] Mantilla, A., Tzompantzi, F.,Fernández, J.L., Diaz Góngora, J.A.I., y Gómez R. Catal. Today. 353,

357(2010). [4] Costa, R., Fontes Lelis, M., Oliveira, L., Faabris, J., Ardisson, J., Rios, R., Silva, C., y Lago, R.

Catal. Commun. 524, 529 (2003). [5] Heredia, A., Oliva, M., Zandalazini, C., Agú, U., Eimer, G., Casuscelli, S., Herrero, E., Pérez, C., y

Crivello, M. Ind. Eng. Chem. Res. 6695, 6703 (2011). [6] Crivello, M., Pérez, C., Fernández J., Eimer, G., Herrero, E., Casuscelli, S., y Rodríguez-Castellón,

E. Appl. Catal. A: General 11, 19(2007).


3

ABSORCIÓN DE AGUA DE HIDROGELES DE POLI (2-HIDROXIETIL METACRILATO -CO- 2- (DIISOPROPIL AMINO) ETIL METACRILATO)

SENSIBLES AL pH Y A LA TEMPERATURA

P.A. Faccia† Y J.I. Amalvy†‡

† Grupo (Nano)Materiales Poliméricos - Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), (CCT La Plata - CONICET- Universidad Nacional de La Plata), Diag. 113 y 64. †‡ Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencia y Tecnología de Materiales (CITEMA), Facultad

Regional La Plata (Universidad Tecnológica Nacional) 60 y 124 y Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, Calle 1 y 47.

(1900) La Plata, Buenos Aires - Argentina. [email protected] – [email protected]

Introducción Los hidrogeles son polímeros hidrofílicos entrecruzados capaces de absorber grandes volúmenes de agua pero insolubles debido a su estructura tipo red. Se han usado varios hidrogeles para una amplia gama de aplicaciones debido a que un gran número de ellos son biocompatibles. Los hidrogeles estímulo-sensibles son materiales muy atractivos para la aplicación en ciencia de biomateriales como sistemas de liberación de drogas en sitios específicos (Bajpai y col., 2008). El contenido de agua absorbido por gel es la propiedad más importante que influye en sus propiedades ópticas, en el mecanismo de permeabilidad y en su potencial uso como sistemas de liberación de drogas. Varias características del polímero influyen en el contenido acuoso, como la densidad de entrecruzamiento, el tipo de grupos iónicos en el polímero, el pKa de los grupos ionizables y factores de la solución, como la fuerza iónica, pH y temperatura (Brannon-Peppas y Peppas, 1991). El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto de la composición, densidad de entrecruzamiento, pH y temperatura, en el contenido acuoso de películas p(HEMA-co-DPA). Materiales y métodos Se sintetizaron hidrogeles de 2-hidroxietil metacrilato (HEMA) y 2-(diisopropil amino) etil metacrilato (DPA), usando etilenglicol dimetacrilato (EGDMA) como agente entrecruzador mediante polimerización radicalaria. La proporción de HEMA/DPA usada fue 90/10 y 70/30 % p/p con 1 y 3 % p/p de agente entrecruzador (Faccia y Amalvy, 2012). El homopolímero pHEMA también se preparó a modo de comparación. El contenido acuoso (CA) de copolímeros con diferentes proporciones de HEMA/DPA y entrecruzador se estudió en el rango de pH de 5,5 a 8,5, empleando una solución buffer de fosfato (PBS = 0,1 M) y a temperaturas desde 15 a 45 ºC. El CA de los hidrogeles se calculó mediante:

CA (%) = ((Ws,∞ − Wd)/ Ws,∞ ) x 100 Donde Ws,∞ es el peso de la película hinchada en el equilibrio y Wd el peso de película seca. Las muestras fueron denominadas con una notación abreviada, por ejemplo HD90/10-1 indica un polímero con 90 % p/p de HEMA y 1 % p/p de entrecruzador. Resultados y discusión La Figura 1 muestra la variación del CA a 25 °C para los hidrogeles en función de la relación HEMA/DPA, con 1 % p/p de agente entrecruzador desde pH 5,5 a 8,5.

Figura 1. CA para p(HEMA-co-DPA) con 1 % p/p de entrecruzador para pH 5,5 a 8,5 a 25 °C.

10

20

30

40

50

60

70

80

5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5pH

Wa

ter

con

ten

t (w

t. %

)

HD100/0-1

HD90/10-1

HD70/30-1

Co

nte

nid

o a

cuoso (

% p

/p)

10

20

30

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HD100/0-1

HD90/10-1

HD70/30-1

Co

nte

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% p

/p)



4

El CA para los hidrogeles de pHEMA es similar (~ 30 % p/p) y sin dependencia significativa con el pH en el rango estudiado. Por el contrario, los copolímeros p(HEMA-co-DPA) muestran un comportamiento muy interesante. A pH 8,5 el CA es inversamente proporcional al contenido de DPA, 19,0 y 29,0 % p/p para 30 y 10 % p/p de DPA, respectivamente. La incorporación de grupos aminos a la matriz polimérica reduce el espacio de la red interior, posiblemente debido a la formación de enlaces intermoleculares entre los grupos pendientes. Sin embargo, la disminución del pH causa un aumento en el CA proporcional al contenido de DPA. Esto se atribuye a la protonación de los grupos aminos, aumentando de esta manera las fuerzas repulsivas electrostáticas entre los grupos amino catiónicos del DPA lo que obliga a la red a expandirse y permitiendo que el agua entre en la matriz. Estas características permiten al sistema controlar la liberación de drogas cuando el pH del medio cambia (Bajpai y col., 2008). El efecto de la densidad de entrecruzamiento en el CA de hidrogeles sigue la tendencia esperada, el CA decrece con la densidad de entrecruzamiento creciente (Robert el col., 1985). En la Figura 2 se muestra la influencia de la temperatura en el contenido acuoso de las películas p(HEMA-co-DPA) con 1 % p/p de entrecruzador para pH 7,5.

Figura 2. CA para películas p(HEMA-co-DPA) con 1 % p/p de entrecruzador a pH 7,5 a diferentes temperaturas.

El CA para los hidrogeles de pHEMA es similar (~ 30 - 35 % p/p) y una dependencia no significativa en el rango de temperatura estudiado. Por el contrario, los copolímeros de p(HEMA-co-DPA) muestran un comportamiento muy interesante. A alta temperatura el CA es inversamente proporcional a la cantidad de DPA. Sin embargo, la disminución de la temperatura produce un aumento en el CA que es proporcional a la cantidad de DPA. Este aumento se atribuye a una transición hidrofílica-hidrofóbica que ocurre cerca de 30°C, cambiando las interacciones entre los restos de DPA y las moléculas de agua. Conclusiones El CA de los hidrogeles de p(HEMA-co-DPA) es sensible a cambios en el pH y la temperatura, en los rangos estudiados en este trabajo. El CA depende de la composición y del grado de entrecruzamiento. Actualmente se está estudiando la cinética de hinchamiento y evaluando potenciales aplicaciones para estos nuevos hidrogeles. Referencias Bajpai, A.K., Shukla, S.K., Bhanu, S. and Kankane, S., “Responsive polymers in controlled drug delivery”, Prog Poly Sci, 33,1088-1118 (2008). Brannon-peppas, L. and Peppas, N.A., “Equilibrium swelling behavior of pH-sensitive hidrogeles”, Chem Eng Sci ,46,715-722 (1991) Faccia P.A. and Amalvy J.I., “Synthesis, characterization and swelling behavior of new pH-sensitive hidrogeles derived from copolymers of 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-(diisopropylamino) ethylmethacrylate”. J. Appl. Polym. Sci. in the press. Robert, C.C.R., Buri, P.A. and Peppas, N.A., “Effect of degree of crosslinking on water transport in polymer microparticles”, J Appl Polym Sci, 30,301-306 (1985).

15

25

35

45

55

65

75

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Temperature (ºC)

Wa

ter

Co

nte

nt

(%)

HD100/0-1

HD90/10-1

HD70/30-1

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Temperatura (°C)


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ÓXIDOS METÁLICOS MIXTOS DERIVADOS DE PRECURSORES TIPO HIDROTALCITA

Balsamo1*

, N., Herrero1 , E.,Casucelli

1, 2, S., Eimer

1, 2, G., Crivello

1, M.

1 Centro de Investigación y Tecnología Química, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad

Regional Córdoba. Cuidad Universitaria, 5016 Córdoba 2 CONICET

[email protected]

Introducción Los óxidos metálicos mixtos constituyen uno de los grupos de catalizadores con mayor desarrollo industrial. El hecho de soportar un metal sobre óxidos permite controlar las propiedades ácido/base de la fase soportada, así como su grado de dispersión y propiedades electrónicas (red/ox). Los óxidos de Mg-Al sintetizados a partir de hidrotalcita (HT) o Hidróxidos de Doble Capa (HDC) tienen la particularidad de presentar mayores áreas superficiales y por ende mayor volumen de poros que sus precursores. Un tercer metal incorporado en la estructura ya sea en la red cristalina o en superficie con dispersión uniforme puede aumentar la actividad de los sitios de estos materiales en aquellas reacciones que ocurren, por ejemplo, por vía básica, como la deshidrogenación de un alcohol, la transesterificación selectiva de glicerol hacia monoglicéridos, etc. [1]. Los HDC presentan importantes aplicaciones como precursores catalíticos o soportes [2]. La estructura de los HDC consiste en capas de brucita superpuestas con aniones entre ellas. Estos compuestos pueden ser representados por la fórmula [M(II)1-X M(III)X(OH)2]

x+ (An

-x/n).mH2O. Donde

M(II) y M(III) representan los cationes di- y trivalentes respectivamente y An al anión de la intercapa. La calcinación de dichos compuestos produce óxidos metálicos mixtos [3]. El objetivo de este trabajo es comparar propiedades estructurales de los óxidos mixtos de metales de los grupos I, II y transición (Li, K, Cs, Ba, Cu, La y Ce) sintetizados a partir de materiales tipo hidrotalcita por dos métodos diferentes, co-precipitación e impregnación por vía húmeda. Materiales y métodos Los óxidos metálicos mixtos sintetizados a partir de HDC por el método co-precipitación que consistió en preparar tres soluciones; una conteniendo los nitratos de Mg, Al y el metal a incorporar, otra de Na2CO3, mientras que la tercera (NaOH) se utiliza para mantener el pH constante en 10. Las dos primeras se gotean a 60 mL.h

-1 bajo vigorosa agitación. Finalizado el goteo se deja agitando por 4 h y

luego en reposo durante toda la noche. El precipitado resultante se lava hasta pH 7; se seca en estufa a 90ºC y por último se calcina a 450ºC durante 9 h. En el Método de Impregnación el soporte (óxido metálico mixto proveniente de hidrotalcita calcinada) se pone en contacto con la solución impregnante (sales de metales antes mencionados) durante 30 min. El agua remanente se extrae mediante un evaporador rotatorio y posteriormente el material se seca en estufa a 85-90ºC durante toda la noche. La etapa final de preparación, consiste en convertir el precursor catalítico a su forma activa mediante la calcinación en corriente de aire a 350ºC por 1 hora y luego a 500ºC por 8 horas. Los materiales fueron caracterizados por difracción de rayos X (XRD), área superficial mediante el método BET, microanálisis con sonda de electrones (EDX) y Microscopía de barrido electrónico (SEM). Resultados y discusión La Figura 1 muestra los difractogramas de Rayos X, lo que permitió corroborar la existencia de la estructura laminar propia de los HDC y los picos característicos del MgO en los óxidos. En la Tabla 1 se exhiben las áreas superficiales obtenidas por el método BET, en la misma se observa una disminución de las áreas por la incorporación de los cationes metálicos. Dicha disminución se acentúa más aún en las áreas de los óxidos obtenidos por el método de impregnación, excepto en el de Cu. El mapeo químico llevado a cabo por microanálisis con sonda de electrones (EDX) en diferentes zonas de cada material permite afirmar que se ha incorporado el tercer metal. En la Figura 2 se muestra la morfología de los materiales sólidos analizada a través de SEM de los óxidos con K incorporado. Si bien se realizaron micrografías de todos los materiales, se muestran sólo la de K. Las partículas en ambas micrografías aparecen como granos irregulares. En el caso de los óxidos mixtos con K incorporado se destacan partículas densas y con mayor irregularidad de tamaño en los óxidos obtenidos por el método de impregnación, mientras que las partículas obtenidas por el método de co-precitación, en general, son más pequeñas.



6

(a) (b)

Fig. 1. Difractogramas de rayos X (a) de los precursores y (b) de los óxidos metálicos mixtos.

Tabla 1. Radios iónicos de los metales incorporados y áreas superficiales de los óxidos obtenidos.

Óxidos radio iónico[pm] Áreas [m2/g] impregnación coprecipitación

MgAlOx 51 (Mg) 158,25 (Al) 318 252

LiMgAlOx 68 142 268

KMgAlOx 133 150 282

CsMgAlOx 167 148 288

BaMgAlOx 134 172 213

CuMgAlOx 72 176 135

LaMgAlOx 104.5 184 301

CeMgAlOx 101 181 212

Fig. 2. SEM de los óxidos mixtos con K sintetizados por (a) impregnación y (b) co precipitación. Conclusiones Se logró adicionar cationes metálicos en la estructura de los HDC a partir de ambos métodos de síntesis, independientemente del tamaño del catión utilizado. Por ambos métodos se lograron áreas superficiales importantes, pero más aun en los óxidos obtenidos por co precipitación. Como se puede observar por SEM, en general las partículas aparecen como granos irregulares pero con distribución de tamaño más uniforme en las de los óxidos obtenidos por co precipitación. Referencias [1] Ferretti, C. A., Soldano A, Apesteguía, C. R, Di Cosimo, J. I. Chem. Eng. J. 161, 346 (2010). [2] Rives, V. y Ulibarri, M. A., Coord. Chem. Rev. 181, 61 (1999). [3] Melo, F. y Morlanés, N., Catal. Today 133, 374 (2008).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Inte

nsid

ad

(u

.a).

2 Tita (º)

Mg Al HT

K MgAl HT

Ba MgAL HT

CsMgAl HT

CuMgAl HT

CeMgAl HT

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Inte

nsid

ad

ua

2 Tita

LiMgAl Óx.

CsMgAl Óx.

BaMgAl Óx.

LaMgAl Óx.

CuMgAl Óx.

MgAl Óx.

a) b)


7

REUTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN CON YESO

Begliardo H.1, Sánchez M.

1, Panigatti M.

2, Garrappa S.

1, Stellón O.

1, Fornari J.

1, Keller S.

1

1Departamento de Ingeniería Civil, U.T.N. F.R.Rafaela

2Laboratorio de Química, U.T.N. F.R.Rafaela

Bv.Roca 989, (2300) Rafaela (SF)

[email protected] Introducción El yeso es tradicionalmente utilizado en las construcciones civiles bajo condiciones de aplicación húmedas (revestimiento de paredes, cielorrasos), o secas (placas laminadas, mampuestos). El descarte por sobrante, fragüe, caídas o rechazo de demoliciones suele tener por destino final los Rellenos Sanitarios o vertederos, configurando un impacto medioambiental negativo por cuanto, entre otras razones, se está llevando a disposición final un recurso mineral natural no renovable que es reciclable, dado que las propiedades aglomerantes del yeso fraguado pueden ser recuperadas a partir del secado a diferentes temperaturas. El objeto de este trabajo es presentar los avances de estudios y ensayos de laboratorio realizados con residuos de yeso de obras aplicado en condiciones húmedas y secas, como parte de una investigación de mayor envergadura actualmente en desarrollo en la UTN F.R. Rafaela. El material fue sometido en laboratorio a un proceso de molienda y tamizado, y luego llevado a distintas temperaturas de deshidratación, de crecimiento escalonado, entre 100°C y 140°C. Tras ello se elaboraron tres tipos de mezclas a partir de un yeso cocido Tipo A según Norma IRAM 1607, utilizado como matriz, con la inclusión de yeso recuperado en un 10%, 20% y 30% del peso total para cada temperaturas de secado. Se practicaron determinaciones físico-químicas y confeccionaron probetas cúbicas, prismáticas y cilíndricas empleando bórax como aditivo retardador en el agua de empaste. Estas fueron sometidas a ensayos físicos, conforme a Normas IRAM 1608, NCh 144 y procedimientos propios, respectivamente. Los resultados permitieron definir el encuadre de las diferentes mezclas dentro de los requisitos de aceptación planteados por la normativa nacional para yesos de uso en la construcción, y establecer comparaciones con la extranjera, poniendo de manifiesto la posibilidad de reutilizar el material recuperado en la misma disciplina, con los consiguientes beneficios que de ello derivan. Materiales y métodos El material recogido de las obras en las que el yeso se aplicó en condiciones húmedas (YH), debido a rechazos por fragüe, caídas o sobrantes, fue sometido en laboratorio a un proceso manual de separación gruesa de impurezas, secado, trituración, molienda y posterior tamizado por el tamiz IRAM 1,18 mm. Tras ello, se llevó el producto a distintas temperaturas de deshidratación de crecimiento escalonado (100°C; 110°C; 120°C; 130°C y 140°C). Los residuos de obras de aplicaciones en seco (YS) correspondieron a placas de yeso laminadas pertenecientes a una misma marca comercial, líder en el mercado, a fin de homogeneizar la calidad del material para los estudios. A los trozos recuperados se les extrajo la cobertura de cartón, previa inmersión en agua, para posteriormente recibir un tratamiento similar al dado a los yesos tipo YH. El estudio comprendió la elaboración de tres tipos de mezclas por cada temperatura de secado, tanto para YH como YS, conformadas por la inclusión de yeso recuperado en un 10%, 20% y 30% del peso total en una matriz de yeso cocido Tipo A según Norma IRAM 1607. Este último, tomado como patrón de referencia (YP), perteneció a una de las marcas tradicionales del mercado nacional. Sobre las mezclas estudiadas, incluida la del YP, se practicaron determinaciones físico-químicas conforme a Norma IRAM 1608. Por cada una de ellas se confeccionaron 5 probetas cúbicas (70,7 mm de lado) para su ensayo a compresión simple según la misma Norma; 3 probetas prismáticas (40x40x160 mm) para ser ensayadas a flexo-compresión conforme a Norma Nch 144, y 3 probetas cilíndricas (46,2 x 96,4 mm) para su ensayo a tracción por compresión diametral con procedimiento interno del laboratorio. Para algunas de las mezclas se han elaborado probetas cilíndricas adicionales, las que fueron ensayadas a compresión simple con el objeto de obtener correlaciones con el ensayo de tracción, por carecerse de este tipo de datos para el yeso en la literatura. En el agua de empaste para la confección de las probetas se incluyó bórax como retardador de fragüe, en dosis similar a la empleada para la determinación de la pasta de consistencia normal (1,4% en peso). Tras el desmolde se curaron en cámara húmeda por 72 horas, y se secaron en ambiente de laboratorio hasta obtener masa constante (+/- 0,1%).



8

Resultados y discusión a) Pasta de consistencia normal. Relaciones agua/yeso. Todas las probetas fueron elaboradas con la relación en peso agua/yeso obtenida de la determinación de la pasta de consistencia normal. Para el YP dicha relación fue del 68,50%. La distribución de las mezclas tipo YH quedó comprendida entre el 61,50% y el 71,00%, con una media del 67,07%, y las tipo YS entre el 63,00% y el 73,50%, con un promedio del 68,67%. La demanda de agua ha sido, en general, creciente con el aumento del porcentaje de yeso recuperado para cada temperatura estudiada, ubicándose dentro de los límites normados en IRAM 1608 (110 a 160 cm

3).

b) Tiempos de fragüe. Los tiempos de inicio y final de fragüe de todas las mezclas (t), en minutos, han estado dentro de lo requerido para los yesos Tipo A en Norma IRAM 1607(3≤ t ≤ 25) y la Norma NCh143 (7≤ t ≤ 35). c) Análisis fisicoquímicos. El contenido de agua combinada disminuyó con la temperatura de secado. El contenido de sulfato de calcio del yeso recuperado, tanto de placas como de aplicaciones en condiciones húmedas se enmarcó dentro de los requisitos exigidos para yesos Tipo B (yeso “gris”, s/Norma IRAM 1607). d) Densidad. Las densidades secas promedios de todas las probetas elaboradas, y para cada una de las mezclas, tendieron a decrecer con el incremento de yeso reciclado, corroborándose que a mayor relación agua/yeso la compacidad disminuye. En general se obtuvieron densidades bajas, atribuyéndose ello a la incorporación del retardador al confeccionar las probetas por cuanto éste, al provocar la lentitud del fragüe, da lugar a cristalizaciones de mayor tamaño que aumentan la porosidad de la masa. e) Cubos. Sólo la resistencia a la compresión para las probetas YP y las de unas pocas mezclas se ubican dentro de lo requerido por Norma IRAM 1607 para los yesos Tipo B (≥ 50 daN/cm

2). En general, las

resistencias decrecen para cada mezcla con el incremento del porcentaje de yeso reciclado. Es evidente la incidencia de las bajas compacidades en las resistencias finales. Mezclas similares elaboradas sin aditivo en anteriores experiencias del laboratorio, superaron las exigencias para yesos Tipo A (≥ 80 daN/cm

2).

f) Prismas. Los prismas se ensayaron a flexión y compresión conforme a Norma NCh144. Las resistencias fueron muy bajas en todos los casos, estando la media de todas las mezclas en el orden del 50% de lo requerido en NCh143 para la flexión y del 40% para la compresión, ello debido a la baja compacidad de las probetas a consecuencia del aditivo retardador incorporado al agua de empaste. g) Cilindros La relación tracción por compresión diametral/compresión simple de las probetas cilíndricas arrojó un promedio del 18,76% para todo el conjunto de mezclas tipo YH, y del 19,43% para las tipo YS. El ensayo de tracción por compresión diametral no está normalizado para yesos, por lo que se siguió un procedimiento interno del laboratorio similar al aplicado a probetas de hormigón.

Conclusiones La incorporación al yeso comercial de residuos de yeso recuperados de placas laminadas, o descartes de aplicaciones en condiciones húmedas, sometidos a un proceso de molienda y secado de 100 °C a 140 °C, en porcentajes de hasta el 30% en peso, permite obtener muestras que conservan sus propiedades aglomerantes, con tiempos de inicio y final de fragüe enmarcados dentro de las requisitos de Norma IRAM 1607 para yesos Tipo A, y los de Norma NCh 143 para yesos calcinados. La incorporación de bórax como aditivo retardador de fragüe en la elaboración de probetas provocó un descenso de la densidad, con la consiguiente disminución de la resistencias mecánicas. Debido a ello la calificación de algunas de las mezclas pasó de yesos Tipo A (“blanco”, para enlucidos), obtenida en anteriores experiencias sin el empleo de bórax, a la de yeso Tipo B (“gris”, para revoques gruesos). Otras mezclas, en razón del aditivo, no alcanzaron el piso mínimo requerido para ser calificadas aptas para estas aplicaciones. La recuperación de residuos de yeso aplicado tanto en condiciones húmedas como secas, redunda en beneficios medioambientales tales como la conservación de un recurso natural no renovable (roca de yeso) y la reducción de consumos energéticos. Este trabajo ha presentado avances de una investigación más amplia en curso, la cual se complementará con el estudio y ensayo de probetas elaboradas sin la incorporación del aditivo retardador. Conforme a antecedentes obtenidos en experiencias anteriores del laboratorio se prevé con ellas alcanzar mayores resistencias en las mezclas, de modo que queden satisfechos los requisitos exigidos para los yesos Tipo A de la Norma IRAM 1607.


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ESTUDIO DE LA CAPACIDAD Y VELOCIDAD DE SUCCIÓN EN HORMIGONES ELABORADOS CON AGREGADOS GRUESOS RECICLADOS DE PAVIMENTOS

DEMOLIDOS Y ARENAS RESIDUALES

Gustavo L. Bolla, Patricia V. López, Susana R. Facendini. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Paraná. Dpto. Ingeniería Civil.

Paraná. Entre Ríos. Argentina.

[email protected] Introducción En el presente trabajo se han evaluado desde el punto de vista de la durabilidad, hormigones confeccionados con diferentes porcentajes de residuos provenientes de la construcción. Esta investigación es continuación de la iniciada en el año 2010 cuyos resultados se han informado en el Matte@r 2010 [1]. Se utilizó un agregado grueso obtenido de la demolición y trituración de residuos del bacheo de un pavimento de hormigón colapsado, y un agregado fino proveniente de desechos del lavado de canto rodado. A tal efecto se estudiaron la capacidad y velocidad de succión de los distintos hormigones, según la norma IRAM 1871, comparando los resultados con un hormigón patrón confeccionado con agregados comerciales del mismo origen. Experimental Se confeccionan seis tipos de hormigones: hormigón testigo (HC), cuatro hormigones con 25% (HR-25), 50%(HR-50), 75%(HR-75), y 100%(HR-100), de agregado grueso reciclado más arena comercial; y uno con agregado grueso reciclado y agregado fino proveniente de desechos de la explotación minera (HR-100-AC). Se utilizó cemento tipo CPC40 sin aditivos. Se diseñó la mezcla con el método de los pastones de prueba, adaptándolo, para una resistencia característica de 25 MPa; relación a/c 0,44 y un asentamiento esperado de 5 cm. Debido a la mayor absorción del agregado grueso reciclado, para mantener la trabajabilidad de la mezcla fue necesario saturarlo previamente. Se elaboraron tres probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, por cada tipo de hormigón, curadas durante 28 días en cámara húmeda. Luego se aserraron con una cortadora sensitiva elaborada especialmente para el proyecto (Figura 1), confeccionándose probetas de 15 cm de diámetro y 5 cm de altura, necesarias para ejecutar el ensayo (Figura 2).

Figura 1. Aserrado de las probetas Figura 2. Probetas aserradas e impermeabilizadas lateralmente listas para su saturación.

Resultados Con los datos obtenidos se determinó la capacidad (Cs) y velocidad de succión (Vs) para los diferentes tipos de hormigones ensayados, los cuales se indican en la Tabla Nº1.

Tabla Nº1. Capacidad y velocidad de succión capilar para los diferentes tipos de hormigón.

Hormigones Capacidad de succión [g/m2] Velocidad de succión [g/(m

2*seg

1/2)]

HC 1.170,85 1,59

HR-25 2.025,05 2,23

HR-50 2.070,09 2,18

HR-75 2.378,63 2,94

HR-100 2.950,59 3,05

HR-100-AC 2.070,96 2,57



10

Figura 3: Variación de Cs de los hormigones con agregados reciclados respecto al HC

Figura 4: Variación de Vs de los hormigones con agregados reciclados respecto al HC

En todos los casos que se exponen en la Tabla Nº1, la velocidad de succión capilar es inferior a 4,00, valor límite expresado por el reglamento CIRSOC 201. Conclusiones Se observa un significativo aumento de Cs y Vs en los hormigones confeccionados con materiales reciclados, respecto al hormigón testigo, debido a la mayor absorción de los agregados utilizados, tal como se aprecia en las Figuras 3 y 4 respectivamente. Como consecuencia de su mayor porosidad, a medida que se incrementa el porcentaje de agregado grueso reciclado en el hormigón, aumenta la Cs. No obstante, con el agregado de arenas residuales en los pastones disminuye la Cs, observándose resultados del HR-100-AC, similares al del HR-50. No se observa un incremento sostenido de la Vs como en el caso de la Cs, pero la tendencia es creciente a medida que aumenta el porcentaje de árido grueso reciclado. La incorporación de arenas residuales en los pastones también produce un decrecimiento de la Vs. Considerando los resultados indicados anteriormente, puede inferirse que hormigones de razones agua/cemento del orden de 0,44, CPC40, y elaborados con agregados reciclados de similares características a los utilizados en este estudio, en porcentajes menores o iguales al 100%, presentarían un adecuado comportamiento frente a la durabilidad. Por lo tanto, su empleo podría considerarse en la industria de la construcción como una alternativa factible, tanto desde el punto de vista económico, como ecológico. Referencias [1] Bolla Gustavo L., López Patricia V., Facendini Susana, “Hormigón con Agregados Reciclados

para Carreteras”. ISBN 978-987-25855-1-8. [2] Bolla Gustavo L., López Patricia V., Facendini Susana. “Concrete with recycled aggegates for

roads”. 16 th IRF World Meeting, Lisbon, 2010. [3] Thikness Desing for Concrete Haihway and Street Pavements. Canadian Edition, (1984). [4] Relevamiento de Residuos Generados por la Industria y por la Construcción (en los

Departamentos: Paraná, Diamante, Victoria, La Paz y Nogoyá, de la Provincia de Entre Ríos. Bolla, López, Facendini.

[5] Relevamiento de RCD en la ciudad de Concepción del Uruguay y de RP de los departamentos Colón y Uruguay. El caso de las arenas de lavaderos de canto rodado. Muñoz, Schierloh, Treppo, Darío Panizza. Viviana Caravallo. Yolanda Giupponi.

[6] Caliço Lopes de Brito, Jorge Manuel. “Recycled concrete production. multiple recycling of concrete coarse aggregates”. Technical University of Lisbon, Portugal.

[7] Aguilar, Carlos; Muñoz, María Pía y Loyola, Oscar. “El Hormigón Reciclado”. Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ingeniería. Departamento de Obras Civiles.

[8] Probabilidad y Estadística con Aplicaciones para Ingeniería y Ciencias Computacionales. Milton j. Susan, Arnold Jesse c. Editorial Mc Graw-Hill, 4ta edición Mexico.

[9] Comportamiento físico-mecánico de hormigones reciclados elaborados con canto rodado. C.J. Zega, V.L. Taus y A.A. Di Maio.

[10] Guía para la Durabilidad del Hormigón. Informado por el Comité ACI 201. Robert C. O'Neill. [11] Thikness Desing for Concrete Haihway and Street Pavements-Canadian Edition [12] Integrated Materials and Construccions Practices for Concrete Pavements. A State-of-the-

Practice Manual-FHWA-2006.


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ANALISIS PRELIMINAR DE LAS CAUSAS DE AHUELLAMIENTO PREMATURO EN CONCRETOS ASFALTICOS. ESTUDIO DE CASO.

Omar Valdivia

(1),Luis Olivencia

(1), Edgardo Espinoza

(1); Daniel Rodriguez

(1)

Gerardo Botasso(2)

; Oscar Rebollo(2)

, Cecilia Soengas(2)

(1) Laboratorio Vial Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Mendoza

Rodríguez 273, Mendoza [email protected]

(2) LEMaC, Centro de Investigación Vial Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata Avda. 60 y 124, La Plata. Buenos Aires, Tel/fax (0221) 4890413

[email protected] Introducción y Objetivos El ahuellamiento prematuro de la superficie de la calzada de muchos de los pavimentos recientemente construidos en la red de caminos provinciales y nacionales de Mendoza, requieren de un estudio urgente que permita determinar sus causas con el objeto de brindar una herramienta para la toma de decisión a los ingenieros proyectistas de carreteras en nuestro ámbito provincial. Las características particulares de los materiales constitutivos de los concretos asfálticos en caliente utilizados en la zona, el empleo de agregados pétreos triturados en bajo porcentaje respecto de agregados pétreos naturales o cantos rodados (alta disponibilidad y bajo costo relativo), los excesos de carga en los equipos de transporte, la concentración de cargas en determinados periodos del año, las condiciones ambientales particulares de amplitud térmica y altas temperaturas, el equipamiento y las tecnologías utilizadas para su construcción, la subestimación del tránsito y su relación con espesores inadecuados, pueden ser algunas de las causas de la deformación prematura de este tipo de pavimentos. Este trabajo se enmarca dentro de un PID inter Facultad y ha dado la formación del Laboratorio Vial de la UTN Mendoza y su vinculación con las Vialidades locales. Materiales y Métodos

Recopilación bibliográfica de tesis de postgrado en internet y en bibliotecas virtuales sobre el tema y la correspondiente compilación de los documentos, formando un registro físico.

Selección de tramos testigos con ahuellamiento, incluyendo los legajos de obra, fechas, situación de envejecimiento, en función del uso y resumen de la información recopilada.

Inventario de datos de cargas y tránsito en la red, incluyendo la información recolectada por los aforos permanentes (tránsito, cargas, condiciones meteorológicas, detallando precipitaciones y temperaturas).

Comparación de Especificaciones Nacionales e Internacionales.

Análisis y discusión de resultados Estudio de caso del Tramo A (Ruta Nacional provincia de Mendoza) con las siguientes caracteristicas:

Tabla Nº 1: Características del Paquete Estructural del Tramo A

Tránsito Medio Diario Anual TMDA Veh/dia (2005)

4.600

Composición 46,5 livianos; 4,5 omnibus; 49 % pesados

Carpeta de rodamiento Microaglomerado discontinuo en caliente tipo MAC-F10 de las especif. CPA. 3 cm de espesor

Base asfáltica Dos bases negras mezcla tipo CAC-D20 de 5 cm y 6 cm

Base granular 15 cm de estabilizado Granular

Subbases Dos subbases de 25 y 30 cm de espesor suelos seleccionados




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Discusión y Análisis Comparativo de las Especificaciones Técnicas Según los requerimientos técnicos previos a la ejecución y los controles realizados en obra se observa una falta de correlación de los ensayos realizados con las verdaderas condiciones a que están sometidos los pavimentos asfálticos, asi como la ausencia de ensayos predictivos de ahuellamiento. De la comparación de las distintas recomendaciones se resume que: Se apoya una carpeta tipo MAC F10 (3 cm de espesor ) sobre una base negra tipo CAC D20, con

exigencias dispares. Se exigen estabilidades >750 kg para la F10 y >600 kg para la CAC D20. La base superior del paquete debió considerarse como carpeta y no como base lo que implica un

cambio en las exigencias. En cuanto a los agregados pétreos de la Base CAC D20 utilizada, se observa que: El porcentaje exigido de agregados pétreos triturados es del 40% del retenido en el Tamiz 3/8” y

que de acuerdo a fórmula de obra representa el 24 % del árido grueso y 12% del total. De la fracción fina el 33% corresponde a arena de trituración y representa el 17% del total. El % de triturado total es el 29% frente a un 71% de agregados naturales zarandeados. Las recomendaciones de la Comisión Permanente del Asfalto (CPA) y del Ministerio de Fomento de España (PG3), indican la utilización de 100% de triturado. Comparando las especificaciones de los distintos entes se observa que no fueron incluidos los siguientes ensayos recomendados: La CPA recomienda el ensayo de resistencia conservada para verificar la adhesividad y el PG3,

exige realizar el ensayo de rueda cargada (WTT) para predecir ahuellamientos. El CPA recomienda la utilización de mejorador de adherencia si el ensayo de Adherencia es

menor del 95%. El ensayo de pulimento acelerado es recomendado por el CPA y el PG3.

Discusión y Análisis del Diseño Estructural Los materiales utilizados en las capas constitutivas del paquete estructural no fueron caracterizados mediante el ensayo del Módulo Resiliente y solo se realizaron ensayos de Valor Soporte (CBR) y utilizando correlaciones no verificadas entre los resultados de estos ensayos. Para el cálculo del espesor del paquete estructural no se consideró una fracción de vehículos pesados con sobrecargas en sus pesos por eje. Para fracciones de pesos por eje “razonables” de 50-20-30 (% de camiones cargados - % sobrecargados y % camiones con media carga), el número N (número de repeticiones de la carga en la vida útil del pavimento) es de 7.5x10

7, sensiblemente

superior al utilizado para el diseño del paquete estructural 2.9x107, deducido a partir de los espesores

adoptados y de las características de los materiales utilizados. Conclusiones Las conclusiones de este estudio preliminar indican:

1. La necesidad de considerar la inclusión de ensayos que pueden predecir el ahuellamiento prematuro de las mezclas asfálticas en caliente, tales como el WTT.

2. Es necesario caracterizar los materiales componentes del paquete estructural con ensayos que representen las condiciones de servicio, cargas pulsantes y repetitivas como es el caso del ensayo que determina el Módulo Resiliente.

3. La falta de censo de cargas con datos reales de pesos por eje, impone la necesidad de concientizar a las vialidades para que adopten medidas de control de cargas.

4. Los diseñadores deberán hacer hipótesis “realistas o conservadoras” de las cargas por ejes que tengan en cuenta los ejes con sobrecargas, por su relacion directa con la vida útil del pavimento.

5. La alta disponibiliad y bajo costo relativo de los agregados naturales (canto rodado) en las zonas pedemontanas de Mendoza necesita un estudio que indique las proporciones de triturado a utilizar que aseguren el buen comportamiento de las mezclas asfálticas a un costo económico razonable.


13

CARACTERIZACIÓN DE LA MOJABILIDAD MEDIANTE LA MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE UN ACERO 1045 PARA UN IMPLEMENTO

AGRÍCOLA

Rodrigo E. Taboada(1)

, Néstor O. Fuentes(2)

, Eduardo A. Favret(3,4)

y Adrián M. Canzian(5)

(*)

(1) Instituto de Tecnología “Prof. Jorge A. Sábato”, UNSAM – CNEA. Av. Gral. Paz 1499. B1650KNA –

San Martín. Buenos Aires. Argentina. (2)

Comisión Nacional de Energía Atómica – CNEA. Gerencia de Área Energía Nuclear – GAEN. GIDAT, UA Materiales. Av. Gral. Paz 1499. B1650KNA – San Martín. Buenos Aires. Argentina. (3)

Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria – INTA. De las Cabañas y los Reseros s/n. B1712WAA – Castelar. Buenos Aires. Argentina. (4)

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas – CONICET. Av. Rivadavia 1917. C1033AAJ – Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. (5)

Universidad Tecnológica Nacional. H. Yrigoyen 288. Gral. Pacheco. Buenos Aires. Argentina.

(*) UTN. FRGP. D

to Ingeniería Mecánica. Grupo de Caracterización y Modelización de Materiales.

[email protected]

Introducción En las últimas décadas surgió un nuevo campo interdisciplinario denominado Biomimetismo, el cual consiste en diseñar, construir, evaluar y mantener sistemas artificiales que imiten o se inspiren en el comportamiento o reproduzcan propiedades de sistemas vivos. Hoy en día el análisis de los principios funcionales y estructurales de ciertas superficies biológicas

(1) permiten su utilización en sistemas

artificiales. Por ejemplo, podríamos citar el efecto piel de tiburón, para generar superficies antifricción y “antifouling”, que inhiben el crecimiento de bacterias; el efecto ojo de polilla, para lograr superficies antirreflectantes (celdas solares); el efecto “Gecko” para el desarrollo de adherencia en seco y el efecto lotus (planta del Loto, Nelumbo nucifera) para producir superficies autolimpiantes ultrahidrofóbicas (pinturas Lotusan). Recientemente, se reportó

(2,3) que la modificación de la topografía de la superficie de un arado

inspirada en la cutícula de un escarabajo (Copris ochus Motschulsky) permitió reducir en, aproximadamente, un 30% el consumo de energía. Esto tiene un profundo impacto ecológico y económico como consecuencia del ahorro de combustible. En efecto, durante la labranza agrícola la adhesión de tierra a la herramienta utilizada para el laboreo juega un rol primordial, afecta tanto la calidad del trabajo como la eficiencia del proceso, pues parte de la energía (cerca del 50%) se pierde debido a la adherencia y fricción de la tierra. Por lo tanto resulta importante encontrar una alternativa que permita mejorar el proceso. Por otra parte, el análisis con un microscopio electrónico de barrido (SEM) de la cutícula de un insecto del suelo (grillo topo) muestra dos escalas de rugosidades, que podemos identificar como macro y microrugosidad al igual que ocurre con una superficie superhidrofóbica. Dado lo novedoso del tema y los potenciales beneficios que se pueden desprender, se decidió investigar cómo generar una microrugosidad sobre una probeta de acero 1045. Para tal fin se empleó un ataque químico (macroataque) que usualmente se emplea en metalografía. Para caracterizar la condición de mojabilidad se midió la variación del ángulo de contacto estático en función del tiempo de ataque químico. Materiales y métodos En todos los casos presentados en este trabajo se empleó un acero 1045 laminado con enfriamiento controlado, provisto por la COMPAÑÍA PANAMERICANA DE ACEROS SA. Estudios metalográficos indicaron un tamaño de grano 6,5 (Norma ASTM E112) y una dureza de 53 Rockwell A (145 Brinell). Las probetas con un tamaño de 7mm X 12mm y un espesor de 5 mm, fueron desbastadas con papel de lija al agua hasta 15 µm. Para el ataque químico se utilizó una solución de 300 ml de agua destilada y 30 g de amonio persulfato. El tiempo de ataque se varió hasta 5 minutos en intervalos de 5 segundos. Con el fin de poder comparar los comportamientos obtenidos con otros materiales, y para que no se oxide la probeta atacada, como paso previo a la observación con microscopio óptico, a todas las probetas se les depositó una capa oro mediante la descarga en atmósfera de Ar 99,9999% con presión de llenado de 0,12 milibares y una corriente de 60 mA durante 30 s. Para establecer la condición de mojabilidad de cada superficie estudiada se determinó el ángulo de contacto estático a partir de los perfiles medidos para gotas de 5 µl de agua destilada aplicadas con una micropipeta Huagei 5G.



14

Resultados y discusión En la Figura 1 se representan dos curvas envolventes entre las cuales se encuentran todos los datos experimentales obtenidos. A partir del valor medido para la superficie sin atacar (0 s), se observa una variación temporal oscilante que alterna máximos y mínimos. Los mayores valores obtenidos se encuentran próximos a los 110º, es decir, corresponden a una situación donde la superficie resulta hidrofóbica. A su vez, los valores mínimos obtenidos para los ángulos de contacto medidos en las probetas atacadas, resultan superiores al valor inicial que corresponde a la superficie sin atacar pero inferiores a 90

o lo cual resalta su carácter hidrofílico. Para los valores experimentales se obtiene un

máximo de (115,61 ± 2,60) º y un mínimo de (70,03 ± 4,79) º.

Conclusiones Los resultados obtenidos revelan una variación temporal oscilante que alterna máximos y mínimos para los valores de los ángulos de contacto estáticos medidos para tiempos crecientes de exposición al reactivo químico. Los valores máximos obtenidos se encuentran próximos a los 115º, y los valores mínimos de los ángulos de contacto medidos resultan cercanos a 70º. Bibliografía (1) Favret, E. and Fuentes, N. (Eds.). (2009). Functional Properties of Bio-inspired Surfaces:

Characterization and Technological Applications. World Scientific Publishing Company. (2) Rashid Qaisrani, LI Jian-qiao, M. Azam Khan, Iram Rashid. Soil Adhesion Preventing Mechanism

of Bionic Bulldozing Plates and Mouldboard Ploughs. Advances in Natural Science.V 3, No. 2, (2010) 100-107.

(3) Jin Tong , Jiyu Sun, Donghui Chen, Shujun Zhang. Geometrical features and wettability of dung beetles and potential biomimetic engineering applications in tillage implements Soil & Tillage Research. 80 (2005) 1–12.

Fig.1. Ángulos de contacto estáticos y ajuste de la variación de los valores

máximos y mínimos según las funciones dadas en el texto. Se grafican dos

curvas envolventes para facilitar la lectura.

0 50 100 150 200 250 300

60

70

80

90

100

110

120

130

Án

gu

lo d

e c

on

tacto

está

tico

(g

rad

os)

Tiempo de ataque (s)


15

ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO EN UNA JUNTA SOLDADA “FLARE V” BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE SOLDADURA

M.J. Castillo

(1), C. Marconi

(1), H. Rissone

(1), N.M. Ramini

(1)

(1)

DEYTEMA-Centro de Desarrollo y Tecnología de Materiales, Facultad Regional San Nicolás, Universidad Tecnológica Nacional, San Nicolás, Argentina.

[email protected]

Introducción El diseño de junta “flare V” es utilizado en ciertos sectores de la industria de la maquinaria agrícola en conexiones embridadas o miembros redondeados. Si bien éste es un tipo de unión que no requiere especificaciones determinantes de aplicación de códigos de construcción, cuando se define la soldadura existen diferentes combinaciones de parámetros y condiciones que determinan las propiedades de la unión soldada. Con el fin de evitar re-trabajos en las mismas y/o pérdidas de resistencia de las unidades soldadas es importante conocer la influencia que el procedimiento de soldadura tiene en las propiedades finales de estas uniones. El objetivo de este trabajo es analizar la calidad de cordones soldados en una junta “flare V” bajo diferentes condiciones de soldadura utilizadas frecuentemente en la industria de la maquinaria agrícola, las cuales incluyen calor aportado, tipo de gas protector y posición de soldadura. Materiales y métodos Se soldaron probetas de 150 mm x 300 mm de longitud, plegadas en el centro con un radio de junta de 75 mm. El material base utilizado es un acero SAE 1010 de 8 mm de espesor. Para la unión de los cupones se utilizó el proceso de soldadura por arco de metal y gas GMAW (gas metal arc welding) y el material de aporte empleado corresponde al alambre ER70S-6 de 1,2 mm de diámetro. Las probetas fueron soldadas con dos calores aportados, uno al que se denomina normal (N) y otro al que se denomina alto (A), la posición de soldadura utilizada fue vertical con progresión descendente (VD) y ascendente (VA), se emplearon dos tipos de gases protectores: 100% de CO2 (C) y una mezcla gaseosa compuesta por 80% de Ar y 20% de CO2 (M). Los parámetros de intensidad, tensión y velocidad de avance para las soldaduras realizadas con calor aportado N, fueron seleccionados según criterios utilizados en la práctica. A cada una de las probetas se le realizaron ensayos de microdureza, metalografía y análisis dimensional. En la Tabla 1 se muestran los parámetros de soldadura con los que se soldaron dichas probetas.

Tabla 1. Parámetros de soldadura

PROBETA GAS

PROTECTOR POSICIÓN DE SOLDADURA

I (A) V (V) Vs

(mm/s)

CALOR APORTADO

(KJ/mm)

MVDN 80%Ar-20%CO2 VD 185 19 1,92 1,83

MVDA 80%Ar-20%CO2 VD 186 21,2 1,54 2,56

MVAN 80%Ar-20%CO2 VA 130 17,5 0,74 3,08

CVDN 100%CO2 VD 135 22,5 1,39 2,19

CVDA 100%CO2 VD 150 22,5 1,22 2,77

CVAN 100%CO2 VA 130 19,5 1,00 2,54

Resultados y discusión Se extrajeron cortes metalográficos sobre los que se realizaron los siguientes estudios:

Macrofotografías: se tomaron fotos de las distintas muestras, a partir de las mismas se caracterizó el metal de soldadura (MS), zona afectada por el calor de grano grueso (ZAC GG), zona afectada por el calor de grano fino (ZAC GF) y metal base (MB).

Perfil de microdureza Vickers: se realizaron ensayos de microdureza Vickers con 1000gf de carga, trazando perfiles de dureza desde el centro del cordón hasta el metal base.

Microfotografías: se tomaron fotos a 100 y 500X de cada una de las zonas definidas en las macrofotografías.

Análisis dimensional: se evaluó sobre la macrofotografía obtenida el ancho del cordón de soldadura (W), su profundidad (P) y concavidad (C).

Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2.



16

Tabla 2. Resultados obtenidos

Se observó que al pasar de la posición VD a VA la intensidad y tensión de soldadura disminuyen, esto permite al soldador controlar la forma del cordón, lo que mejora su apariencia visual. Se observa, además, una disminución en la intensidad de corriente al utilizar dióxido de carbono como gas protector. Debido a la mayor conductividad térmica y energía de ionización del CO2, es posible obtener el calor suficiente para la fusión con parámetros eléctricos menores a los requeridos para obtener comportamientos similares cuando se suelda con 80% de Ar y 20% de CO2. En general, se exhibe una disminución de microdureza al aumentar el calor aportado, esto puede ser observado tanto para las probetas soldadas con mezcla como con dióxido de carbono. Este efecto se evidencia en las diferentes zonas del cordón de soldadura caracterizadas por macrofotografía. Los resultados obtenidos para la ZAC GF se encuentran por debajo del obtenido para el MB (155 HV). Al cambiar desde progresión descendente VD a ascendente VA, en las probetas soldadas utilizando mezcla como protección, la dureza disminuye. El efecto es contrario al utilizar gas dióxido de carbono 100%. El estudio macrográfico y micrográfico reveló la presencia de “colgaduras” de hasta 2 mm en las probetas soldadas, este defecto surge del tipo de junta utilizada. La longitud del defecto disminuye al utilizar dióxido de carbono como gas de protección. Se observó un incremento del ancho del cordón de soldadura al incrementar el calor aportado en las probetas soldadas con dióxido de carbono. Las mayores profundidades de cordón se obtuvieron para las probetas soldadas con posición VA, esto confirma lo predicho por los códigos de soldadura acerca de la necesidad de soldar espesores por encima de los 6 mm con progresión ascendente. Conclusiones El análisis de las probetas soldadas en las diferentes condiciones mostró que:

La posición de soldadura VA permite un mayor control de forma del cordón de soldadura.

La posición descendente VD exhibe valores de dureza mayores que la ascendente VA al utilizar mezcla como protección. El efecto es contrario al utilizar gas dióxido de carbono 100%.

Las mayores profundidades de cordón se obtuvieron para las probetas soldadas con posición VA.

Al utilizar dióxido de carbono como protección se observó un incremento del ancho del cordón al incrementar el calor aportado y una disminución en la longitud de las “colgaduras” observadas en las probetas analizadas.

En todos los casos la microdureza en las diferentes zonas del cordón disminuyó al aumentar el calor aportado, y en la ZAC GF se observaron zonas de ablandamiento localizado.

Probeta CA

(KJ/mm) W

(mm) P

(mm)

W/P (mm)

C (mm) HV 1000 gf

MS ZAC GG ZAC GF

MVDN 1,83 15,94 6,38 2,50 -1,23 219,8 163,0 140,7

MVDA 2,56 21,4 6,42 3,33 -2,6 200,6 148,7 136,0

MVAN 3,08 20,1 9,35 2,15 0 186,8 145,7 130,4

CVDN 2,19 17,25 6 2,88 -2,29 187,8 158,0 137,5

CVDA 2,77 21,32 6,47 3,30 -2,02 186,0 172,0 137,6

CVAN 2,54 15,36 7,6 2,02 -1,25 203,6 151,7 139,3


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RECUBRIMIENTOS DE NI-W OBTENIDOS POR DEPOSICIÓN ELECTROLÍTICA PARA PROTECCIÓN DE PIEZAS INDUSTRIALES EXPUESTAS A LA

CORROSIÓN

Silvia Clavijoa, Francisco Membrives

a,b, María J. Santillán

a, Omar Arab

a,b, Jesús Berón

a

(a) Grupo Materiales, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, UNCuyo, Argentina (b) Facultad Regional San Rafael, UTN

[email protected], [email protected],

Palabras claves: deposición electrolítica, corrosión, materiales compuestos, películas protectoras La galvanoplastia de las aleaciones de Ni-W ha generado considerable interés debido a su excelente comportamiento frente al desgaste y frente a la corrosión incluso a elevadas temperaturas. Los procesos que permiten realizar el recubrimiento de una pieza metálica con aleación de Ni-W mediante técnicas basadas en la deposición electrolítica, utilizan además técnicas desarrolladas para proteger el medioambiente. Además está demostrado que las aleaciones de níquel-tungsteno se mantienen estables por tiempo indefinido a temperatura ambiente, y que son muy resistentes a la descomposición cuando son calentadas. También pueden alcanzar mayor durabilidad y dureza que el cromo [1,2]. Debido a que es importante el acabado final de las películas obtenidas, es necesario emplear en los baños electroquímicos, reactivos abrillantadores tales como la sacarina [3]. En este trabajo el objetivo es obtener recubrimientos de aleación de Ni-W sobre acero, empleando baños con contenido de ácido cítrico y cloruro de amonio como agentes acomplejantes del wolframio, que tengan un acabado final homogéneo y uniforme y que cumplan la función de proteger el sustrato empleado frente a la corrosión. El baño electrolítico que hemos utilizado en la galvanoplastia de aleaciones de Ni-W tiene la siguiente composición:

Tabla 1: Composición de baño electrolítico empleado en la electrodeposición de Ni-W

Sulfato de níquel (NiSO4.6 H2O) 0,06 mol/l

Ácido Cítrico (Na3C6H5O7.2 H2O) 0,50 mol/l

Tungstato de Sodio (Na2WO4.2 H2O) 0,14 mol/l

Cloruro de amonio (NH4Cl) 0,50 mol/l

Bromuro de sodio (NaBr) 0,15 mol/l

Sacarina 0,60 g/l

pH 7,6

Este baño se introdujo en una cuba de vidrio. Como cátodo se empleó una hoja de acero de 0,5 mm de espesor, previamente pulida en forma mecánica, y con un tamaño de 10 mm x 5 mm. El ánodo de acero inoxidable 316L utilizado posee idénticas dimensiones. Se introdujeron ácido cítrico y cloruro de amonio en el baño para formar complejos con el Ni y W, mientras que el bromuro de sodio cumplió la función de aumentar la conductividad. Durante la electrodeposición se empleó una temperatura de 72 °C y se aplicó una densidad de corriente de 0.05, 0.07, 0.085 y 0.10 A/cm

2. El tiempo de plateado fue

de 30 minutos. Luego de retirada la pieza del baño electroquímico, se enjuagó con agua destilada en baño ultrasónico. A fin de caracterizar los depósitos obtenidos se realizaron mediciones de dureza sobre el sustrato antes de la electrodeposición y posteriormente, mediante el uso de microdurómetro, obteniéndose los resultados reportados en la Tabla 2. La figura 1 muestra la imagen obtenida en microscopio metalográfico del recubrimiento realizado por deposición electrolítica sobre el sustrato. La experiencia ha demostrado que la acción protectora de los depósitos de níquel sobre acero depende de su porosidad y dureza. Por lo tanto la dureza y apariencia microestructural de los recubrimientos representa una buena base para calcular la acción protectora de la película obtenida por técnicas electrolíticas. En este caso podemos observar que la dureza del sustrato aumenta considerablemente cuando se recubre con aleación de Ni-W, y mediante la imagen obtenida por microscopía óptica es posible notar la uniformidad del recubrimiento logrado.




18

Tabla 2: Valores de dureza obtenidos en sustratos con y sin recubrimiento de aleación Ni-W

Sustrato Dureza Hv Intensidad de corriente empleada en A/cm

2

Acero sin recubrimiento 70

Acero con capa de Ni-W

Placa 1 100 0.05

Placa 2 120 0.07

Placa 3 140 0.085

Placa 4 200 0.10

Placa 5 200 0.10

Figura 1. Imagen obtenida mediante microscopía óptica (se ha empleado un microscopio metalográfico), de la película de aleación de Ni-W obtenida sobre acero, cuando se utiliza una

intensidad de corriente de 0.10 A/cm2

De esta manera podemos concluir que el empleo de una capa de aleación de Ni-W sobre acero, es capaz de aumentar la dureza del sustrato empleado, mientras que las características microestructurales de los depósitos obtenidos demuestran la homogeneidad y uniformidad de la capa protectora sobre el sustrato, que, unida a las propiedades anticorrosivas de los depósitos de níquel hacen de las películas protectoras de Ni-W una alternativa a los recubrimientos en base a cromo. Referencias [1] E.George, “Electrodeposited Alloys as an Alternative for Hexavalent Chromium”, Atotech USA,

2003. [2] N.Eliaz, E.Gileadi, “Induced Codeposition of Alloys of Tungsten, Molybdenum and Rhenium with

Transition Metals”, Modern Aspect of Electrochemistry, Ed. C.G. Vayenas Springer, Vol. 42 (2007) [3] Hajime Iwasaki, Kenji Higashi, T.G. Nieh. Tensile deformation and microstructure of a

nanocrystalline Ni–W alloy produced by electrodeposition. Scripta Materialia 50 pp 395-399 (2004)

5 mm


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USO DE POLIARILCETONAS Y VIDRIO BIOACTIVO EN SUSPENSIONES UTILIZADAS EN DEPOSICIÓN ELECTROFORÉTICA

Silvia Clavijo

a, María J. Santillán

a, Elías Gonzalez

a, Alicia Sánchez

a, Francisco Membrives

a,b

(a) Grupo Materiales, Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, UNCuyo, Argentina (b) Facultad Regional San Rafael, UTN

[email protected], [email protected]

Palabras claves: deposición electroforética, implantes, materiales compuestos, polieteretercetona

En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos cuando se emplea la técnica de deposición electroforética (EPD) para fabricar recubrimientos de materiales compuestos basados en PEEK-Bioglass

®, sobre acero inoxidable 316L. El proceso EPD es atractivo para la fabricación de

recubrimientos sobre diferentes tipos de sustratos debido a su bajo costo. En la EPD partículas contenidas en una suspensión, son directamente afectadas por un campo eléctrico. Estas partículas se encuentran suspendidas en un solvente, y mediante el empleo de electrodos conectados a una fuente de corriente continua, se cargan eléctricamente y migran hacia el electrodo opuestamente

cargado 1. Entre los materiales empleados se destaca la polieteretercetona (PEEK) un polímero orgánico termoplástico, incoloro, perteneciente al grupo de las poliarilcetonas, utilizado en aplicaciones de ingeniería, que ofrece una combinación única de altas propiedades mecánicas, resistencia a la temperatura y excelente resistencia química [2]. Por el conjunto de sus características distintivas es un material adecuado para aplicaciones que requieren altas prestaciones mecánicas bajo condiciones extremas de temperatura, agresividad química o alta energía radiante. Consecuentemente es empleado en todas las industrias en general, y en aplicaciones de alta tecnología tales como la ingeniería de tejidos [3]. El objetivo de este trabajo fue fabricar un material compuesto en base a PEEK, y vidrio bioactivo (Bioglass

®) mediante el uso de la técnica de EPD, para su empleo en aplicaciones ortopédicas.

Se realizaron estudios experimentales para optimizar la calidad de las películas compuestas depositadas por EPD, desde el punto de vista de la densidad y adherencia de los depósitos al sustrato, que incluyen la evaluación de diversos parámetros tales como tiempo de deposición, voltaje aplicado, y pH de la suspensión. Se prepararon suspensiones acuosas de PEEK en etanol (3 % wt), a las que se adicionó Bioglass,

grado 45S5, un biovidrio que posee un tamaño medio de partícula 0,5 m. Con estas suspensiones se realizó la EPD de suspensiones mixtas de PEEK, conteniendo partículas de Bioglass

®. Las

condiciones ideales de EPD fueron determinadas en términos de voltaje, tiempo de deposición y distancia entre electrodos. Se empleó una concentración de 0,5-4 % para Bioglass. El pH de las suspensiones se ajustó a 6 mediante el empleo de ácido hidroclórico. El sustrato se conectó a una fuente de corriente continua (DC) como cátodo y se utilizó como contraelectrodo una probeta de acero inoxidable de dimensiones similares. Depósitos catódicos se obtuvieron al emplear un voltaje de 9 a 30 V. La distancia entre electrodos se estableció en 20 mm, debido a que separaciones mayores o menores a ésta producían depósitos con aglomeraciones de partículas o poca adherencia En la figura 1 es posible observar cómo se comporta el recubrimiento a medida que aumenta el tiempo de deposición. La curva inferior (curva a, en color azul) nos muestra el crecimiento de una película que se ha depuesto a partir de una suspensión que solo contiene PEEK, mientras que la curva del medio (curva b, en color rojo) nos muestra el incremento de peso del depósito sobre el sustrato cuando se emplea una suspensión que contiene PEEK y Bioglass

®, con una concentración

de 3 % en peso de PEEK y 2 % en peso de Bioglass® en la suspensión, en la que se ha utilizado

alcohol etílico como solvente. La curva superior (curva c, en color verde), muestra el incremento en el peso del depósito cuando se ha utilizado una suspensión preparada con 3 % de PEEK en peso y 3 % de Bioglass

® en peso.




20

Figura 1: Incremento de peso del recubrimiento influenciado por la presencia de Bioglass® para la obtención de material compuesto PEEK/Bioglass® desde suspensión conteniendo a) 3 %wt PEEK b) 3%wt PEEK, 2 %wt Bioglass® c) 3%wt PEEK, 3 %wt Bioglass® La imagen SEM de la vista superior del material compuesto preparado desde suspensiones de composición correspondientes a la curva c se muestra en la Figura 2. La morfología de los recubrimientos es uniforme, y el recubrimiento de PEEK-Bioglass®, forma unas película homogénea sobre la superficie del sustrato.

Figura 2. Micrografía SEM de material compuesto PEEK- Bioglass® depositado por EPD sobre acero inoxidable (Vista superior).

Este trabajo demuestra que es posible producir películas muy uniformes de PEEK y Bioglass

® sobre

acero inoxidable 316L empleando como técnica de recubrimiento el proceso EPD. Las mejores condiciones de deposición de PEEK-Bioglass

® sobre acero inoxidable fueron obtenidas usando

suspensiones 3 % wt de PEEK y 4 % wt de Bioglass®, en alcohol etílico, cuando se aplican 25 V, un

tiempo de deposición de 5 minutos, y la suspensión tiene pH 6. La morfología y densidad superficial de los recubrimientos de PEEK-Bioglass® sobre acero demostraron ser reproducibles, y de esta forma la EPD, puede ser considerada una alternativa de bajo costo para producir películas de PEEK sobre sustratos metálicos. Referencias

1 Ilaria Corni, Mary Ryan, Aldo R. Boccaccini. Electrophoretic deposition: From traditional ceramics to nanotechnology. Journal of European Ceramic Society pp 1353-1367 (2008).

2 Ilaria Corni, Nico Neumann, Dietmar Eifler and Aldo R. Boccaccini.: Polyetheretherketone (PEEK) Coatings on Stainless Steel by Electrophoretic Deposition. Advanced Engineering Matterials, N°6 pp 559-564 (2008).

3 Williams DF, McNamara A, Turner RM. Potential of polyetheretherketone (PEEK) and carbon-fibre-reinforced PEEK in medical applications. J Mater Sci Lett, vol6, pp 188 (1987).

b

a

c


21

TAMICES MOLECULARES MESOPOROSOS MODIFICADOS CON HIERRO. EVALUACIÓN DE SUS PROPIEDADES CATALÍTICAS Y MAGNÉTICAS

Natalia Cuello

1*, Verónica Elías

1,3, Mónica Crivello

1, Sandra Casuscelli

1,3, Eduardo Herrero

1, Marcos

Oliva2,3

y Griselda Eimer1,3

1CITeQ, UTN-FRC, Maestro Lopez esq. Cruz Roja, Córdoba, CP.5016 (Argentina).

2FaMAF-UNC, Córdoba, CP.5000 (Argentina)

3CONICET.

[email protected]

Introducción Los tamices moleculares mesoporosos, Si-MCM-41 han sido sintetizados y modificados con Fe por el método de impregnación húmeda [1]. Además, estos materiales se sometieron a un proceso de reducción a temperatura elevada para generar especies que contienen Fe en diferentes estados de oxidación. Estos catalizadores se evaluaron en la oxidación de ciclohexeno con H2O2, relacionando su comportamiento catalítico con el tratamiento realizado y sus propiedades magnéticas. Materiales y métodos La matriz Si-MCM-41 fue sintetizada y modificada por el método de impregnación húmeda descripto en [1]. Para ello se usó una solución 5M de nitrato férrico. Luego el material fue sometido a un tratamiento de reducción con flujo de H2. Las muestras modificadas se nombraron: Fe/M(x) y Fe/M(x)R, donde x indica la concentración inicial de la solución de impregnación y R que se realizó el tratamiento de reducción. Los catalizadores se caracterizaron por DRX y UVvis-RD. La reacción de oxidación de C6H10 con H2O2 se llevó a cabo con una relación molar oxidante a sustrato de 1:4. A diferentes tiempos se tomaron muestras para ser analizadas por cromatografía gaseosa. La conversión total de H2O2 se midió por titulación iodométrica. Las curvas de magnetización a temperatura ambiente se midieron en un magnetómetro de muestra

vibrante (VSM), con un campo magnético máximo aplicado de 0Ha=1,5 T. Las curvas de histéresis medidas fueron ajustadas por la suma de tres contribuciones: una lineal con el campo ML (diamagnética o paramagnética), una contribución ferromagnética Mf [3], y otra superparamagnética, Msp [4], tal que MT = ML +Mf + Msp.

Resultados y Discusión Del patrón de DRX obtenido a bajo ángulo se concluye que tanto el material silíceo puro como las muestras impregnadas poseen la estructura mesoporosa propia de los materiales Si-MCM-41[2]. El patrón a alto ángulo no detecta la presencia de partículas de óxidos en la matriz modificada sin embargo para el material sometido a reducción, evidencia que las especies de Fe

+3 (probablemente

adjudicadas a Fe2O3) fueron parcialmente reducidas apareciendo otras especies metálicas del Fe en menor estado de oxidación (Fe

0 y Fe3O ).

Las isotermas de adsorción-desorción de N2 determinó que cuando la matriz fue modificada por impregnación, el área superficial disminuye respecto del material silíceo puro sugiriendo la presencia de partículas de óxidos finamente dispersas en el interior de los poros. Mientras que para la muestra reducida la notable caída del área superficial se debe a que este tratamiento genera el crecimiento de las nanopartículas. En las medidas UVvis-RD, Fig.1, resulta notorio el corrimiento de la absorción hacia mayores longitudes de onda de la muestra reducida, y esto puede adjudicarse al crecimiento de las partículas de los distintos óxidos de Fe. Esto podría atribuirse a procesos de difusión/migración de las especies metálicas desde posiciones de la red y/o paredes de los poros hacia las partículas de óxidos de Fe [3]. Este proceso estaría favorecido por las condiciones de reducción. Los ciclos de histéresis a temperatura ambiente, Fig. 2, fueron ajustados por funciones que contemplan las contribuciones ferro, para y superparamagnéticas [3, 4]. En la muestra calcinada Fe/M(5), y la reducida Fe/M(5)R la contribución diamagnética de la matriz resulta despreciable, a diferencia de lo observado en la muestra Si-MCM-41. Los resultados de los ajustes indican que las muestras modificadas con Fe evidencian contribuciones paramagneticas, superparamagnéticas e incluso una pequeña contribución ferromagnética. En la muestra reducida se evidencia una mayor contribución superparamagnética y ferromagnética debido a la aparición de Fe3O4 y Fe metálico. Se observó en la muestra reducida, un ligero incremento en los valores de XC (conversión de C6H10) y



22

un marcado cambio en la selectividad, alcanzando valores próximos al 80% para los productos de oxidación alílica (III+IV). Estos productos aparecen como resultado de un mecanismo radicalario. El aumento de la conversión de peróxido podría deberse a la oxidación de las especies de Fe generando radicales libres OH

- los cuales serían responsables del incremento de la selectividad hacia

los productos de oxidación alílica. Tabla I: Evaluación catalítica de la matriz modificada con Fe en la oxidación de C6H10.

I: Oxido de ciclohexeno (epóxido).-II: 1,2-ciclohexanodiol (glicol)-III: 2-ciclohexen-1-ona (cetona).-IV:2-ciclohexen-1-ol (alcohol).

200 400 600 800

Fe/M(5) R

Fe/M(5)

Ab

sorb

an

cia

(a.u

)

Longitud de onda (nm)

-1 0 1

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

Mag

net

izac

ión

(A

m2

/kg)

0Ha (T)

Si-MCM-41

Fe/M(5) R

Fe/M(5)

Conclusiones La reducción de los tamices moleculares mesoporosos modificados con hierro afecta las propiedades estructurales de los mismos y la naturaleza de las especies obtenidas, conduciendo a diferente comportamiento catalítico y magnético. La presencia de Fe metálico y Fe3O4 serían las responsables de una mayor generación de radicales libres beneficiando la producción de cetona y alcohol y de un mayor comportamiento superparamagnético y de la contribución ferromagnética.

Referencias 1. Y. Segura, L. Chmielarz, P. Kustrowski, P. Cool, R. Dziembaj, E.F. Vansant, Appl. Catal. B 61, 69

(2005). 2. V. Elias, M. Crivello, E. Herrero, S. Casuscelli, G. Eimer. J Non-Crystalline solids. 355 (2009) 1269-

1273 3. S. Liu, Q. Wang, P. Van Der Voort, P. Cool, E. Vansant, M. Jiang Magn. Mater. 2004, 280, 31. 4. M. Stearns, Y. Cheng; J. Appl. Phys. 75 (1994) 6894. 5. P. Allia, M. Coisson, M. Knobel, P. Tiberto and F. Vinai; Phys. Rev. B 60 (1999) 12207.

Muestra Xc

(%mol) XH2O2

(%mol)

Selectividad

I II III IV

Fe/M(5) 10,4 62,4 5,6 43,7 37,7 11,7

Fe/M(5)R 11,6 64,1 10,0 10,6 58,9 18,4

Figura 1. Espectros de UVvis-RD de las

muestras Fe/M

Figura 2. Curvas de magnetización a

temperatura ambiente de las muestras Fe/M

y del soporte Si-MCM-41


23

CARACTERIZACIÓN DE POLÍMEROS MODIFICADOS PARA SER UTILIZADOS COMO SUSTRATO DE CULTIVO CELULAR

Bertolo Alma A.

1, del Grosso, Mariela F.

2,3,*

1Instituto Sabato, UNSAM-CNEA, Gral Paz 1499, San Martín, Bs.As.

2GCMM, UTN, FR. Gral. Pacheco, Av. H. Irigoyen 288, Gral. Pacheco, Bs. As

3Gerencia de Investigación y Aplicaciones, CAC-CNEA, Av. Gral. Paz 1499, San Martín, Bs. As.

*CONICET

[email protected]

Introducción En los últimos años, la irradiación con haces de iones de baja energía se ha aplicado para modificar la superficie de polímeros con el fin de mejorar la compatibilidad con sangre y tejidos. Está demostrado que la irradiación de polímeros permite la creación de grupos polares sobre su superficie, lo que mejora el mojado y la adhesión de componentes biológicos, dando lugar a la proliferación de células vivas sobre la superficie del polímero. Si bien esta mejora en la biocompatibilidad de los polímeros es necesaria para su aplicación como sustratos en ingeniería de tejidos, es deseable que las modificaciones producidas con el tratamiento no disminuyan su degradabilidad, en el caso en que sean degradables. La caracterización detallada de las propiedades superficiales de los polímeros estudiados es crucial en el diseño de nuevos biomateriales. El objetivo de este trabajo es estudiar los polímeros poli-L-láctico (PLLA) y poliestireno (PS), irradiados con distintos iones, a distintas energías y fluencias, analizando las modificaciones de las propiedades físicas y químicas de la superficie irradiada. Los cambios en los grupos químicos de los materiales poliméricos, se caracterizaron mediante Espectroscopía de absorción infrarrojo con transformadas de Fourier con sistema de Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR). A su vez, modificaciones en las propiedades hidrofílicas superficiales se determinaron a través de las variaciones en el ángulo de contacto. Materiales y métodos El PLLA y el PS utilizados, son polímeros comerciales fabricados por Goodfellow (Inglaterra), bajo la

presentación de películas de 50m y 25m de espesor respectivamente. Las muestras fueron cortadas en forma rectangular con una dimensión de 3,5cm x 3cm. Las muestras se conservaron en contenedores limpios y secos a temperatura ambiente y se manipularon con guantes entre los ensayos para evitar su contaminación. Las muestras se irradiaron con Au, C y S, a diferentes fluencias y energías utilizando el acelerador de iones pesados TANDAR (20 MV), CAC-CNEA y en el acelerador de 3 MV del Instituto de Física de la Universidad Federal de Río Grande do Sul, Brasil. Los cambios en los grupos químicos de los materiales poliméricos, se caracterizaron mediante espectroscopía de absorción de infrarrojo FTIR (Fourier Transform Infrared, Shimadzu, IR Prestige-21, con una resolución de 4 cm

-1) con accesorio de reflectancia total (ATR).

Se analizaron los espectros FTIR, examinando la región de frecuencias comprendida entre los 4000 a 700 cm

-1 aproximadamente, encontrándose diferencias entre el polímero sin irradiar y los modificados

por la irradiación. Las modificaciones en las propiedades hidrofílicas superficiales se determinaron a través de las variaciones en el ángulo de contacto, cuyas mediciones se llevaron a cabo con un medidor de perfiles (Praxis, Po400 hd). Colocando sobre la superficie limpia y seca de las muestras,

una gota de 5 l de agua desionizada con una micropipeta, se determinó la tangente entre el sustrato polimérico y la superficie de contacto con la gota. Se realizaron cinco mediciones para cada muestra,

obteniendo como resultado el promedio de las mismas con una desviación estándar de 1º. Resultados y discusión Se realizó una cuantificación de cómo se comportan las áreas correspondientes a los distintos picos del espectro FTIR del PLLA (Figura 1). Se observa un incremento en el área de todos los picos del espectro, a medida que aumentamos la fluencia (Figura 1a).



24

Figura 1. Variación de áreas en los espectros FTIR de las muestras de PLLA irradiadas con Au a 18MeV (a) y PS irradiadas con Au a 19MeV (b).

En cuanto a los espectros de PS, en determinados grupos, característicos de este polímero, a medida que aumentamos la fluencia de irradiación se observa un crecimiento en el área de los correspondientes picos del espectro y luego un decaimiento, el cual nos da indicios de un comienzo de la degradación del polímero como tal, es decir comienza a perder su estructura (Figura 1b).

Figura 2. a) Ángulos de contacto de las muestras de PLLA irradiadas con Au a 18MeV con distintas fluencias. b) Variación del ángulo de contacto en muestras de PLLA irradiadas con Au a 18MeV, C a 18MeV y S a 27MeV.

En cuanto al ángulo de contacto, la superficie del PLLA sin irradiar resulta relativamente hidrofóbica, con un ángulo de contacto θ > 80° (Figura 2). Después de la irradiación con Au a 18MeV, se produce en todas las fluencias una disminución en θ de manera más o menos notoria dependiendo de la fluencia de la irradiación, lo que se traduce en un incremento de la hidrofilicidad de la superficie. Comparando estos resultados con otros obtenidos en muestras de PLLA irradiadas con iones de C a 18MeV y con S a 27MeV, podemos notar que la disminución del ángulo de contacto es mayor en las muestras irradiadas con Au, luego en las de S y por último en las de C. Para graficarlas se tomó como parámetro unificador la cantidad de energía perdida por el ión al penetrar en la materia por cm

2

y por miligramo (Stopping Power). Conclusiones Encontramos que con la irradiación se produce una reducción del ángulo de contacto, lo que transforma a la superficie del polímero de hidrofóbica en hidrofílica, cambio que favorece para un posterior cultivo celular. Estos resultados se correlacionan con la adhesión y proliferación de las células cultivadas en este polímero. Por otro lado la irradiación no produjo mayores cambios en el PLLA como puede verse en el espectro FTIR del polímero, sin embargo sí modificó la estructura del PS rompiendo cadenas y modificando la cantidad de uniones propias del polímero.

(a) (b)

(a) (b)


25

EVALUACIÓN DEL EFECTO DE DISTINTOS RECUBRIMIENTOS INORGÁNICOS, LIBRES DE CROMATO, SOBRE LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE ALEACIONES DE

ALUMINIO

Di Stefano, Cristina1; Caputo, Julieta

1; Sanchez, Marina

1; Rolón, Juan

1; Cabanillas, Edgardo

3;

Rodriguez, Martín3, Romano, Andrea

2, Sierra Marisa

1, Gilabert, Ulises

1,2

1: UTN, FRBA, 2: SEGEMAR, 3: CNEA

UTN FRBA: Medrano 951 (1179) C.A.B.A.

[email protected]

Introducción Una de las maneras de proteger los metales de la corrosión es mediante la aplicación de recubrimientos. Particularmente para el aluminio, el magnesio y las aleaciones de esos dos metales se ha utilizado el cromato con buenos resultados. Sin embargo, hace tiempo se busca reemplazarlo por su toxicidad. Este trabajo es parte de un Proyecto de la UTN-FRBA que tiene como objetivo la investigación y desarrollo de recubrimientos para mejorar la resistencia a la corrosión del aluminio y sus aleaciones, y del magnesio y sus aleaciones. En este trabajo se aplicaron distintos recubrimientos, libres de cromato, mediante dip-coating, variando los reactivos y los procesos, se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) las superficies de los recubrimientos, recién aplicados sobre la aleación metálica y después de estar en contacto con un medio agresivo y se evaluó el efecto protector de los tratamientos efectuados mediante EIS (espectroscopía de impendancia electroquímica). Materiales y métodos Como sustratos se utilizaron muestras de la aleación de aluminio A6061. Los recubrimientos se aplicaron por la técnica de inmersión-emersión o “dipping”. En la Tabla I se especifican las condiciones con que se obtuvieron los distintos recubrimientos. Las muestras tratadas según se indica en la Tabla I fueron sometidas a cocción en atmósfera de aire a 500 ºC. Para evaluar su resistencia a la corrosión fueron sumergidas durante 30 días en una solución de NaCl 3,5 % m/m. Sólo muy recientemente [1] se ha ensayado la resistencia a la corrosión de aluminio o de sus aleaciones recubiertos con ácido fítico. Se obtuvieron micrografías mediante un microscopio Philips XL 30 ESEM (SEGEMAR) de las muestras recubiertas antes y después de estar en contacto con el medio agresivo. Los ensayos electroquímicos se efectuaron en CNEA-Constituyentes. Se realizaron en una celda convencional de tres electrodos. Se utilizó un electrodo de referencia de calomel saturado y un contraelectrodo de grafito. Los ensayos se realizaron en solución de NaCl 3,5%, con aireación natural, a 25º C. Se realizó una serie de ensayos que se detallan a continuación.

1. Medición del potencial de corrosión (ECORR) durante 5 minutos. 2. Ensayo de EIS entre 10 kHz y 10 mHz, utilizando una onda sinusoidal de potencial de 10 mV

de amplitud y tomando 5 frecuencias por década, equiespaciadas logarítmicamente. 3. Medición del potencial de corrosión (ECORR) durante 5 minutos. 4. Curva de polarización potenciodinámica desde ECORR - 0,2 V hasta alcanzar una corriente de

aproximadamente 100 mA, con una velocidad de barrido de 1 mV/s. Resultados y discusión En la Figura 1 se presentan los resultados de EIS para todas las probetas ensayadas. Los valores de impedancia de bajas frecuencias indican que todas ellas sufren corrosión por picado. Consecuentemente, no se puede obtener la velocidad de corrosión generalizada. Se puede inferir que la probeta con menor densidad de picaduras es la E, seguida por las A y B. Las probetas C, D y F presentan un comportamiento anódico similar al Blanco, con una gran densidad de picaduras. En la Figura 2 se presentan las curvas de polarización potenciodinámica de las probetas en NaCl 3,5%. Se observó una rama catódica cuya corriente fue función del recubrimiento y una rama anódica caracterizada por un aumento brusco de la corriente atribuido al picado. Las curvas obtenidas indican que todas las probetas sufren picado al potencial de corrosión, dado que no se observó una zona pasiva. Las probetas E y A presentaron una menor densidad de corriente anódica con respecto al blanco, lo cual sugiere una menor intensidad de ataque por picado.



26

Conclusiones Todas las probetas ensayadas presentaron corrosión por picado al potencial de corrosión y a mayores potenciales. El recubrimiento de la probeta E presentó el mejor desempeño, evidenciando el efecto del ácido fítico. La particular estructura de este ácido permite obtener una capa protectora que mejora la resistencia a la corrosión de los materiales de interés para este trabajo.

Tabla I: Condiciones de obtención de los distintos recubrimientos

Muestra Pretratamiento Solución Capas/v(cm.min-1)

Secado e/capas

Blanco

A TEOS 1/10 – 1/22 Sí

B TEOS 2/10 No

C TEOS 2/22 No

D KOH 0,01 M 10 min + 1h en agua hirviendo

Ce(NO3)3 1/10

E Ácido fítico 5g/l 15 min

TEOS 1/10 – 1/22 Sí

F Ce(NO3)3 2/10 Sí

Figura 1. Diagrama de impedancia de plano complejo.

Figura 2. Curvas de polarización en NaCl 3,5%.

Referencias [1] Effect of Technological parameters on Corrosion Resistance of Phytic Acid Coatings on 6063-Al

Alloys,Bilan Lin, Yuye Xu y Zhichuan Yuan, Appl. Mech. And Materials Vol 105-107, (2012) pp 1634-1637.


27

REFRACTARIOS SILICOALUMINOSOS POST-MORTEM. CARACTERIZACIÓN FÍSICOQUÍMICA Y ANÁLISIS MICROESTRUCTURAL.

Quaranta Nancy

(1)(*), Cristóbal Adrián

(2), Díaz Osmell

(1)

(1) Grupo de Estudios Ambientales. Facultad Regional San Nicolás. Universidad Tecnológica Nacional.

Colón 332. 2900. San Nicolás. Argentina. (2)

Instituto INTEMA, CONICET. Universidad Nacional de Mar del Plata. J.B. Justo 4302. 7608. Mar del Plata. Argentina.

(*) Investigador CIC.

[email protected] Introducción. La industria siderúrgica mundial señala una auténtica revolución y renovación en los procesos de elaboración del acero que forzosamente ha repercutido en la fabricación de materiales refractarios. Esta industria es la mayor consumidora de refractarios, pudiendo calcularse que absorbe el 70 % de su producción. Los refractarios se manufacturan a partir de compuestos que incluyen los elementos de sílice, aluminio, magnesio, calcio, cromo y zirconio entre otros. Debido a la variedad de los materiales refractarios pueden ser clasificados de diferentes formas. Una de ellas desde el punto de vista químico los clasifica en: ácidos, básicos, neutros y especiales. En el grupo de refractarios ácidos se encuentran los refractarios compuestos por sílice, alúmina y arcillas. Los materiales silicoaluminosos presentan diferentes calidades en función del porcentaje de alúmina del material, a su vez son sencillos, baratos y de altas prestaciones. El reciclaje de estos materiales, aunque no constituyen materias primas directas en la fabricación del acero, es muy importante debido a que su utilización y selección implican una decisión estratégica en la producción y en el costo final del producto. Para lograr incorporar estos descartes en la fabricación de nuevos refractarios o mampuestos cerámicos es indispensable la caracterización exhaustiva de los mismos, asegurándose de contar con propiedades aceptables en relación a las características fisicoquímicas y medioambientales. Es por ello que el objetivo de esta investigación es realizar una caracterización fisicoquímica y microestructural de materiales refractarios silicoaluminosos post-mortem, provenientes de diversos puntos del proceso de la industria siderúrgica. Materiales y Métodos. Los refractarios silicoaluminosos estudiados en este trabajo forman parte de un lote total de nueve muestras de materiales refractarios de diversos orígenes del proceso siderúrgico. La muestra seleccionada para este trabajo se compone de cinco refractarios diferentes que se identifican en adelante (R1, R2, R4, R6, y R8). La primera etapa en la caracterización de estos descartes consiste en la molienda de los materiales refractarios silicoaluminosos post-mortem, el análisis granulométrico y la separación por tamaño de partícula. En una segunda etapa se realiza el análisis microestructural y fisicoquímico de los refractarios estudiados, mediante la utilización de técnicas microscópicas ópticas (OM) y electrónica de barrido (SEM). El análisis químico semicuantitativo se realiza por análisis dispersivo de energía de rayos X (EDS) que permite la determinación de la composición elemental aproximada. La identificación de las fases cristalinas se realiza por difracción de Rayos X (DRX). Las reacciones y/o transformaciones de fase que se producen por calentamiento de estos materiales se estudian por análisis térmico diferencial (DTA). Este estudio comprende además un test de lixiviación de los descartes analizados, con el fin de identificar aquellos elementos que en caso de disposición final de estos residuos puedan resultar nocivos al medio ambiente. Resultados y Discusión. El análisis químico semicuantitativo mediante análisis dispersivo por energía de rayos X (EDS), muestra la composición de los refractarios silicoaluminosos expresados como porcentaje en peso de óxidos (Tabla I). Dentro de este grupo se pueden identificar los materiales de alta alúmina, identificados como R4 y R8 respectivamente. La figura 1 muestra micrografías de algunos de los refractarios silicoaluminosos estudiados por OM.



28

Tabla I. Composición de refractarios silicoaluminosos en porcentaje en peso de sus óxidos.

Materiales Residuales Al2O3 (%) SiO2 (%) Na2O (%) K2O (%) MgO (%) FeO (%) TiO2 (%) SO2 (%)

R1 37,58 54,20 1,83 1,23 2,03 1,72 1,41 -

R2 44,21 44,89 2,72 1,33 2,17 1,71 2,54 0,44

R4 64,70 33,67 - - - - 1,63 -

R6 41,85 53,12 - - - 2,42 2,62 -

R8 57,01 39,60 - 0,48 1,94 0,97 - -

Figura 1. Micrografías de refractarios silicoaluminosos. En el análisis de fases cristalinas por DRX predominan las fases de mullita, óxido de aluminio, cristobalita y cuarzo. La figura 2 muestra los difractogramas obtenidos para los refractarios R1 y R8.

Figura 2: Difractogramas de materiales refractarios silicoaluminosos. Los análisis térmico-diferenciales de los refractarios silicoaluminosos en estudio presentan en su gran mayoría un único pico exotérmico a valores de 520-530°C, a excepción de la muestra R4, cuya curva de DTA presenta varios picos endotérmicos y exotérmicos, en análisis actualmente. Las concentraciones de los elementos evaluados en el test de lixiviados se encuentran por debajo de los valores límites establecidos en el Decreto Reglamentario de la Ley 24051 (Argentina) sobre régimen de desechos peligrosos. Conclusiones. La caracterización de los residuos de refractarios silicoaluminosos realizada hasta el momento permite proceder al diseño de productos que incorporen estos descartes como materia prima en la fabricación de nuevos materiales, aptos para su uso como refractarios o como mampuestos cerámicos de uso civil. Del análisis de los resultados obtenidos se infiere una alta factibilidad de reutilización de este tipo de descarte para los usos mencionados. Agradecimientos Los autores agradecen a la UTN, CIC y ANPCyT por el apoyo económico a estas investigaciones.

R4 R8R1

10 20 30 40 50 60 70

Inte

nsid

ad

(u

.a)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Material Refractario R8 (SiO2-Al2O3)

M: MullitaC: CristobalitaA: Óxido de Aluminio

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

MM

M

MM M

M

M

M

M

M

C

AA

A

A

M

10 20 30 40 50 60 70

Inte

ns

ida

d (

u.a

)

0

100

200

300

400

500

600

700 Material Refractario R1 (SiO2-Al2O3)

M: MullitaT: Óxido de TitanioA: Óxido de AluminioQ: CuarzoC: Cristobalita

M

M

M

M

M

M

M M

M

M

MM

M

M

M M

M

M

C

C

C M C M

A

A

A

A

A

Q

Q

T

T


29

AVANCES EN LA SÍNTESIS DE CR-MCM-41 POR EL MÉTODO DE INCORPORACIÓN DIRECTA. APLICACIÓN DE DIFERENTES MÉTODOS DE

CARACTERIZACIÓN.

Verónica Elías1,2

, Ema Sabre1, Liliana Ortiz


1,2,Griselda Eimer

1,2 y Eduardo Herrero

1CITeQ, UTN-FRC, Córdoba, 5016 (Argentina).

2CONICET.

[email protected]

Introducción Distintos métodos de síntesis han sido desarrollados con el objeto de incorporar metales de transición (MT) en la estructura de silicatos mesoporosos del tipo MCM-41. Los dos métodos de síntesis usualmente utilizados para introducir iones metálicos dentro de la red o para cargar sus óxidos sobre la superficie de los mencionados silicatos mesoporosos son: Incorporación directa (en un solo paso) (ID) [1] o Impregnación húmeda (IH) [2]. En general, mediante la síntesis directa es más probable incorporar principalmente iones metálicos en la red mesoporosa. En tanto, mediante impregnación, es posible cargar una gran cantidad del componente activo deseado sobre la superficie del tamiz [1,2]. Estos métodos de síntesis resultan en diferentes entornos de coordinación y por ende en distintas especies metálicas, lo cual se traduce en importantes diferencias en sus propiedades fisicoquímicas. Por lo tanto, es posible manipular las propiedades fisicoquímicas de los materiales MCM-41 mediante la incorporación de iones MT

n+ en la red de la estructura mesoporosa o depositando óxidos (MTOx)

sobre la superficie. En trabajos previos [3,4] se describió la síntesis y caracterización de materiales MCM-41 modificados con cromo y luego con titanio por el método de IH. En este trabajo se presenta un avance sobre la síntesis y caracterización de materiales MCM-41 modificados con cromo por el método de Incorporación directa. Estos materiales se cargaron con titanio por el método de Impregnación húmeda con el objetivo de evaluar el sinergismo entre las especies metálicas mencionado en trabajos previos.

Materiales y Métodos Los tamices se sintetizaron según el método B ya reportado [5] donde al gel de síntesis se le incorporó la cantidad correspondiente de Cr(NO3)3.9H2O disuelto en agua y se agitó 4 h a 25 °C y 3 h a 70 ºC. La relación molar Si/Cr fue: 60, 40 y 20. Los materiales se desorbieron y calcinaron para eliminar el surfactante de la estructura [5]. La nomenclatura fue: TiO2/Cr-MCM-41(x), donde “x” es la relación Si/Cr y TiO2 indica que el material se modificó con Ti por el método de IH. Resultados y Discusión En la imagen de TEM presentada en la figura 1 se observan una vista longitudinal de los canales a partir de la cual se estimó un diámetro medio de poros de alrededor de 2,4 nm. Todas las muestras exhibieron un patrón de DRX típico de la estructura MCM-41 (Figura 2) [5]. Luego de aplicar el

proceso de desorción-calcinación, la intensidad de la reflexión (100) se incrementó y el parámetro de red disminuyó indicando una contracción de la red del 7,9 % atribuida a la condensación de los grupos silanoles de las paredes de los poros. El incremento en el espesor de las paredes de los poros luego de la carga con Ti, dio indicios que las especies de Cr finamente dispersas en los canales no obstaculizaron la difusión de las especies de Ti. Estos resultados permitieron considerar la existencia de estas especies ancladas en la superficie interna de los canales interactuando con las especies de Cr presentes en los mismos. En la Figura 3 se ve que para altas cargas del metal no pudo alcanzarse la oxidación total de las especies Cr

3+ a

Cr6+

, dando lugar a la formación de clusters y/o nanopartículas de α-Cr2O3 que absorben por encima de 550 nm. En las muestras con Ti y baja carga de Cr,

los máximos correspondientes a las especies Cr6+

se solaparon resultando en una única absorción asignada a la interacción entre TiO2 y Cr

6+ [3,4,6]. Estos materiales también presentaron absorción

entre 650 y 850 nm asignado al sinergismo entre las especies metálicas [4].

Figura 1. Imágenes de microscopía

electrónica de transmisión de

TiO2/Cr-MCM-41(60).



30

Tabla 1. Composición química y propiedades fisicoquímicas

de las muestras calcinadas.

Muestra Tia

(%p/p) Cr

a

(%p/p) Ep

b

(nm) Vp

(cm3/g)

Área (m

2/g)

MCM-41 - - 1,50 1,15 1182

Cr-MCM-41(60) - 1,27 1,32 1,11 1136

Cr-MCM-41(40) - 1,48 1,42 0,94 980

Cr-MCM-41(20) - 3,21 1,59 0,90 777

TiO2/MCM-41 21,73 - 1,48 0,80 849

TiO2/Cr-MCM-41(60) 23,06 0,81 1,48 0,64 695

TiO2/Cr-MCM-41(40) 24,78 0,89 1,51 0,64 740

TiO2/Cr-MCM-41(20) 25,70 1,88 1,75 0,69 690

a Medido por FRX. b Espesor de pared: Ep = a0 − Dp. Conclusiones Silicatos mesoporosos con 3 contenidos de Cr se sintetizaron por el método de ID y posteriormente con Ti por el método de IH. Para las 3 relaciones de Si/Cr, los materiales presentaron alto ordenamiento estructural y elevadas áreas específicas y volumen de poros evidenciados por DRX, TEM y adsorción-desorción de N2. Por UVvis-RD se confirmó la existencia de Cr

6+ como cromatos y

di/policromatos y la presencia incrementada de Cr3+

para los catalizadores con la menor relación Si/Cr. En los materiales modificados con Cr y Ti se evidenció un efecto de heteroconjunción entre las especies metálicas facilitada por el método de ID del Cr que permite alcanzar una mayor dispersión de las especies de Cr. Este efecto permitiría que estos materiales puedan ser utilizados como fotocatalizadores potencialmente activos bajo radiación solar. Referencias 1. Vinu, Sawant, Ariga, Halligudi, Hartmann, Nomura, Chem. Mater. 17, 5339 (2005). 2. Segura, Chmielarz, Kustrowski, Cool, Dziembaj, Vansant, Appl. Catal. B 61, 69 (2005). 3. Elías, Vaschetto, Sapag, Oliva, Casuscelli, Eimer, Catal. Today 172 (1), 58 (2011). 4. Elías, Sabre, Sapag, Casuscelli, Eimer, Appl. Catal. A 413-414, 280 (2011). 5. Elías, Crivello, Herrero, Casuscelli, Eimer, J. Non-Crystalline Solids 355, 1269 (2009). 6. Di Iorio, San Román, Litter, Grela, J. Phys. Chem. C 112, 16532 (2008).

Figura 3. Análisis de UV-Vis RD de: a) MCM-41, b) Cr-MCM-41(60), c) Cr-MCM-41(40), d)

Cr-MCM-41(20), e) TiO2/Cr-MCM-41(60), f) TiO2/Cr-MCM-41(40) y g) TiO2/Cr-MCM-41(20).

200 300 400 500 600 700 800 900

(g)

(f)

(e)

650

Longitud de onda (nm)

Ab

sorb

anci

a (u

.a)

550400

200

(d)

(c)

(a)

(b)

2 3 4 5 6 7

2 3 4 5 6 7

(a)

2 Theta (º)

Inte

nsi

dad

(u

.a.)

(b)

(d)

(c)

(a)

Inte

nsi

dad

(u

.a.)

2 Theta (º)

(b)

A

2 3 4 5 6 7

B

Inte

nsi

dad

(u

.a.)

2 Theta (º)

(d)

(c)

(a)

(b)

Figura 2. Análisis de DRX de: A) a) MCM-41, (b) Cr-MCM-41(60), (c) Cr-MCM-41(40), (d) Cr-

MCM-41(20). Figura insertada: a) Cr/MCM-41(60) sin desorber y b) Cr/MCM-41(60) calcinada y

B) a) TiO2/MCM-41, (b) TiO2/Cr-MCM-41(60), (c) TiO2/Cr-MCM-41(40), (d) TiO2/Cr-MCM-41(20).


31

EVALUACIÓN DE NUEVO MATERIAL, DE PRODUCCIÓN NACIONAL, COMO SISTEMA S.A.M.I EN REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS.

Delbono Héctor L., Ricci Luis A., Fensel Enrique A., Botasso Hugo G.

LEMaC - Centro de Investigación Vial

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata Av. 60 y 124 – (1900) La Plata – Buenos Aires. – Argentina

[email protected]

Introducción Una de las principales falencias de las reparaciones en pavimentos es el reflejo de las fisuras existentes del pavimento deteriorado sobre la capa de refuerzo. Las S.A.M.I. (Stress Absorber Membrane Interlayer) son sistemas que actúan redireccionando localmente las fisuras ascendentes del pavimento envejecido, y permiten absorber parte de la energía de propagación, siempre que la estructura trabaje solidariamente. Objetivo El presente trabajo tiene por objeto valorar el fenómeno de propagación de fisura cuando se interpone un geocompuesto como S.A.M.I. en la rehabilitación de pavimentos. Materiales y métodos La muestra utilizada como sistemas anti-reflejo de fisura consiste en un geocompuesto conformado por una membrana asfáltica, con un film protector para no perder la capacidad autoadherente y dos estratos de Geotextil Tejido de polipropileno, uno intermedio y otro que se constituye en una de las caras del geocompuesto quedando expuesto para la recepción del ligante asfáltico en su puesta en obra. Se caracterizó el producto bajo Normas IRAM, realizándole ensayo de masa por unidad de área (IRAM 78002), espesor a presiones prefijadas (IRAM 78004-1), ensayo de resistencia a la penetración del pistón CBR (IRAM 78011) y ensayo de tracción por banda ancha en sentido longitudinal y transversal (IRAM 78012). Para certificar el beneficio del geocompuesto, ante la propagación de fisuras, como membrana S.A.M.I., se implementó el ensayo de solicitación dinámica mediante el acondicionamiento del equipo Wheel Tracking Test (Figura 1), analizándose los siguientes sistemas:

1. Mezcla asfáltica pre fisurada + riego de liga + recapado asfáltico de 5cm de espesor (blanco). 2. Mezcla asfáltica pre fisurada + arena asfalto + riego de liga + recapado asfáltico (5cm). 3. Mezcla asfáltica pre fisurada + riego de liga + geocompuesto de polipropileno + riego de liga +

recapado asfáltico (5cm).

Se desarrolló un sistema con apoyo móvil en los extremos y con una base de goma de diferente densidad, que simula el movimiento de flexión y corte bajo cargas, en correspondencia con la fisura generada en la base asfáltica (Figura 2).

Este trabajo está enmarcado en el PID: “Sistema dinámico de valoración para el control de fisuración refleja usando Geosintéticos como S.A.M.I. en la rehabilitación de pavimentos”. El mismo se encuentra aprobado por Secretaría de Ciencia, Técnica y Posgrado según disposición Nº 288/11.

Figura 1: Equipo de Wheel Tracking Test Figura 2: Sistema de apoyo



32

Resultados y discusión. Se realizó la caracterización del material geocompuesto según la normativa IRAM. Los resultados se presentan en la tabla 1.

Tabla 1: Parámetros obtenidos del material geocompuesto

Los tiempos en que las fisuras aparecen en la fibra más traccionada de la capa de rodamiento, fibra inferior, al someterla a cargas dinámicas, se muestran en la tabla 2.

Tabla 2: Tiempo en que aparece la fisura en la capa de refuerzo.

Sistema Tiempo (min) Ciclos

Blanco 5 133

Arena asfalto 10 265

Geocompuesto 30 795

Figura 3: Curva de evolución de fisuras en bases asfálticas pre-fisuradas.

Los sistemas anti-reflejos de fisuras estudiados han demostrado su performance frente a condiciones homólogas de ensayo. En este caso el geocompuesto ha demostrado una mayor eficiencia en el retardo de la fisuración refleja (Figura 3).

Conclusiones. Se caracterizó el material obteniéndose parámetros confiables de sus propiedades. La formación de las fisuras se evidenció en forma clara al ser pintado el frente de la probeta con cal, como así también su propagación hacia la superficie. Se obtuvo una metodología de valoración de la eficiencia del producto mediante los ensayos efectuados sobre el sistema multicapa que constituye al pavimento. Los sistemas anti-reflejo de fisuras estudiados han demostrado su performance frente a condiciones homólogas de ensayos. En este caso el geocompuesto ha demostrado una mayor eficiencia en el retardo de la fisuración refleja. En el caso de la capa de arena asfalto, ésta se fisuró con una tasa de fisura mayor que la capa asfáltica utilizada como refuerzo. La capa de arena asfalto genera un retardo en la propagación de la fisura debido a los 2cm de espesor de la misma. Generalmente se utiliza ésta como capa de nivelación en pavimentos altamente deteriorados.

Cara Geotextil Cara Asfalto

Físicas

Determinación de la masa por unidad de área IRAM 78002 190

Determinación del espesor a presiones prefijadas IRAM 78004 0,62 (a 2kPa)

Mecánicas

Carga kN 7,7 8,9 3,2

Deformación mm 58,2 49,0 34,8

Carga kN/m 22,7

Deformación % 19,2

Carga kN/m 22,2

Deformación % 26,1

49,8

30,9

59,6

Geotextil Tejido

37,9

Ensayo de tracción con probetas anchas dirección paralela a fabricación IRAM 78012

Ensayo de tracción con probetas anchas dirección perpendicular a fabricación IRAM 78012

Ensayo de penetración estática (pistón CBR) IRAM 78011

Propiedades Norma

gr/m2

mm

UnidadGeocompuesto

2155

2,57 (a 2kPa)


33

OBTENCIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE Co3O4 MEDIANTE SÍNTESIS POR

COMBUSTIÓN: ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LA

RELACIÓN DE COMBUSTIBLE

a*Gardey María C.,

aPalermo Maximiliano,

bLascalea Gustavo. E.,

cFernandez de Rapp María E.&

dVázquez Patricia

a* Grupo CLIOPE, Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Mendoza,

Rodríguez 273, Mendoza-5500, Argentina. b Laboratorio de Investigaciones y Servicios Ambientales Mendoza (LISAMEN) - CCT CONICET–

Mendoza cCentro de Investigaciones en Sólidos (CINSO) CITEDEF – CONICET.

d Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas "Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA) CCT

CONICET – La Plata [email protected]

Introducción Los polvos de óxido de cobalto, Co3O4 presentan aplicaciones, como ánodos para baterías recargables de Li, sensores de gases, catalizadores, materiales magnéticos y como absorbedores solares. El Co3O4 puede ser obtenido por síntesis mecanoquímicas, de precipitación y solvotermales, pero las síntesis por combustión para obtener este óxido han sido estudiadas recién estos últimos cuatro años, periodo en que se inició esta línea de investigación. En la bibliografía se han encontrado antecedentes de los polvos obtenidos en síntesis por combustión utilizando glicina y urea como combustible, pero otros combustibles no han sido investigados todavía. Las propiedades de los polvos obtenidos mediante síntesis por combustión dependen de la cantidad y el tipo de combustible utilizado entre otras variables. La cantidad de combustible utilizada se expresa en las síntesis por combustión como una relación de combustible definida entre los números de moles del combustible y los moles de iones cobalto presentes en la solución precursora. El objetivo del presente trabajo es analizar la influencia de la relación de combustible con las propiedades de los pigmentos obtenidos en las síntesis por combustión de Co3O4. En particular se evalúan propiedades como la composición química, el tamaño de cristalita, el área específica superficial, la morfología superficial y el tamaño y forma de partícula con la relación de combustible definida como: n(combustible)/n(iones de Co), presentes en la solución precursora. Materiales y métodos En la figura 1 se muestra en un diagrama de flujos la descripción de las síntesis llevadas a cabo en este trabajo y las técnicas de caracterización utilizadas. Se realizaron reacciones con ácido nítrico y sin ácido nítrico, y ambas se realizaron para cuatro combustibles diferentes: Ácido aspártico (Asp), Lisina monoclorohidrato (Lis), Trihidroximetilaminometano Tris y Ácido etilendiaminotetraacético (Edta).

Figura 1. Diagrama de flujos de las síntesis de Co3O4

Las síntesis con nítrico tienen mayor cantidad de combustible y un pH diferente de la solución precursora con respecto a las reacciones sin nítrico. Las relaciones de combustible y los valores de



34

pH se encuentran en la tabla 1. Entonces se llevaron a cabo reacciones sin nítrico con diferentes relaciones de combustible con respecto a la estequiométrica utilizando Asp. como combustible. Se utilizaron las siguientes relaciones de combustible: 0,5; 1,5 y 2,5. Resultados y discusión En todos los pigmentos obtenidos luego de la calcinación se obtuvo la estructura cristalina de la espinela, cúbica centrada en las caras, correspondiente al Co3O4 según la base de datos ICSD N° 36256. Mediante DRX también se determinaron los tamaños de cristalita promedio cuyos valores se encuentran en la tabla 1. El menor valor promedio de 19 nm corresponde a los pigmentos obtenidos con Lisina y sin nítrico y el valor más alto de 47 nm para el obtenido con Edta y con nítrico. Para un mismo combustible se observa que para las síntesis con ácido nítrico y mayor cantidad de combustible el tamaño de cristalita es mayor que para el obtenido mediante síntesis estequiométrica, mientras que el área específica superficial disminuye con el aumento de combustible y el uso de ácido nítrico. Hay referencias bibliográficas que muestran la misma tendencia. El tamaño de cristalita de los pigmentos obtenidos de la tabla 2 obtenidos con cantidades diferentes a las estequiométricas, verifican parcialmente esta tendencia porque para los pigmentos obtenidos con una relación de 2,5 en vez de aumentar el tamaño de cristalita disminuye. Respecto a la morfología superficial en todos los casos se observó una aglomeración de partículas de un tamaño promedio entre 30 y 100nm y una forma poligonal, en particular algunas de forma octaédrica.

Tabla1. Descripción de las síntesis realizadas y sus correspondientes valores de tamaño promedio de cristalita y área específica superficial.

Combustible Relación del

combustible

Tipo de

Síntesis

pH solución

precursora

Tamaño de

cristalita(nm)

Área

específica

superficial

(m2/g)

Asp 3 Con nítrico 7 41 ± 4 4,1

Asp 0,6 Sín nítrico 3 29 ± 3 20,4

Edta 1,12 Con nítrico 8 47 ± 5 29,3

Edta 0,22 Sin nítrico 2 43 ± 4 22,9

Lis 1,32 Con nítrico 8 38 ± 4 8

Lis 0,26 Sin nítrico 3 19 ± 2 13,3

Tris 2,14 Con nítrico 8 34 ± 3 8,9

Tris 0,43 Sin nítrico 7 33 ± 3 13,8

Tabla 2. Tamaño promedio de cristalita y área específica superficial utilizando diferentes cantidades

de Asp. con respecto a la estequiométrica.

Relación combustible-Oxidante Tamaño de cristalita

(nm)

Área específica superficial

(m2/g)

0,5 21 25,4

0,6 29 20,4

1,5 76 8,6

2,5 66 12,2

Conclusiones Mediante síntesis por combustión y variando el tipo y la cantidad de combustible utilizado se obtuvieron partículas de Co3O4 con un tamaño de partícula entre 30 y 100nm y de forma poligonal en particular algunas de forma octaédrica. Se observa para un mismo combustible que a medida que la cantidad de combustible aumenta el tamaño de cristalita aumenta mientras que el área específica disminuye.


35

Tomografía Óptica Coherente para el Estudio de Materiales.

Gutierrez M.(1)

, Morel E.(1)

, Miranda H.(1)

, Sambrano E.(2)

, Torga J.(1)

(1)Laboratorio de Optoelectrónica y Metrología Aplicada – Facultad Regional Delta – UTN.

San Martín 1171 – Campana – Bs. As. (2) Centro de Investigación y Desarrollo de Materiales –SEGEMAR

Parque Tecnológico Miguelete. Edificio 14. Av. General Paz 5445, Bs. As.

[email protected]

Introducción La tomografía óptica coherente es una técnica que permite la obtención de imágenes 3D, en el interior de materiales, con alta resolución (en el orden del micrón) y alta frecuencia de muestreo (hasta 1000 puntos por segundo). Las imágenes son obtenidas haciendo un barrido en la región de

interés con un haz de luz, en nuestro caso infrarrojo (=840 nm). La longitud de penetración en el material varía desde el milímetro para medios altamente dispersivos (tejidos biológicos, fibras, plásticos) hasta varios centímetros en casos de medios transparentes (vidrios, líquidos). La técnica se basa en la interferometría de baja coherencia y ha evolucionado notablemente en los últimos años

(1). Esto se debe fundamentalmente a los excelentes resultados obtenidos en

aplicaciones médicas (2)

y más recientemente en aplicaciones en la caracterización de materiales (3)

. Este trabajo tiene como objetivo la obtención de imágenes tridimensionales en el interior de materiales transparentes o semitransparentes, para ser utilizado como método de caracterización no destructivo, para dos aplicaciones diferenciadas: 1- Sistema de laboratorio (estudio de materiales, obtención de imágenes de alta resolución, estudios resueltos en el tiempo). 2- Sistema apto para su uso industrial (línea de producción, sistemas de inspección, control de calidad). Las imágenes son obtenidas enfocando el haz de luz sobre la muestra en estudio. Para cada punto muestreado se obtiene un perfil de distancias desde la superficie hacia el interior, hasta la distancia de penetración. Se muestran resultados obtenidos en tomografías hechas en piezas de vidrio con un sistema basado en un interferómetro en fibra óptica, un cabezal de enfoque y un novedoso sistema de posicionamiento de la muestra. Se ha utilizado la técnica conocida como tomografía óptica en el dominio de la frecuencia que se basa en el análisis de Fourier del espectro de la fuente de luz utilizada

(2). Se ha desarrollado el cabezal óptico, el sistema de posicionamiento y barrido del haz

sobre la muestra y un sistema de procesamiento que permite crear la imagen 3D. Materiales y métodos En la siguiente figura se muestra un esquema experimental del sistema. El mismo está compuesto por un interferómetro en fibra óptica (figura 1-a) y el sistema que permite posicionar la muestra y controlar los desplazamientos para el barrido en la zona de interés (figura 1-b).

Figura 1. Esquema del sistema experimental.



36

A la salida del interferómetro se ubica un sistema óptico que enfoca el haz sobre la muestra y controla la penetración (Figura 1-b) y la resolución lateral del mismo. La resolución axial está dada por el ancho espectral de la fuente de luz. Un procesamiento posterior permite obtener una representación 3D de la muestra, para lo cual es necesario determinar las coordenadas espaciales de cada punto medido y el centro del sistema de coordenadas. Para esto se utiliza una calibración previa y algoritmos basados en el método de cuadrados mínimos no lineal.

Resultados y discusión. En la figura 2 se puede apreciar una imagen obtenida en un sector de la muestra (indicada en la figura 1-b), en este caso un envase de vidrio. La imagen se obtiene punto a punto haciendo un barrido con el sistema descripto. Combinando las medidas obtenidas con el interferómetro y el sistema de posicionamiento, es posible obtener valores absolutos de distancias (indicados en el gráfico). A partir de estos resultados se obtienen: parámetros de forma, espesor y defectos interiores. En la imagen se puede apreciar la cara exterior e interior de la muestra. A partir de un análisis posterior se pueden obtener las medidas de interés, en este caso: un mapeo del espesor y la presencia de burbujas interiores.

Figura 2 Imagen tomográfica construida a partir de las medidas realizadas con el sistema

experimental descripto. El sistema de coordenadas es el indicado en la figura 1-b. El sistema tiene una resolución axial y lateral inferior a los 10 micrones y una frecuencia de muestreo en el orden de los 1000 puntos por segundo. Conclusiones. Se presentan los primeros resultados en muestras de vidrios obtenidos con un sistema de tomografía óptica coherente basado en un esquema en fibra óptica y acoplado a un portamuestra que permite hacer barridos selectivos. Se obtuvieron resultados alentadores para estudios de forma, espesores y detección de defectos en las muestras analizadas. Se orientará el trabajo futuro hacia el análisis no destructivo en vidrios, polímeros y plásticos aplicado a materiales compuestos y multicapas. Se buscará mejorar la resolución, la frecuencia de muestreo y la penetración en la muestra. Referencias. [1] http://www.octnews.org [2] Drexler, W. & Fujimoto, J. “Optical Coherence Tomography: Technology and Applications”,

(2008).

[3] http://www.octnews.org/category/14/non-medical/ o “Application of optical coherence

tomography (OCT) as a 3-dimensional imaging technique for sola cells”, L. Thranea, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol 97, 181-185, (2012).

http://www.octnews.org/category/14/non-medical/

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=outwardLink&_partnerName=27983&_origin=article&_zone=art_page&_linkType=scopusAuthorDocuments&_targetURL=http%3A%2F%2Fwww.scopus.com%2Fscopus%2Finward%2Fauthor.url%3FpartnerID%3D10%26rel%3D3.0.0%26sortField%3Dcited%26sortOrder%3Dasc%26author%3DThrane,%2520Lars%26authorID%3D22136929800%26md5%3D6c5fa61986345a57e5f65d653e86c8dd&_acct=C000054193&_version=1&_userid=1677769&md5=e3df4c65af06f5ad39dce1f86346bfb9

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=outwardLink&_partnerName=27983&_origin=article&_zone=art_page&_linkType=scopusAuthorDocuments&_targetURL=http%3A%2F%2Fwww.scopus.com%2Fscopus%2Finward%2Fauthor.url%3FpartnerID%3D10%26rel%3D3.0.0%26sortField%3Dcited%26sortOrder%3Dasc%26author%3DThrane,%2520Lars%26authorID%3D22136929800%26md5%3D6c5fa61986345a57e5f65d653e86c8dd&_acct=C000054193&_version=1&_userid=1677769&md5=e3df4c65af06f5ad39dce1f86346bfb9

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09270248

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09270248


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ARCILLAS ANIÓNICAS DEL TIPO HIDROTALCITA REHIDRATADA DE MgAl y MgAlLi. SÍNTESIS, CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE SITIOS BÁSICOS.

Angélica C. Heredia*, Laura Pelle Blanc, Claudio G. Sanfelippo,

Eduardo R. Herrero, Mónica E. Crivello. Centro de Investigación y Tecnología Química (CITeQ), Universidad tecnológica Nacional – Facultad Regional Córdoba. Maestro López y Cruz Roja Argentina. 5016, Córdoba, (Argentina).

[email protected]

Introducción Los compuestos tipo hidrotalcitas (HT) son una clase de arcilla aniónica bidimensional

nanoestructurada [1]. La estructura laminar puede ser descrita como la de brucita Mg(OH)2. Los iones Mg

2+ en coordinación octaédrica con seis grupos OH

- comparten sus aristas formando una capa

infinita. Estas capas se apilan unas sobre otras y son retenidas por enlaces hidrógeno. Cuando los

iones Mg2+

son sustituidos isomórficamente por iones trivalentes de radio similar al Mg2+

, tales como Al

3+, se generan cargas positivas en la capa de los hidroxilos. Para mantener la neutralidad

electrónica, los aniones situados en la región interlaminar compensan las cargas; en esta región además se encuentran moléculas de agua [1-3]. La fórmula general que representa los compuestos tipo HT es: [M(II)1-xM(III)x (OH)2](An

-)n/x).mH2O, donde M(II) = Mg

2+, Zn

2+, o cationes +1 como Li

+, K

+,

etc, M(III) = Al3+

, Fe3+

etc., A = (CO3)2-

, Cl-, (NO3)

-, etc. La descomposición térmica a temperaturas de

450 °C genera óxidos mixtos de gran superficie específica [4] con propiedades básicas. En contacto con agua líquida o flujo de gas inerte saturado en agua, los óxidos pueden volver a reconstruir su estructura laminar. En dicho caso los grupos OH

- serán los iones de compensación en la intercapa

con gran carácter básico [5], esta propiedad se llama efecto memoria [6]. El objetivo de este trabajo es la síntesis y caracterización de compuestos tipo HT rehidratados con propiedades básicas para su potencial aplicación como catalizadores en reacciones de condensación aldólica.

Materiales y métodos La síntesis de los materiales precursores se realizó por coprecipitación según [7], donde la relación de Mg/Al se varió entre 2, 3 y 4 mientras que para la muestra con Li se mantuvo la relación molar (Mg+Li) /Al igual a 3 reemplazando el 25% mol de Mg por Li. Se utilizó nitrato como fuente metálica de Mg y Al y cloruro como fuente de Li. Los compuestos tipo HT se calcinaron y rehidrataron en agua descarbonatada con atmósfera inerte y agitación durante 18 h. Los materiales rehidratados se caracterizaron por DRX, TG, ICP y TPD de CO2. En la tabla 1 se indican las muestras sintetizadas, donde el subíndice x indica la relación Mg/Al y R indica que la muestra está rehidratada.

Resultados y discusión En la Tabla 1 se observan las concentraciones de los metales y la relación de ellos determinadas por ICP.

Tabla 1. Datos de composición por ICP, pérdida de Masa por TG y densidad de sitios básicos por TPD.

El porcentaje de pérdida de masa por análisis de TG en las muestras rehidratadas es el característico (34-45%) [8] para materiales tipo HT (Tabla 1). En la figura 1 (A) por DRX se puede observar la presencia de fase laminar en las muestras rehidratadas independientemente de la relación Mg/Al y el contenido de Li. En la Figura 1 (B) se muestran los perfiles de desorción de CO2, donde se identifican dos picos principales alrededor de 190-200 °C y 360-370 °C mientras que en las muestras A2HTR y HTLiClR presentan un hombro a los ~280 °C indicando distintos tipos de centros básicos [8] caracterizados por su fuerza. El primer pico se puede atribuir a bicarbonatos sobre grupos OH

-

básicos débiles mientras que el segundo pico se atribuye a bicarbonatos sobre los grupos HO-

básicos medios. Los OH- presentes en los bordes de las láminas presentan mayor carácter básico

Muestras

ICP (% mol) TG

Pérdida de Masa %

TPD μmol CO2/g Mg Al Li

Mg + Li

Al Teórico Experimental

A2HTR 66,0 33,95 -- 2 1,94 38,25 1715

HTLiClR 48,1 44,3 7,6 3 1,25 39,02 1680

A3HTR 75,5 24,5 -- 3 3,08 39,5 1386

A4HTR 79,56 20,44 -- 4 3,89 38,83 1493



38

debido a la disponibilidad e interacción con la molécula de CO2, desorbiendo estas a mayores temperaturas.

Figura 1. Compuestos tipo HT rehidratados de MgAl y MgAlLi. (A) DRX, (B) TPD de CO2.

En la Tabla 1 se muestra la densidad de sitios básicos totales en micromoles de dióxido de carbono por gramo de muestra. Las muestras A2HTR y HTLiClR presentan la mayor densidad de sitios básicos totales. Conclusiones Se logró reconstruir la estructura laminar de compuestos tipo HT luego de ser calcinados, como se demuestra por DRX y TG. Los perfiles de desorción de CO2 de las muestras rehidratadas indican la presencia de sitios básicos con distinta fuerza, atribuido principalmente a grupos OH

- en distintas

posiciones de la estructura laminar, tanto en la superficie como en los bordes. Los grupos OH

- situados en los bordes de las láminas de las muestras rehidratadas presentan mayor

interacción con la molécula de CO2 desorbiendo a mayores temperaturas. La densidad de sitios básicos totales, calculado como micromoles de CO2 por gramo de muestra rehidratada fue mayor en la muestra con una baja relación de Mg/Al y en la muestra con litio. Estos resultados proporcionan características óptimas para la aplicación de estos materiales como catalizadores básicos en reacciones heterogéneas.

Referencias [1] Kok-Hui Goh, Teik-Thye Lim, Zhili Dong., Water Research 42 (2008) 1343 – 1368. [2] F. Cavani, F. Trifiró, A. Vaccari, Catal. Today 11 (1991) 173. [3] Evans, D.G., Duan, X., Chem. Commun. 5, (2006), 485–496. [4] C. Noda Pérez, C. A. Pérez, C. A. Henriques, J. L. F. Monteiro, Appl. Catal. A 272 (2004) 229. [5] S. Abelló, Appl. Catal. A 281 (2005) 191. [6] F. Cavani, F. Trifiró, A. Vaccari, Catal. Today 11 (1991) 173. [7] M. Crivello, C. Pérez, E. Herrero, G. Ghione, S. Casuscelli, E. Rodríguez-Castellón, Catal. Today

215 (2005) 107. [8] S. Abelló, F. Medina, D. Tichit, J. Pérez-Ramírez, X. Rodríguez, J.E. Sueiras, P. Salagre, Y.

Cesteros, Appl. Cat. A 281 (2005) 191–198

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

HTLiClR

018015

009

112110

006

A4HTR

A3HTR

Inte

nsid

ad

(u

.a)

2

A2HTR

003

(A)

0 100 200 300 400 500 600 700 800

HTLiClR

A4HTR

Temperatura °C

A2HTR

A3HTR

Inte

nsid

ad

(u

.a)

(B)


39

RECUBRIMIENTOS CON FINES INDUSTRIALES PRODUCIDOS MEDIANTE LA

TÉCNICA DE PLASMA

C. Lasorsa1,2

, P. Pineda Ramos1, R. Versaci

1,2, R. Lucio

1

F. de la Rosa1, R. Laferrara

1, K. Pierpauli

1,2

1 Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Haedo, Grupo Ingeniería de Recubrimientos

Especiales y Nanoestructuras (IREN). Paris 532. Haedo. Prov. de Buenos Aires. Argentina. 2

Comisión Nacional de Energía Atómica. Argentina.

[email protected]

Introducción La necesidad de nuevos materiales con propiedades funcionales muy específicas los ha tornado de muy costosa elaboración. Los recubrimientos superficiales permiten la obtención de esas mismas propiedades sin cambiar las del material de base, confiriéndole al elemento así tratado propiedades especiales sin necesidad que todo el material de la pieza deba tenerlas, de esta manera se logra un importante ahorro económico, sobre todo en piezas de construcción masiva, dado que sobre una base de material relativamente barato, una superficie de buena calidad le otorga una capacidad de comportamiento similar a una pieza construida enteramente con el material de alto costo. Estos recubrimientos comprenden procesos físico-químicos en superficie, que en algunos casos no admiten otra forma de elaboración que no sea por plasma. El proceso se realiza en reactores herméticos a alto vacío. El control preciso de los reactivos de proceso y su absoluta independencia de contaminación ambiental, posibilitan que estos recubrimientos y elementos nanoestructurados así obtenidos resulten de extrema pureza y estructura perfecta, siendo estos requisitos indispensables en microelectrónica y nanotecnología así como en otras áreas altamente especializadas. En este trabajo se describen los equipos utilizados y se realiza una síntesis somera del proceso y sus variables, así como se mencionan diversas aplicaciones realizadas con la técnica de plasma utilizada. Materiales y métodos Se puede decir desde el punto de vista térmico, que un plasma producido por una descarga eléctrica en un gas a baja presión, está formado por dos fluidos diferentes: uno compuesto por los electrones libres que tiene propiedades similares a las de un gas de alta temperatura, en tanto que el otro, compuesto por los elementos pesados se comporta como un fluido de baja temperatura. Por su alta temperatura, los electrones transfieren energía interna a las especies pesadas del plasma, activándolas y permitiéndoles reaccionar químicamente. Como resultado se producen reacciones químicas en fase gaseosa, y en particular, sobre la superficie de un substrato inmerso en el plasma por deposición de especies activadas, lo que da lugar al crecimiento de un recubrimiento. Esto constituye la base de los procesos reactivos de deposición por plasma. El proceso consiste en aplicar un campo eléctrico en el interior de la cámara generando la ionización de los gases (plasma), lo que permite aumentar su reactividad química. Dicho campo puede ser de CC o de CA y muchas veces la aplicación de un campo de radiofrecuencia (13,56 MHz). Los recubrimientos por PECVD se realizan a partir de un compuesto químico denominado precursor, éste es portador de uno o más elementos formadores del recubrimiento (Si, Ti, etc.). El compuesto precursor se disocia en una cámara a distintas temperaturas, y libera el compuesto a depositar en el seno de una atmósfera controlada. La misma es generada por la circulación de un gas (por ej. O2, CH4, N2, etc.). El elemento liberado por el precursor reacciona con los iones que son el resultado de la descomposición del gas, dando lugar a una reacción química en la superficie del sustrato; el resultado es la síntesis del compuesto buscado en forma de recubrimiento. Esta técnica permite la utilización de varios tipos de sustratos de diferentes materiales y con distintas geometrías. También la ionización del o los compuestos introducidos en la cámara del reactor y su posterior recombinación permiten la síntesis de nanoestructuras como por ejemplo recubrimientos de características especiales, nanotubos de carbono, nanoesferas del mismo material, etc. Para la producción de los recubrimientos que a continuación se describen, se utilizaron dos reactores tipo PE-CVD “Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition”. Uno con una fuente de radio frecuencia de 13,56 MHz y 1200 W de potencia, que fue usado para el recubrimiento de dióxido de silicio, SixOyCz, DLC, Si3N4, y nanotubos de carbono.



40

El segundo es un equipo de descarga continua (glow discharge) con una potencia de proceso de 1000 W, que fue usado para los restantes recubrimientos, Si3N4, SiC, TiC y SixOyCz. La cámara de vacío, en ambos reactores, está formada por un tubo de vidrio Pirex de 100 cm de longitud y 15 cm de diámetro interno. Los equipos de PECVD se esquematizan en la figura 1.

Figura 1. Esquemas de reactor de plasma PECVD de corriente continua izquierda y esquema de reactor de plasma PECVD de radio frecuencia (derecha)

Resultados y discusión Mediante estas técnicas ha sido obtenida una gran diversidad de recubrimientos para diferentes industrias: -Recubrimientos realizados para la industria óptica: recubrimientos duros transparentes sobre sustratos orgánicos. -Recubrimientos realizados para la industria metal mecánica: interfase de protección anticorrosiva de SixOyCz sobre sustratos metálicos, recubrimiento anticorrosivo de SiXOYCZ sobre sustratos metálicos, recubrimiento de nitruro de silicio (SixNy) sobre sustratos metálicos, recubrimiento de DLC depositado por plasma CVD en un acero inoxidable AISI 420 nitrurado. -Recubrimientos realizados para uso en nanotecnología: recubrimiento de nitruro de silicio (SixNy) para uso en microcalefactores para sensores, fabricación de nanotubos de carbono. -Recubrimientos realizados para uso en energías alternativas: recubrimiento de oxinitruro de titanio (TiNxOy) para uso en conversores térmicos de la energía solar, elaboración de superficies absorbedoras con recubrimientos refractarios para aplicaciones a altas temperaturas, recubrimientos de carburo de titanio para uso en conversores térmicos de la energía solar. -Recubrimientos realizados para uso en biología y medicina: modificación de la hidrofilicidad del biopolímero PHBV mediante tratamiento superficial con plasma. A modo de ejemplo se detallan las referencias que el espacio permite [1-2]. Conclusiones Se diseñaron y construyeron dos reactores capaces de producir recubrimientos especiales de última generación, de gran importancia para la industria. Se optimizaron los parámetros del proceso, a efectos de lograr recubrimientos de muy buena calidad. Todos los trabajos mencionados precedentemente fueron publicados y/o presentados en congresos. La técnica descripta no implica complicados procesos de ejecución, y puede ser implementada en nuestro país. Una vez optimizado el sistema, es factible de ser automatizado. En contrapartida, es necesario considerar que el costo inicial de equipamiento es relativamente alto, aun así, la relación costo beneficio resulta muy conveniente. Referencias [1] C.A. Lasorsa, P.M. Perillo, P.J. Morando, “Protective SixOyCz coatings on steel prepared by plasma activated chemical vapour deposition”. Surface and Coatings Technology 204 [16-17] (2010) 2813-2816. [2] B. Lerner, M.S. Perez, C. Toro, C. Lasorsa, C.A. Rinaldi, A. Boselli, A. Lamagna. Generation of

cavities in silicon wafers by laser ablation using silicon nitride as sacrificial layer. Applied Surface Science

258 [7] (2012) 2914-2919.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433211017466

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433211017466


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CARACTERIZACIÓN DE NANOTUBOS DE CARBONO FABRICADOS MEDIANTE LA TÉCNICA DE PLASMA CVD

C. Lasorsa

1,2, R. Versaci

1,2, P. Pineda Ramos

2, I. Tropper

1,

A. Lamagna1, A. Boselli

1.

1 Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Haedo, Grupo Ingeniería de Recubrimientos

Especiales y Nanoestructuras (IREN). Paris 532. Haedo. Prov. de Buenos Aires. Argentina. 2

Comisión Nacional de Energía Atómica. Argentina. [email protected]

Introducción Las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono son sumamente importantes para su utilización en microelectrónica. En este trabajo se presentan los resultados experimentales referidos a la fabricación de nanotubos de carbono obtenidos por la técnica PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) y por lo tanto es en este caso una importante contribución en el campo de la nanotecnología, para la fabricación de nanosensores [1,2]. Materiales y Métodos Los nanotubos fueron obtenidos mediante la técnica de PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) en un reactor horizontal de Pyrex, usando metano como gas precursor, y una descarga de RF de 1000 W para ionizar los gases y obtener la síntesis de los nanotubos de carbono sobre un substrato de hierro (AISI 316), calentado eléctricamente en un rango de temperatura entre 200°C y 800ºC, recubierto con nitrato férrico Fe(NO3)3, el cual actúa como catalizador y centro de nucleación. También se han utilizado como substrato grillas de cobre, recubiertas con nitrato férrico Fe(NO3)3. Sobre el electrodo central calefaccionado del equipo, provisto de un calefactor resistivo interno, se colocaron las gradillas de Cu (seis en total por proceso), las cuales se impregnaron con una solución de nitrato férrico en solución en alcohol isopropílico, sometida a doble filtrado con papel de filtro (Omnipore 0.1 micron y 47 mm). Las celdillas se colocan simplemente apoyadas sobre la cara superior del porta muestras. No solamente se fabricaron nanotubos de aplicación en sensores, también se obtuvieron gran variedad de nanoestructuras, como microesferas huecas, etc. Los resultados obtenidos, dependieron de las condiciones utilizadas en el proceso, los mismos fueron obtenidos utilizando técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM) y de microscopía electrónica de transmisión (TEM). La preparación de las muestras para ser observadas por microscopia electrónica consistió en la colocación de una suspensión de los nanotubos de carbón en alcohol isopropílico sobre una grilla recubierta con carbón y sin cubrir. Algunas variables del proceso que fueron investigadas son: potencia de radiofrecuencia, presión y caudal del metano durante el proceso, y temperaturas. En todos los casos la presión de proceso fue 700 torr (0,92 atm), en el presente trabajo solo se consignan aquellos procesos con resultados positivos. Resultados y discusión Las imágenes del nanotubos de carbono colocado sobre las grillas recubiertas con carbono se observan en las figuras 1 a 3, las imágenes mostrada en las figuras 4 a 6 corresponden a la grillas de cobre observadas directamente por Tem. La figura 1 muestra imágenes de SEM de los nanotubos y la figura 2 un detalle obtenido por TEM. En la figura 3 se observa que los diámetros de los nanostubos están comprendidos entre 8,5 y 12 nm y la 4 mostrando la típica estructura tipo bambú. La figura 4 muestra una imagen de TEM de los nanotubos crecidos sobre las grillas de cobre con una posible partícula de hierro en su extremo [3] y la figura 5 muestra una imagen donde los nanotubos tienen varios micrones de longitud. La imagen de TEM, figura 6 muestra que los nanotubos son muy rígidos. Conclusiones Este método no convencional para la producción de los nanotubos de carbono, permitió obtener 0,1 g, con dimensiones y morfologías satisfactorias para ser utilizados en nanosensores. Se observa que al aumentar la temperatura, el diámetro de los nanotubos tiende a decrecer, esto puede ser interpretado que a mayor cinética se crean menos estructuras masivas, resultado acorde con lo sugerido por otros autores.



42

Figura 1. Imagen SEM de nanotubos de carbono. Figura 2. Imagen TEM de nanotubos de carbono Escala 500 nm. Figura 3. Imagen TEM. Escala 100 nm. Figura 4. Imagen TEM. Partícula de hierro. Escala 50nm. Referencias [1] M. Perez, B. Lerner, D. Resasco, P. Pareja Obregon, P. Julian, P. Mandolesi, F. Buffa, A. Boselli, A. Lamagna. Sensors 10 (2010) 3857-3867. [2] K. Tanaka, M. Endo, K. Takeuchi, W. Hsu, H. Kroto, M. Terrones, D. Walton, Ch. 12 in The Science and Technology of Carbon Nanotubes. Ed. Tanaka, Yamabe, Fukui. Elsevier.1999. [3] X. Devaux, M. Vergnat. Physica E 40 [7] (2008), 2268-2271.

Figura 5. Imagen TEM de un nanotubo de

carbono crecido en una grilla de cobre.

Figura 6. Imagen TEM de nanotubo de

carbono.

Escala 500 nm.


43

OBTENCIÓN DE POLVOS NANOESTRUCTURADOS DE ZrO2-15 %molar CeO2 POR DOS VÍAS DE GELIFICACIÓN-COMBUSTIÓN BASADAS EN NITRATOS-

EDTA Y NITRATOS-TRIS

Lassa M. S. (1)

, Lascalea G. E. (1)

, Vázquez P. G. (2)

, Martín Martínez J. M. (3)

y Lamas D. G. (4)

(1) Laboratorio de Investigaciones y Servicios Ambientales Mendoza (LISAMEN) – Centro Científico-Tecnológico (CCT) CONICET – Mendoza, Argentina.

(2) Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA) – CONICET – Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina.

(3) Laboratorio de Adhesión y Adhesivos, Universidad de Alicante, 03080 Alicante, España. (4) Laboratorio de Caracterización de Materiales, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del

Comahue, Buenos Aires 1400 (8300) Neuquén, Pcia. de Neuquén, Argentina, y CONICET, Argentina. [email protected]

Introducción Los materiales cerámicos en base a circonia son de gran interés tecnológico por sus propiedades eléctricas y mecánicas, que le confieren una importancia crucial para sus aplicaciones, por ejemplo, en el área de celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs). Cuando se emplean dopantes, como por ejemplo CeO2, Y2O3, CaO, forman soluciones sólidas con propiedades de gran interés tecnológico. Dependiendo del tipo y concentración del dopante y del sistema considerado, se pueden retener en forma metaestable a temperatura ambiente, fases que sólo son estables a alta temperatura para la misma composición en polvos convencionales (típicamente microestructurados) como por ejemplo la fase tetragonal, que en nanomateriales se retiene a temperatura ambiente al emplear concentraciones adecuadas de Y2O3 o CeO2, entre otros dopantes [1, 2]. Para las películas de ZrO2-CeO2, las diferentes características de los materiales inciden, por ejemplo, en las propiedades eléctricas, y esto determina sus aplicaciones tecnológicas como conductores mixtos, para ánodos de SOFCs. Estos materiales presentan, también, propiedades catalíticas, y se los emplea como catalizadores de tres vías [3,4]. En el presente trabajo, se planteó la obtención de polvos nanoestructurados de la zona rica en ZrO2, mediante rutas de síntesis de gelificación-combustión (SGCs) basadas en nitratos de los metales de interés y empleando en cada diferente proceso el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y trihidroximetil-aminometano (TRIS) como combustibles, respectivamente. Estas síntesis, a su vez, fueron planteadas como procesos ya sea estequiométricos, o bien ricos en combustible en base a los criterios de balance de la valencia oxidativa [5, 6]. El objetivo del presente trabajo fue evaluar las propiedades morfológicas que presentaron cada uno de los productos obtenidos. Materiales y Métodos Para una descripción detallada de las SGCs ricas en combustible realizadas, se remite al lector al artículo del Congreso SAM/CONAMET 2009 [6]. En referencia a los procesos estequiométricos, se disuelven las especies necesarias en cantidad suficiente de agua destilada, se lleva la solución a sequedad por evaporación sobre una placa calefactora y se produce una ignición espontánea que pronto se autolimita por agotamiento de los reactivos, resultando cenizas que, calcinadas adecuadamente, permiten obtener el polvo nanocristalino deseado. Para las síntesis estequiométricas se emplean como reactivos los nitratos (de calidad p/a) de los metales de interés y se adiciona el combustible pertinente (EDTA o TRIS) calculando sus cantidades según reacciones de obtención balanceadas. Como ejemplo, se detalla la reacción para la síntesis estequiométrica empleando EDTA del polvo de composición ZrO2-15 %molar CeO2: 68 ZrO(NO3)2 + 12 (NH4)2Ce(NO3)6 + 29 C10H16N2O8 + 48 O2 68 ZrO2 + 12 CeO2 + 290 CO2 + 280 H2O + 145 N2

En el marco presentado, se estudiaron cuatro rutas: ZrO2-15%molarCeO2 por SGCs nitratos-EDTA, ruta estequiométrica (R15E), ZrO2-15%molarCeO2 por SGCs nitratos-EDTA, ruta rica en combustible (E15), ZrO2-15%molarCeO2 por SGCs nitratos-TRIS, ruta estequiométrica (R15T) y ZrO2-15%molarCeO2 por SGCs nitratos-TRIS, ruta rica en combustible (15T). Los materiales obtenidos fueron caracterizados por difracción de rayos X, microscopías SEM y TEM e isotermas de absorción-desorción de N2.



44

Resultados y Discusión La reacción estequiométrica R15T, no resultó viable ya que se formó un precipitado que no se pudo redisolver, impidiendo la formación del gel, y por ende, la combustión posterior. Esto será motivo de estudio de un próximo trabajo. De las tres SGCs restantes, se prepararon dos porciones de los polvos calcinándolas a 350°C y a 600°C, respectivamente. Como ejemplo, se puede citar que los productos obtenidos por la vía no estequiométrica o rica en combustible, presentaron rendimientos aceptables, entretanto, los difractogramas de rayos X mostraron que la fase es tetragonal tal como se esperaba y con tamaños de cristalitos de 4,6 nm para 15T y de 5,9 nm para 15E. Dichos tamaños también fueron corroborados mediante observación por TEM, tal como se muestra en las Figuras 1 y 2 respectivamente. Entretanto en la Figura 3 se observa la típica morfología de aglomerados policristalinos en escamas, con presencia de micro y mesoporos, que es habitual en polvos de esta composición y fase. Por otra parte, se realizaron estudios del área superficial específica y la porosidad de los polvos por isotermas de adsorción-desorción de N2. Se encontró que al aumentar la temperatura de calcinación de las muestras, disminuye el área específica BET acompañada de un descenso del volumen y del diámetro de poro. Así, cuando la muestra es calcinada a 600ºC, la disminución del área específica es más notable y las isotermas de adsorción-desorción se entrecruzan en determinados rangos de presión relativa, debido a la falta de porosidad en el sólido a esta temperatura. Las isotermas de los polvos 15E, calcinados a 600ºC, resultan interesantes, ya que clasifican en el Tipo 6, correspondientes a un sólido no poroso, coherente con el volumen y diámetro de poro obtenidos.

Figura 1: Micrografia TEM de

la muestra 15E (600°C), (Barra: 5 um).

Figura 2: Micrografía TEM de

la muestra 15T (600°C), (Barra: 10 nm).

Figura 3. Micrografía SEM de la

muestra 15T (350°C), (A=500x).

Conclusiones Las nuevas rutas de síntesis por SGCs basadas en nitratos-TRIS y nitratos-EDTA descriptas en este trabajo son procesos viables para la obtención de polvos nanocristalinos de ZrO2-CeO2 y resultan promisorias para su ensayo en otros sistemas. De los procesos analizados, las rutas ricas en combustible resultaron las más recomendables para este tipo de materiales. Referencias [1] D. G. Lamas, “Estudio de las interfaces [óxido de conducción iónica/óxido semiconductor/gas] -

Obtención de un nuevo sensor de gases”. Tesis de Doctorado en Cs. Físicas, FCEN-UBA (1998). [2] G. E. Lascalea, “Obtención y propiedades de polvos nanocristalinos y materiales cerámicos de

grano submicrométrico basados en circonia”; Tesis de Doctorado en Ciencia y Tecnología Mención Materiales, UNSAM-CNEA, Instituto de Tecnología “Prof. Jorge A. Sabato”, (2004).

[3] S. Bedrane, C. Descorme and D. Duprez. “Investigation of the oxygen storage process on ceria- and ceria–zirconia-supported catalysts”. Catalysis Today, 75 (1-4) (2002), p. 401–405.

[4] E. P. Murray, T. Tsai and S. S. Barnett. “A direct-methane fuel cell with a ceria-based anode”. Nature, 400 (1999), page 649 – 651.

[5] S. R. Jain, K.C. Adiga and V.R. Pai Verneker. “A new approach to thermochemical calculations of condensed fuel-oxidizer mixtures”. Combustion and flame, 40 (1981), p. 71–79.

[6] M.S. Lassa, G.E. Lascalea, D.G. Lamas, E. Soto y P.G. Vázquez, “Nuevas rutas de síntesis por gelificación-combustión de polvos nanoestructurados de ZrO2-CeO2”; en 9° Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales SAM-CONAMET 2009: Primeras Jornadas Internacionales de Materiales Nucleares, compilado por José Ovejero García, 1ª. ed., Buenos Aires, Comisión Nacional de Energía Atómica. Edición en CD-ROM (ISBN 978-987-1323-13-5), Vol. III (2009), p. 1789-1794.


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IDENTIFICACIÓN DE LOS SITIOS DE ATRAPE DE HIDRÓGENO EN UN ACERO PERLÍTICO-FERRÍTICO

Inés, M. y Mansilla, G.

Departamento Metalurgia-DEYTEMA Facultad Regional San Nicolás Colón 332 – 2900 San Nicolás, Buenos Aires

[email protected]

Introducción Hasta el momento se han efectuado numerosos esfuerzos para investigar los efectos del hidrógeno sobre las propiedades mecánicas de los aceros. La fragilización por hidrógeno en aceros de alta resistencia es un tema que ha sido extensamente discutido en la bibliografía a causa del deterioro en la propiedades mecánicas que el ocasiona. El hidrógeno puede encontrarse atrapado en defectos de la red tales como vacancias, dislocaciones, bordes de grano y en las interfaces entre la matriz y los precipitados. En general el hidrógeno atrapado se clasifica como hidrógeno reversible, es decir difusible a temperatura ambiente e hidrógeno irreversible que permanece fuertemente atrapado en sitios de red. Entonces, resulta de importancia poder comprender el mecanismo involucrado en la degradación de las propiedades mecánicas y de la resistencia a la fatiga causada por el hidrógeno atrapado en sitios irreversibles en particular. De acuerdo con Nakatami et al., esta degradación depende de factores inherentes a los materiales como lo son la energía de activación de las trampas irreversibles de hidrógeno y la sensibilidad del material a la fragilización por hidrógeno. La calorimetría diferencial de barrido (DSC) permite el estudio de aquellos procesos en los que se produce una variación entálpica. La finalidad es registrar la diferencia en el cambio de entalpía que tiene lugar en la muestra en función de la temperatura o del tiempo. El objetivo de este trabajo es la identificación e interpretación de los sitios potenciales de atrape de hidrógeno en un acero de alta resistencia fatigado. Materiales y métodos El material estudiado es un acero resulfurado de alta resistencia, cargado electrolíticamente con hidrógeno empleando cátodo de grafito y tensión constante de 2,1 V durante 6,5 h. Se utilizó una solución electrolítica 1N H2SO4, con el agregado de 0,25 g/L de NaAsO2 (agente promotor de H). Las muestras previamente cargadas fueron sometidas a ensayos de fatiga de bajo número de ciclos con amplitud de deformación total de 1.5 %. Para analizar el comportamiento de desorción de H, se realizaron ensayos mediante un calorímetro diferencial de barrido Shimadzu modelo DSC-60, considerando un rango de temperaturas comprendido entre la temperatura ambiente y los 500ºC. Para las determinaciones se emplearon dos velocidades de calentamiento diferentes: 10ºC/min hasta los 60ºC, y luego a 5ºC/min hasta alcanzar la temperatura máxima. Resultados y discusión Graficando las energías absorbidas/desorbidas durante el ensayo de calorimetría diferencial de barrido para la muestra sin carga electrolítica y la cargada con hidrógeno, figura 1 (a) se desprende que la curva correspondiente a la muestra cargada se desarrolla para valores de energía mayores.

100 150 200 250 300 350 400 450

-5,5

-5,0

-4,5

-4,0

-3,5

DS

C (

MW

)

Temperatura (ºC)

DSC

DSCper

(a)

100 150 200 250 300 350 400 450

-5,0

-4,5

-4,0

-3,5

DS

C(m

W)

Temperatura (ºC)

DSC Diferencia

(b)

Figura 1 (a) Picos de absorción y desorción de energía para muestras sin carga y cargadas con H (b) Diferencia entre curvas correspondientes a la figura (a)

Zona 1

Zona 2

Dislocaciones y

microvoids MnS



46

Resulta evidente que hay picos de absorción/desorción para el material permeado que no se presentan en el material sin carga. Es decir, que esos picos se deben a la presencia de hidrógeno ocluido en trampas irreversibles, con alta energía de interacción. Entonces, analizando la diferencia de energía entre ambas curvas, figura 1(b), se evidencian sólo los efectos del hidrógeno atrapado. Se aprecian dos zonas donde se producen picos de absorción y liberación de energía que según la literatura consultada, Lee y col., podrían asociarse a: zona 1 desde 270ºC hasta 375ºC correspondiente a dislocaciones y microvoids, y zona 2 desde 410-470 ºC correspondiente a inclusiones de MnS, figura 1 (b). Por otra parte, mediante la Técnica de Decoración con Plata desarrollada por Brandaleze et al., se reveló la distribución microestructural del H, figura 2 (a). La presencia de partículas de plata, a través de la reducción de los iones Ag+, a cristales de Ag metálica (puntos brillantes) figura 2 (b) muestra los sitios donde se encontraba ocluido el hidrógeno y el análisis EDS correspondiente. Las partículas de Ag metálicas detectadas se encuentran asociadas a inclusiones de MnS. Esta afinidad del H con los sulfuros promueve su decohesión de la matriz debido a la nucleación y coalescencia de huecos generados por atmósferas de H en la interface matriz-inclusión, con el consecuente crecimiento y propagación de microfisuras en el material. Estos resultados permiten corroborar la presencia de los picos de la zona 2, fig. 1(b). Otras partículas de Ag encontradas en bordes de grano ferrita/perlita, pueden asociarse a dislocaciones determinadas en la llamada zona 1, fig. 1(b).

(a) (b)

Figura 2 (a) Técnica de decoración con Plata muestra cargada con hidrógeno

(b) Identificación del H asociado con inclusión de MnS y grieta, y su correspondiente análisis EDS de los punto 1 y 2 de la figura a).

Conclusiones En bases a los resultados experimentales obtenidos, se presentan las siguientes conclusiones:

1. Las inclusiones de MnS representan sitios potencialmente activos para el atrape de hidrógeno atómico.

2. La interacción hidrógeno/MnS interviene en la formación de microfisuras con la consecuente fragilización al material.

3. La técnica empleada resultó eficiente para la determinación de los posibles lugares de oclusión de hidrógeno en el material y complementaria de la técnica de decoración con plata.

Referencias J. Kim, Y. Lee, K. Park, C. Lee Mat. Sci. and Eng. A 505 (2009) 105-110 P. Novak, R. Yuan, P. Sofronis, R. O. Ritchie, Journal of the Mechanics and Physics of solids 58 (2010) 206-226. M. Nakatani, K. Minoshima, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 34 (2011) 363–373. Lee S. G., I.S. Kima, materials Science and Engineering A 420 (2006) 279-285. E. Brandaleze, D. Cavaleri, L. Reda y E. González, Determinación del hidrógeno atrapado en los aceros mediante la técnica de decoración con plata, 15

th IAS Rolling Conference, (2004) pp. 208 -216.

Punto 2 Punto 1


47

EVALUACIÓN DE JUNTAS SOLDADAS DE ACEROS PARA LA AGROINDUSTRIA

Marconi, C.(1)

, Castillo, M.J.(1)

, Svoboda, H.(2)

, Surian, E.(1, 3)

y Boccanera, L.(1)

(1)

DEYTEMA-Centro de Desarrollo y Tecnología de Materiales, Facultad Regional San Nicolás, Universidad Tecnológica Nacional, San Nicolás, Argentina.

(2) Laboratorio de Materiales y Estructuras – INTECIN, FIUBA y CONICET.

(3) Secretaría de Investigación, FIUNLZ

[email protected] Introducción Los aceros HSLA (High Strength Low Alloy) han reemplazado a los aceros al carbono tradicionales en aplicaciones de la industria automotriz y de la construcción por sus ventajas en cuanto a propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y soldabilidad, permitiendo la reducción del peso de los vehículos y estructuras sin detrimento de su resistencia. Este reemplazo de aceros es aún incipiente en el campo de la agroindustria nacional. En cambio, en países más desarrollados existe una tendencia al empleo de aceros más modernos, sobre todo en la fabricación de chasis para transportes de carga y remolques inducidos por las nuevas reglamentaciones viales y la relación costo beneficio. Tanto los aceros HSLA tradicionales como los de última generación logran sus propiedades mecánicas, especialmente altos niveles de resistencia, mediante el agregado de microaleantes y procesos termomecánicamente controlados (TMCP). Cuando estos aceros deben ser soldados mediante procesos por arco eléctrico con material de aporte, estas propiedades suelen debilitarse tanto en la zona del metal de soldadura (MS) como en la zona afectada por el calor (ZAC). Las variables del proceso de soldadura y la selección de un determinado consumible de menor, igual o mayor resistencia mecánica (under, mis y overmatching) que la del acero a soldar inciden directamente sobre las propiedades de la junta soldada. El presente trabajo tiene por objetivo analizar las propiedades mecánicas y la microestructura de juntas soldadas a tope de dos aceros HSLA con diferentes condiciones de soldadura: dos calores aportados (HI) y dos grados de metal de aporte, under (U) y mismatching (M). Materiales y métodos Se realizaron cupones de junta soldada a tope biselados en V de 30º. Como material base se emplearon dos aceros de 6 mm de espesor diferentes: uno de fabricación nacional de alta resistencia laminado en caliente microaleado con V, Nb y Ti de matriz ferrítico/perlítica (acero S), y otro importado, de última generación y mayor resistencia, con niveles de microaleantes levemente superiores y menor tamaño de grano ferrítico (acero D). El material de aporte utilizado fue del tipo tubular (FCAW) y compuesto (MCAW) respectivamente para cada acero y con dos grados de resistencia menor e igual (U y M) que el metal base. Como protección gaseosa se empleó Ar-20%CO2. Las dos condiciones de HI se obtuvieron mediante la modificación del número de pasadas (1 y 3). La composición química y las propiedades mecánicas de los aceros S y D se presentan en las Tablas 1 y 2, respectivamente. La identificación de cada cupón, el alambre utilizado y los parámetros de soldadura se muestran en la Tabla 3.

Tabla 1. Composición química de los aceros

Acero C Mn Si S P Cr Ni Mo V Nb Alt Ti Cu N* B*

D 0,061 1,840 0,047 0,001 0,012 0,033 0,032 0,098 0,021 0,064 0,040 0,100 - - -

S 0,082 1,223 0,132 0,006 0,019 0,029 0,028 0,010 0,003 0,043 0,058 0,037 0,04 40 2 * ppm

Tabla 2. Propiedades mecánicas de los aceros

Acero Rf (Mpa) R (MPa) A (%) HV1 (promedio)

D 738 832 20 285

S 516 610 27 197

Tanto para el metal base como para cada uno de los cupones soldados se hicieron ensayos de tracción transversal a la junta y barridos de microdureza Vickers en el espesor de la misma.



48

Tabla 3. Parámetros de soldadura de los cupones Resultados y discusión Las Figuras 1 a 3 muestran la variación con el HI de las propiedades mecánicas de tracción y dureza:

Figuras 1 y 2: Resistencia a la fluencia (Rf) y total (R) vs. el HI

Figura 3: Variación de la microdureza del metal de soldadura con el HI

Comparando la resistencia de los metales base en relación a la junta soldada se observó que para el acero S prácticamente se mantienen los valores de resistencia, mientras que para el acero D disminuyó hasta un 16 % dependiendo del HI. En general se observó una tendencia a la disminución de la resistencia con el aumento del HI. Este resultado puede ser atribuido a una variación del tamaño de grano en la ZAC. El aumento del HI provocó en el acero S una pérdida de resistencia comparable para ambos consumibles (U y M); mientras que para el acero D esta pérdida es mayor para las probetas soldadas con el consumible M. En cuanto a la microdureza del MS el comportamiento de las probetas soldadas con el acero S fue similar al observado en los valores de resistencia. Tanto las probetas M como las U mostraron un ablandamiento comparable con el aumento del HI. En cambio, para las probetas soldadas con el acero D no se observaron variaciones de la microdureza con el aumento del HI. La metalurgia asociada al diseño de los consumibles de alta resistencia utilizados para soldar el acero D se comporta diferente al acero S ante la variación del HI. Estos cambios microestructurales no se manifiestan en la microdureza mientras que sí lo hacen sobre la resistencia del acero D. Conclusiones En el acero S la junta soldada mantiene la resistencia del metal base, mientras que para el acero D se observó una disminución de hasta el 16 %. Con el aumento del HI disminuye la resistencia de las juntas soldadas, observándose un comportamiento similar para ambos consumibles utilizados en el acero S, y una mayor pérdida cuando se utiliza un consumible mismatching para el acero D. La variación de microdureza con el HI se manifiesta de manera diferente en ambos aceros.

Cupón Pasadas Alambre I V Vel (mm/s) HI (kJ/mm)

S1U 1 E71T1C(M) 256 29,2 3,5 2,12

S3U 3 E71T1C(M) 170 25,2 4,6 0,95

S1M 1 E81T1Ni1C 260 30,0 3,1 2,48

S3M 3 E81T1Ni1C 170 25,2 4,7 0,93

D1U 1 E90C-G 260 30,0 2.8 2,77

D3U 3 E90C-G 161 27,0 4,4 1,02

D1M 1 E110C-G 268 29,6 3,2 2,45

D3M 3 E110C-G 166 27,2 4,0 1,15

––––– Acero D ––––– Acero S ––––– Mismatching - - - - - Undermatching


49

10 20 30 40 50 60 70 80

Inte

nsid

ad (

u.a.

)

2

15% La

5% La

10% La

(003

)

(006

) (009

)

(015

)

(018

)

(110

)(1

13)

ÓXIDOS MIXTOS DE Mg-Al-La, PARA OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DE INTERÉS FARMACÉUTICOS

Mendieta

1* S., Nardon

1 E., Herrero

1 E., Pérez

1 C. y Crivello

1 M.

1CITeQ, Centro de Investigación y Tecnología Química, Universidad Tecnológica Nacional, Córdoba,

CP: 5016 (Argentina) [email protected]

Introducción Las chalconas constituyen una importante subclase de compuestos poli-fenólicos de origen natural: los flavonoides, a los cuales la comunidad científica ha dedicado más atención en los últimos años [1]; debido fundamentalmente a las múltiples propiedades biológicas observadas tales como: propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antihemorrágicas, vaso dilatadoras, antineoplásicas, antivirales, antibacterianas, antialérgicas y hepato-protectoras. Entre los diferentes materiales básicos estudiados, para ser utilizados como catalizadores, los Hidróxidos de Doble Capa (HDC) han recibido mayor atención. Los HDC y los óxidos derivados como así también aquellos con metales incorporados, como Zn, Ni, La, K, etc., muestran buen carácter básico para la obtención de chalconas mediante reacciones de condensación aldólica. [2]. En este trabajo se informa la síntesis y caracterización de HDC incorporados con lantano (La) y los óxidos mixtos obtenidos a partir de los mismos. Materiales y Métodos Los HDC se sintetizaron mediante coprecipitación de sales de nitrato de Mg, Al y La. El pH se mantuvo en 10±0,2 mediante el agregado de una solución de Na2CO3+NaOH. El contenido de La se varió entre un 5-15% molar con respecto al Al, ver tabla 1. Los óxidos mixtos fueron obtenidos al calcinar los HDC a 450 °C, durante 9 h. Todos los materiales se caracterizaron mediante Difracción de Rayos X (DRX), Área Superficial BET y Espectroscopía foto electrónica de rayos X (XPS). La determinación de la actividad catalítica se realizó en un reactor batch, utilizando una relación 1:1 molar de reactivos Benzaldehído: Acetofenona. La reacción se llevó a cabo a 150°C, en atmósfera de Nitrógeno, de manera de evitar la oxidación del Benzaldehído, durante 6 hs. Los productos de reacción fueron cuantificados y caracterizados por CG usando una columna HP-1 (30m x0,32 mm x 0,1μm) y CG-Masa equipado con una columna E-5 (30m x0,32 mm x 0,1μm).

Resultados y Discusión En la figura 1 se presentan los DRX de los precursores. Como se observa, todas las muestras sintetizadas presentan estructura tipo hidrotalcita, con sus correspondientes planos de difracción. A medida que se aumenta el contenido de La se segregan otras fases, como La(OH)3, La2CO3(OH)2 y La2CO5; las cuales aumentan de intensidad con el agregado de dicho metal. La segregación de las dos últimas fases se debe al fuerte carácter aniónico del La lo que favorece la formación de especies carbonato en estadios tempranos de la coprecipitación [3].

Figura 1. DRX de HDC Mg-Al-La-CO3, La2CO3(OH)2 (■), La(OH)3 (▲) y La2CO5 (●).

En la figura 2 se muestran los DRX de los óxidos mixtos, la fase periclase (MgO) está presente en todas las muestras. Al igual que en las muestras sin calcinar, con el aumento del contenido de lantano se observan otras fases pertenecientes a los óxidos de lantano. Se puede ver



50

10 20 30 40 50 60 70 80

Inet

nsid

ad (u

.a.)

2

5% La

15% La

10% La

que la intensidad de los picos de la fase La2O2CO3 se incrementa, con el aumento del contenido de La. La fase La2O2CO3 se forma debido a la reabsorción del CO2 proveniente de la descomposición del HDC durante la calcinación. También se observan trazas de fases correspondientes a LaAlO3.

En la tabla 1 se muestran los valores de área BET obtenidos en los HDC con diferentes contenidos de La. Como se puede observar el área en los precursores no varía significativamente. Mientras que en los óxidos a medida que aumenta el contenido de lantano el área disminuye. Dato coincidente con lo observado por DRX. Al reemplazar Al por La, se segregan otras fases, afectando la estructura de capas y por ende el área superficial.

Mediante XPS se pudo corroborar en la muestra que presenta mayor área superficial (HDC-5%La), la presencia principalmente de las especies de La2O3, con una banda de energía cercana a los 834,9 eV, con un contenido atómico de La en superficie de 0,11% [3-5].

Figura 2. DRX de Óxidos Mixtos de Mg-Al-La. Fases presentes MgO (●).La2O3 (◊), LaAlO3 (□) y La2O2CO3 (◄).

Tabla 1. Área superficial BET

En cuanto a las reacciones de condensación entre el Benzaldehído y la Acetofenona para la obtención de la Chalcona, la misma se realizó con diferentes relaciones de porcentaje en peso de catalizador con respecto a los reactivos. Se obtuvieron buenas conversiones, de aproximadamente 50%, con alta selectividad al producto deseado. Conclusiones Se lograron sintetizar HDC utilizando La como tercer metal. Al superar el 5% de reemplazo de Lantano por Aluminio se segregan otras fases. Los HDC y óxidos mixtos, presentaron buena área superficial. El lantano incorporado en los óxidos obtenidos puede proveer mayor basicidad, debido a la fase segregada LaO2CO3, propiedad deseable en los catalizadores diseñados para las reacciones de obtención de productos de importancia en medicina y farmacia, obteniéndose buenos porcentajes de conversión y alta selectividad a la chalcona. Referencias 1. Gao, X, Williams, S. J., Woodmand, O. L., Marriott, P.J. J Chromatogr A, 1217, 8317 (2010). 2. Climent, M.J., Corma, A., Iborra, S.,. Velty, A. J. Catal. 221, 474 (2004). 3. Bıˆrjega, R., Pavel, O.D., Costentin, G., Che M., Angelescu, E. App. Catal. A: General. 288, 185

(2005). 4. Zhang, J., Zhao N., W. Wei, Sun Y. Int. J Hydrogen Energy, 35, 11776 (2010). 5. Machocki, A., Ioannides, T., Stasinska, B., Gac, W., Avgouropoulos G., Delimaris, D., Grzegorczyk,

W., Pasieczna S. 227, 282 (2004).

HDC-Al-Mg-La Área BET

Precursores [m

2/g]

Área BET Óxidos Mixtos

[m2/g]

HDC-5% La 115 249

HDC-10% La 140 189

HDC-15% La 111 138


51

Nanoestructuras y máquinas moleculares. Algunos estudios, desarrollos y perspectivas.

Mendoza, S. M.

Facultad Regional Reconquista de la Universidad Tecnológica Nacional - Consejo Nacional de

Investigaciones Científicas y Técnicas Calle 44, Nº 1000, CP 3560 Reconquista (Santa Fe) Argentina, Tel/fax. 03482 420048,

[email protected]

Resumen extendido La nanotecnología es un área multidisciplinaria que ha tenido un gran auge en los últimos años, principalmente gracias al desarrollo de instrumental que permite ‘ver’, estudiar y manipular la materia a nivel atómico y molecular. Resulta una herramienta alternativa para descubrir propiedades y fenómenos nuevos, que puedan contribuir a un uso más eficiente de la materia, es decir menos cantidad o miniaturización, menor consumo energético y mejor performance. Uno de sus principales desafíos es lograr manipular átomos y moléculas para crear aparatos y máquinas de tamaño nanométrico, que sean capaces de cumplir una función cuyo resultado sea visible a escala macroscópica. En este trabajo se expondrán algunos ejemplos de moléculas sintéticas que se han estudiado con el fin de desarrollar aparatos moleculares, específicamente, rotaxanos. Los rotaxanos (figura 1) son estructuras orgánicas constituidas por al menos un macrociclo confinado en una hebra lineal mediante tapones voluminosos, donde el macrociclo puede trasladarse a lo largo de la hebra. En particular, se expondrán resultados obtenidos con un rotaxano fotosensible. Como se esquematiza en la Figura 2, la luz ultravioleta induce la isomerización el grupo fumaramida (verde), provocando el desplazamiento del macrociclo (azul). Dependiendo de la posición del macrociclo, el extremo fluorado (rojo) se ve expuesto o bloqueado, lo que incide en la hidrofobicidad de la molécula.

Figura 1. Representación esquemática de un rotaxano. El macrociclo puede desplazarse para

ubicarse sobre alguna de las dos estaciones.

Figura 2. Estructura química de un rotaxano foto-sensible en sus dos conformaciones estables.

Se demostrará que podemos utilizar el trabajo colectivo de una sub-monocapa de rotaxanos para inducir el movimiento de gotas de líquido, incluso cuando la muestra se ubica en un plano inclinado. La Figura 3 muestra fotos sucesivas de una superficie inclinada 12 grados y compuesta por una submonocapa de rotaxanos anclados mediante alcanotioles a un sustrato de Au(111). El efecto transportador de una gota milimétrica ocurre debido a los movimientos de traslación de los macrocilos en cada rotaxano. Ese movimiento colectivo a escala molecular permite cambiar las propiedades macroscópicas de la superficie, induciendo el transporte de líquidos de manera controlada. En otras palabras, estamos en presencia de una máquina molecular. Los estudios realizados sobre moléculas sintéticas motivaron investigar unidades estructurales de origen natural, con el fin de desarrollar materiales nuevos, que preferentemente puedan satisfacer las demandas tecnológicas de la sociedad en cuanto al aprovechamiento de recursos naturales renovables para usos sustentables. Estudios incipientes en esa dirección se exhiben en la Figura 4, con fotografías tomadas a muestras de Picea, donde el color azulado acusa la penetración de una

NH

N

O

NH

NH

N

O

HN

HN

O

O

HN

NH

O

OF F

F

Ph

PhO

OHN

Ph

Ph

NH

HN

NH

O

OF F

F F

Ph

PhO Ph

Ph

N

O

NH

NH

N

O

HN

HN

O

O

O

HN

F

E-1 Z-1

h



52

solución acuosa de azul de metileno. La solución empleada en la muestra de la imagen derecha contiene nanopartículas de laponita, donde se observa que la coloración evidencia mayor penetración. Las imágenes son un ejemplo de que la presencia de nanopartículas en este caso contribuye a una mayor penetración del azul de metileno en muestras de Picea. De este modo, la incorporación de componentes activos dentro de un material lignocelulósico, poroso, como los bloques de Picea, puede ser controlada mediante “nanotransportadores”. Este método de impregnación permite incorporar aditivos y/o ingredientes funcionales dentro de materiales porosos, que luego puedan utilizarse para modificaciones subsecuentes (reacciones posteriores, protección de compuestos lábiles, liberación controlada o retardada de compuestos, polimerizaciones, entre otros).

Figura 3. Fotografías laterales que muestran el transporte de una gota de líquido, inducido por

rotaxanos anclados a la superficie mediante alcanotioles autoensamblados en Au(111).

Figura 4: Fotografías de la parte interior de muestras de madera (Picea), impregnadas: con una

solución acuosa de azul de metileno (izquierda) y con una suspensión acuosa de nanopartículas de laponita y azul de metileno (derecha). Las lignocelulosas y sus extractos poseen características de interés en la fabricación de nanoestructuras y bloques constituyentes de máquinas moleculares. Sin embargo todavía no han sido ampliamente exploradas como nanomaterial, lo que incita a dedicar esfuerzos en esta línea de investigación. Ahora bien, ¿qué nos motiva a usar nanociencia para el estudio de lignocelulosas y sus derivados? En primer lugar, las lignocelulosas son uno de los polímeros naturales más abundantes, cuyo potencial como nanomaterial radica en las siguientes características: # tiene una estructura nanofibrilar auto-ensamblada bien definida; # pueden ser modificadas por métodos químicos o físicos para adquirir nuevas funcionalidades; # cuenta con morfologías semi-cristalinas; # posee regiones quirales. Sin embargo, sus usos y funcionalidades como nanomaterial están prácticamente inexplorados, en especial aquellos materiales naturales que derivan directamente de las actividades agrícola-industriales de nuestro país. La producción agrícola-industrial nacional (y en particular de la zona norte de la provincia de Santa Fe) comprende varias tareas que involucran materiales naturales de un alto valor potencial, pero que poco se utilizan en la actualidad, por ejemplo: residuos de la industria algodonera, ciertas fibras de caña, y especies vegetales que se consideran plagas. Estas materias primas son fuentes de lignocelulosas y extractos con gran potencial en el desarrollo de nuevos productos, lo que otorgaría un alto valor agregado a aquello que hoy en día se considera residuo y debe ser desechado. Actualmente se investigan lignocelulosas y extractos de origen local, potencialmente atractivas para la preparación de nanoestructuras y de máquinas moleculares. Por un lado se lleva a cabo el estudio bibliográfico y sondeo, y por otro lado se indaga sobre la preparación y caracterización de superficies de lignocelulosas modificadas y además la preparación de películas delgadas de extractos, no sólo para el estudio de la materia a escala nanométrica, sino también para el entendimiento general de la estructura electrónica y sus cambios ante diferentes factores (por ejemplo modificaciones químicas, radiación UV). Se pretende avanzar en la caracterización de películas delgadas preparadas sobre Au(111) y HOPG, a través de XPS y STM.

1 mm

Luz ultravioleta0 s 160 s 245 sLuz ultravioleta Luz ultravioleta

12° 1 mm

Luz ultravioleta0 s 160 s 245 sLuz ultravioleta Luz ultravioleta

12°


53

Modelización de nanopartículas Ni3Al

H. Mosca(1,2)

, A. Canzian(1)

y G. Bozzolo(3)

(1 )UTN. FRGP Grupo de Caracterización y Modelización de Materiales

(2) Comisión Nacional de Energía Atómica, Argentina

(3) Loyola University, Maryland, USA

[email protected]

Introducción Las nanopartículas (NP) exhiben propiedades físicas y químicas interesantes y han sido objeto de numerosos estudios

[1-7]. Las condiciones bajo las cuales se preparan las NP tienen consecuencias

directas en el tamaño, la estructura y composición de las mismas. Así nanopartículas que, en principio, tienen tamaños similares conducen a estructuras tipo aleación, es decir la partícula retiene el ordenamiento que se ve en volumen, o "core-shell" en donde uno de los elementos segrega a la superficie (shell) y el otro se queda adentro (core). Para entender los diferentes mecanismos subyacentes en la formación de NP se empleó la modelización atomística de Bozzolo- Ferrante- Smith (BFS)

[8] para aleaciones.

Método BFS El método BFS para aleaciones se basa en el concepto de que la energía de formación de una dada

configuración atómica es la superposición de las contribuciones atómicas individuales, i

i

H ,

donde la energía del i-ésimo átomo, i, es la suma de dos términos que corresponden a dos procesos

virtuales: uno asociado a una energía estructural, S

i, que se calcula en la estructura de la aleación pero, donde todos los átomos tienen la misma identidad química del átomo i; y otro asociado a una

energía química, C

i, que se calcula en la estructura del átomo i, pero, reteniendo la identidad química de la aleación. Por último, los procesos virtuales descriptos por las energías estructurales y químicas están acoplados por una función gi, que asegura el correcto comportamiento de la energía química.

De esta manera, la contribución del i-ésimo átomo a la energía de formación del sistema, H, viene

dada por: ( )S C Co

i i i i ig . El término

Si involucra tres propiedades de los elementos puros:

energía cohesiva (EC), parámetro de red (ae) y el módulo en volumen; mientras que, el término C

i

involucra dos funciones BFS perturbativas ( NiAl y AlNi ).

La simplicidad de las ecuaciones BFS y el reducido número de parámetros que entran en el modelo, hacen que el método sea particularmente eficiente para realizar simulaciones con un gran número de átomos. En este trabajo se realizaron simulaciones dependientes de la temperatura con el algoritmo tradicional de Monte Carlo – Metrópolis (MCAS). En la tabla 1 se indican los parámetros necesarios para realizar las simulaciones.

Tabla 1. Parámetros BFS empleados para realizar los cálculos[8]

.

EC (eV) ae (Å) (Å -1

) l (Å) (Å) p

Al (fcc) 3,5379 4,0459 1,95 0,3517 0,9882 4

Ni (fcc) 5,6724 3,5185 3,0456 0,2996 0,8419 6

)ln(067356,0074823,0 NiNiAl X Å-1

AlAlNi X160276,0299739,0 Å-1

Resultados y discusión La evolución de la NP con la temperatura se puede describir a partir de la energía estructural y química de la misma. Para tal fin se construyeron NP cúbicas con 432 y 2000 átomos, respectivamente. Para cada NP se simuló, con el algoritmo Monte Carlo – Metrópolis, un calentamiento lento desde una temperatura inicial de 1 K hasta 1300 K con saltos de temperatura de 25 K. Inicialmente, los átomos fueron ubicados al azar respetando la composición de la NP bajo estudio. Dentro de este marco idealizado se observa la competencia entre dos fenómenos; por un lado, los átomos de Ni segregan a la superficie y por otro lado una tendencia a cierto orden dentro de la nanopartícula. Dicha competencia se puede entender a partir de la evolución de la energía estructural (EE) y química (EQ) de la nanopartícula. Inicialmente, la EE (Fig. 1 (a)) presenta un pico a temperatura ambiente y luego decrece. Este decrecimiento se debe a la segregación de los átomos de Ni, pero además, se ven oscilaciones a altas temperaturas debido a la difusión de átomos a lo largo de las facetas creadas. El decrecimiento de la EE es más notable en la NP de 2000 átomos,



54

debido a la mayor cantidad de átomos de alta energía (aristas, vértices) de la celda original, favoreciendo un mayor facetado que el que se ve en la NP de 432 átomos. En la Fig. 1. (b) el mínimo a bajas temperaturas de la EQ se debe al ordenamiento en el núcleo de la NP, indicado en la Fig. 1 (c) por líneas continuas de átomos en planos alternados que corresponden a un ordenamiento de tipo L1_2 (Ni3Al) en el centro de la NP. Es un proceso múltiple: la superficie se “esferiza” (Fig.1 (d)) rápidamente para disminuir la energía de la superficie, lo cual favorece la migración de átomos de Ni. El aumento de la EQ se debe a la ruptura de enlaces Ni-Al en el núcleo de la partícula al perder el ordenamiento ideal de la estructura Ni3Al. Ese efecto es más notable en la partícula chica que en la grande. Eventualmente, la desviación de la estequiometría en el núcleo de la NP podría generar múltiples fases dentro de la NP y como consecuencia alternar las propiedades mecánicas de la NP al generar precipitados.

Conclusiones Dentro de un marco idealizado se observa que la forma final, tamaño y estructura de la NP es el resultado de la competencia entre la energía estructural y química BFS. Debido a esta competencia se observa la segregación de los átomos de Ni a la superficie de la nanopartícula y un ordenamiento similar a la estructura en volumen Ni3Al (L1_2) en el núcleo de la misma. También se observa la creación de vacancias y el posterior facetado según la orientación (111). Referencias [1] F. Negreiros, E. Soares, E. Carvallho and G. Bozzolo. Phys. Rev. B 76, 245432 (2007). [2] G. Wang, M. Van Hove, P. Ross and M. Baskes. J. Chem. Phys. vol 122. (2005). [3] D. Cheng and D. Cao. Chem. Phys. Lett. 461 (2008). [4] K. Wang, S. Chung and T. Perng. J. Alloys Compd. 422 (2006). [5] B. Henz, T. Hawa and M. Zachariah. Molecular Simulation. V35 N 10-11 (2009) [6] N. Wilson, M. Bailey and R. Johnston. Inorganica Chimica Acta 359 (2006). [7] Z. Wang, A. Fan, W. Tian and X. Li. Mat. Lett. 60 (2006). [8] G. Bozzolo and J. Garcés. Atomistic Modeling of Surface Alloys: Surface Alloys and Alloy Surfaces. The Chemical Physics of Solid Surfaces. Vol 10, edited by Woodruff (Elsevier, Amsterdam, 2002).

Fig.1.(a) y (b) Evolución de la energía estructural (EE) y química (EQ) en función de la

temperatura. (c) configuración para T = 300 K. (d) configuración final de la NP (2000 átomos).

Átomos de Ni en color oscuro, de Al color claro.

0 400 800 1200

0,65

0,70

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

Energ

ía e

str

uctu

ral (e

V/á

tom

o)

Temperatura (K)

EE(2000 átomos)

EE(432 átomos)

0 400 800 1200-0,60

-0,55

-0,50

-0,45

-0,40

-0,60

-0,55

-0,50

-0,45

-0,40

(b)(a)

Energ

ía q

uím

ica (

eV

/áto

mo)

Temperatura (K)

EQ(2000 átomos)

EQ(432 átomos)


55

APROVECHAMIENTO DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PROVENIENTES DEL DESCARTE EN EXPLOTACIONES DE CANTO RODADO DEL ESTE DE LA

PROVINCIA DE ENTRE RÍOS

Luis Muñoz, Fabio Calvo, Oscar Treppo

Grupo GIMAR. Dto Civil UTN-Facultad Regional Concepción del Uruguay

[email protected] Introducción Durante los trabajos de relevamiento de canteras, principalmente de canto rodado y suelo calcáreo del este de la Provincia de Entre Ríos, se detectaron varios tipos de materiales desechados, que además de constituir algunos de ellos un pasivo ambiental permanente, ofrecen la posibilidad de recuperarlos y utilizarlos como materiales de construcción con variados destinos, pero que requieren desarrollo de métodos de separación y elaboración de productos nuevos en aplicaciones tradicionales. En el balance ambiental final, el aprovechamiento de materiales desechados y el uso jerarquizado de algunos considerados de “descarte” o desechos, que se tratan en este trabajo, constituye una acción positiva que incide en la evaluación final de la compatibilización ambiental de la explotación. Esto es entre otros factores porque evita la extracción de materiales equivalentes de construcción en otros sitios y contribuye al saneamiento ambiental de las acumulaciones de los mismos en desuso (material desechado) o a la espera de posibles usos futuros inciertos, en el caso de los de descarte. Los materiales identificados se ubican lógicamente entre los de construcción y están bajo la órbita de la problemática de las explotaciones mineras, temática ambientalmente muy conflictiva en la actualidad.

Materiales

Concretamente dentro de las explotaciones de canto rodado se identificaron los siguientes subproductos no separados o desechados:

Minerales de hierro (principalmente magnetita)

Arenas silíceas

Piedras semipreciosas (ágatas, ópalos)

Arcillas En la magnetita (ver en la figura 1 los niveles negros contenidos en el acopio de arena de descarte) se ha trabajado en años anteriores con variados resultados, en la separación por vía seca, lográndose una separación importante a escala de laboratorio con equipos elelectromagnéticos, pero que se reveló de insuficiente rendimiento para su aplicación a escala de obra en las condiciones de yacencia del material en acopios y en los desechos actuales. Por lo tanto se llegó a la conclusión que la vía húmeda sería la más conveniente de ensayar. El caso de recuperación de las arenas de lavado descartadas está resultando exitoso ya que en varios lavaderos de canto rodado se ha comenzado a relavarlas en hidrociclones recuperando por el momento la arena gruesa (como agregado fino para hormigones, morteros y eventualmente filtros), si bien sigue desechándose un importante volumen de arena fina que incluye la mayor parte del mineral de hierro mencionado. Cabe acotar que el mineral de hierro corresponde aproximadamente del 0.5 % al 1% de la arena residual. Arcillas: Corresponden al material de destape (el material que hay que extraer por debajo del horizonte orgánico) para alcanzar los niveles que contienen gravas arenosas que son el “canto rodado” o piedra que se utiliza principalmente como agregado grueso para hormigones (Figura 2). Piedras semipreciosas: La elaboración de los hormigones más comunes impone un límite máximo en el tamaño de la grava o agregado grueso. Este límite es de aproximadamente 3 cm (aprox. 2 “) que deriva en la imposición de una zaranda con criba de ese tamaño en obra, descartando para ese uso toda la “piedra”, según su denominación vulgar, de mayor tamaño. Este material de descarte se acumula en inmensos acopios desde hace décadas a la espera de un uso muy poco frecuente, casi inexistente (Figura 3).



56

Figura 1 Figura 2 Figura 3

Este material de descarte contiene (al igual que todo el “canto rodado”), Ágatas y Ópalo (piedras semipreciosa) siendo las primeras especialmente atractivas por su aspecto ornamental. La presencia de ágatas es conocida e incluso las mismas son trabajadas y comercializadas a nivel artesanal, aunque la demanda (adornos, bijouterie) es insignificante en volumen. Hasta el momento el grupo de investigación ha elaborado losas pequeñas con morteros de arena silícea como agregado fino y cemento gris y blanco Resultados y Discusión Se están ensayando en el grupo de investigación productos que utilicen el material descartado de piedras semipreciosas en la elaboración de mesadas, mosaicos, zócalos, revestimientos, guardas, etc., especialmente de tipo ornamental. Ver Figura 4. También se han elaborado muestras utilizando el conjunto del canto rodado. Ver Figuras 2 y 3. Estas piedras ofrecen una característica importante desde el punto de vista constructivo ya que igualan y aún superan la dureza y resistencia del granito ya que son monominerálicas (Ágata: SiO2). Dureza: 7, mientras que el granito (mesadas clásicas de granito) contiene minerales de dureza 6 y 5 (feldespatos y micas). Además poseen un coeficiente de dilatación uniforme por tratarse de un solo mineral, con lo que son más resistentes a las variaciones térmicas. Los relevamientos destinados a cuantificar la existencia como descarte y su proyección dentro de la producción futura, dieron con el método del recuento en acopio los siguientes resultados Ágatas > 5 cm: 43 por m

3

Este material puede ser aplicado a una superficie de mesada o losa ornamental de 0,50 x 0,50 m (0,25 m

2) y con un espesor medio de 5 cm. Debe entenderse que es factible obtener 0,5m x 1,0m

(0,5m2) para un espesor de 2,5cm (caso de mesadas) y de 1m

2 en el caso de guardas y otros

revestimientos ornamentales de menores dimensiones y espesor. En los ensayos efectuados por el grupo se comenzó por elaborar y cortar muestras de pequeño tamaño, que en definitiva representan una fracción del producto buscado (Figuras 4 a 6).

Figura 4 Figura 5 Figura 6

Conclusiones

Como se puede deducir de lo expuesto existe un potencial importante de desarrollo de métodos, procesos y técnicas de aprovechamiento y aplicaciones de materiales descartados y residuales desechados en canteras y lavaderos de canto rodado, lo cual constituiría además un beneficio o minimización del impacto ambiental causado por la explotación de canteras.


57

EFECTO DEL AGREGADO DE ADITIVOS NANOESTRUCTURADOS EN EL

COMPORTAMIENTO DE ELECTRODOS POROSOS DE HIDRÓXIDO DE NÍQUEL

Ortiz Mariela G. (1)(2)

, Castro Elida B. (1)

, y Real Silvia G. (1)

(1) Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA),

Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, C.C.16, Suc. 4, 1900, La Plata, Argentina,

(2) Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencia y Tecnología de los Materiales (CITEMA), Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional, Calle 60 y 124, La Plata, Argentina.

[email protected]

Introducción Las pilas alcalinas secundarias son ampliamente utilizadas en el mercado actual en cuanto a dispositivos electrónicos se refiere, abarcando desde las baterías para aparatos portátiles hasta las destinadas a aplicaciones aeronáuticas y espaciales ó al vehículo eléctrico. El Ni(OH)2 es el material activo que se utiliza para el electrodo positivo de esta batería [1-2] y su almacenamiento electroquímico de energía se basa en las características reversibles de la reacción de óxido-reducción: hidróxido/oxhidróxido de níquel. Para mejorar dichas características del electrodo de hidróxido de níquel se han realizado estudios empleando aditivos, como: C, Co, Ca, materiales nanoestructurados [2]. En este trabajo se preparan y se caracterizan electrodos con diferentes concentraciones de hidróxido de níquel nanoestructurado preparado por síntesis hidrotérmica [3]. La caracterización se realizó empleando técnicas ópticas, como microscopía electrónica de barrido (MEB); y electroquímicas convencionales. Procedimiento Experimental Los electrodos de trabajo utilizados para los experimentos se prepararon colocando sobre un sustrato de esponja de níquel el material activo que consistió en un preparado de composición: 35% carbón- politetrafluoretileno (PTFE) (Vulcan XC-72 + 30% PTFE), 5% Co metálico, Ni(OH)2 Aldrich y

diferentes concentraciones de Ni(OH)2 nanoestructurado: electrodo A (0%), electrodo B (2%),

electrodo C (5%), electrodo D (7%), electrodo E (10%). En los experimentos electroquímicos se utilizó una celda electroquímica de tres electrodos en solución 7M KOH y como electrodo de referencia: Hg/HgO. Para las curvas de carga-descarga y las mediciones de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE), realizadas a diferentes estados de descarga al potencial de circuito abierto, se utilizó un analizador de respuesta en frecuencia marca Solartron 1250, acoplado a un potenciostato EG&G modelo PAR 273. Las imágenes de MEB fueron obtenidas utilizando un microscopio electrónico de barrido marca Philips modelo SEM 505 con un digitalizador de imagen Soft Imaging System ADDA II. Resultados y Discusión La Fig. 1 muestra un aumento en la capacidad de descarga del electrodo D comparado con los valores que presentan los restantes electrodos, siendo ésta por ejemplo, aproximadamente, 30% superior a la capacidad de descarga del electrodo A. La morfología superficial en los electrodos se estudió a través de la técnica MEB, con una magnificación de 400X (Fig. 2 y 3). Se observa que el electrodo D presenta una morfología superficial compacta, a diferencia del electrodo A; en la que se visualiza una superficie de mayor porosidad. Los diagramas de Nyquist de las Fig. 4 y 5 presentan los resultados de EIE para el electrodo A y D. Estos diagramas muestran los espectros experimentales comparados con los simulados de acuerdo a un modelo fisicoquímico en función del estado de descarga (SOD) [4]. En el modelo se considera al electrodo como una estructura porosa inundada, conformada por partículas cuasi-esféricas de material activo. Los procesos de carga/descarga que tienen lugar en la interfase material activo/electrolito, son modelados como dos procesos en serie: un proceso de transferencia de carga y un proceso difusional asociado al transporte de protones en las partículas de material activo. Realizando el ajuste de los resultados de EIE de acuerdo a este modelo pueden estimarse parámetros cinéticos y estructurales que gobiernan el comportamiento electroquímico del sistema (Tabla 1).



58

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6 Electrodo A

Electrodo B

Electrodo C

Electrodo D

Electrodo E

E/V

t/seg

Figura 1. Curvas de descarga Figura 2. Micrografía MEB Figura 3. Micrografía MEB de los electrodos A, B, C, D y E electrodo A electrodo D

Figura 4. Diagramas de Nyquist electrodo A Figura 5. Diagramas de Nyquist electrodo D

Tabla 1. Parámetros del electrodo A y D

Electrodo A

SOD

Electrodo D

Cdl [F]

k[Ω-1

cm-1

] D[cm

2/s]

ioNi [A/cm

2]

Cdl [F]

k[Ω-1

cm-1

] D1[cm

2/s] D2[cm

2/s] ioNi [A/cm

2]

0,11 0,28 4 x10-14

1,3 x10-3

0,2 0,25 0,08 4 x10-14

2 x10-13

4,8 x10-3

0,05 0,18 2 x10-12

1,1 x10-3

0,6 0,02 0,06 7 x10-12

3 x10-11

7,0 x10-3

La capacidad eléctrica asociada a la carga de la doble capa (Cdl) disminuye al aumentar el SOD. Los valores de k, factor proporcional a la porosidad del electrodo, son inferiores en el electrodo D, indicando una mayor porosidad para el electrodo A, en concordancia con las micrografías MEB. Los electrodos presentan valores constantes de densidad de corriente de intercambio (io). Para el electrodo D se puede observar un coeficiente de difusión de H

+ (D2) asociado al material

nanoestructurado, un orden superior al que presenta el material que no se encuentra en la escala nanométrica (D1). Conclusiones El agregado de Ni(OH)2 nanoestructurado mejora el desempeño electroquímico de los electrodos, probablemente debido al incremento en el coeficiente de difusión de H

+ del material activo. El

electrodo conteniendo 7% de Ni(OH)2 nanoestructurado ofrece el mejor desempeño.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica

(ANPCyT), la Universidad Tecnológica Nacional (UTN) y el Consejo Nacional de Investigaciones

Científicas y Técnicas (CONICET).

REFERENCIAS [1] Wang X, Hean L, Parkhutik P.V, Ari-Caman Millan, Matveeva E. J. Power Sources 115:153-160, 2003. [2] Xu, P., Han X.J, Zhang B., Lv Z.S., Liu X.R.J. Alloys and Compounds 436: 369-374, 2007. [3] Qing-Ze J., Zhou-Ling T. and Yun Z..J. of Nanoparticle Research, 9: 519-522, 2007. [4] Meyers J.P., Doyle M., Darling R.M., NewmaN J. J. Electrochem Soc; 147: 2930-2940, 2000.

0.5 1 1.5 2-1.5

-1

-0.5

0

Z'/ohm

Z/ohm

20%SOD

Teórico

Experimental

0.5 1 1.5 2 2.5 3-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

Z/ohm

Z'/ohm

60%SOD

Teórico

Experimental

0 2 4 6 8 10 12 14-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

Z/ohm

Z'/ohm

20%SOD

Teórico

Experimental

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

060%SOD

Z/ohm

Z'/ohm

Teórico

Experimental


59

ANÁLISIS FÍSICOQUÍMICO Y AMBIENTAL DE RESIDUOS DE DIVERSOS PROCESOS

INDUSTRIALES

Pelozo, G. G.; Quaranta, N. E* Grupo de Estudios Ambientales. Facultad Regional San Nicolás. Universidad Tecnológica Nacional.

Colón 332. 2900. San Nicolás. Argentina. *Investigador CIC

[email protected]

Introducción El incremento en volumen y tipología de descartes industriales es un tema que necesita cada vez más atención, especialmente porque va acompañado de forma simultánea por una marcada disminución de espacios disponibles para la disposición de los mismos, así como problemas asociados con la contaminación de los receptores directos e indirectos. Desde el punto de vista ambiental, es muy importante determinar las características de los residuos producidos en los procesos industriales, cualquiera sea el destino final que se les de, ya sea su reutilización como rellenos de terrenos bajos o terraplenes, para mejorar las propiedades superficiales de caminos rurales, como materia prima en la producción de nuevos materiales, o simplemente para su disposición final en depósitos. En este trabajo se estudian diversos residuos de procesos industriales. El objetivo es determinar si son ambientalmente aptos para su reutilización en alguno de los usos mencionados. Los residuos analizados, provenientes de diversos procesos industriales son: catalizadores agotados (CA), cenizas de semillas de girasol (CG), finos de merma de proceso Shredder (FMS), escoria de convertidor al oxígeno (ECO), polvos rojos generados en los procesos de decapado ácido (PR), arenas de moldeo (AM) y lodos de alto horno (LAH). Materiales y métodos Todos los materiales residuales mencionados son granulares y han sido caracterizados por diversas técnicas: microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis dispersivo en energía de rayos X (EDS), sólidos solubles, conductividad y pH, análisis de lixiviados. La conductividad y el pH de los residuos se midieron utilizando 10 g de residuo en 100 ml de agua desmineralizada a temperatura ambiente luego de dos horas de agitación. Los sólidos solubles se determinaron en el sobrenadante, luego de agitación del residuo en agua a c.a. 100°C durante dos horas. Se realizaron ensayos de lixiviación de las muestras de residuos en polvo según Norma EPA 1310, con análisis de metales pesados en el líquido lixiviado. El análisis químico de los lixiviados se realizó por espectrometría de emisión en plasma.

Resultados y discusión El análisis químico de los residuos se muestra en la tabla 1, expresado como porcentual de los elementos sin tener en cuenta en este cálculo el contenido de C y de O. Puede observarse un alto contenido de Fe en FMS y PR, de Ca en la muestra ECO, de Mg en la muestra CG y de Si en los demás residuos.

Tabla 1. Análisis químico semi-cuantitativo (EDS) de los residuos

Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ti V Mn Fe Zn

CA -- -- 26,71 62,56 -- -- -- -- 1,25 1,52 0,92 -- 7,04 --

CG -- 40,92 3,02 10,58 12,52 -- 0,25 12,08 20,63 -- -- -- -- --

ECO -- 6,76 5,41 8,05 -- -- -- -- 53,09 -- -- 3,87 22,82 --

FMS 21,48 1,7 3,77 8,84 -- 0,77 -- 0,74 3,06 -- -- -- 30,90 28,74

PR -- -- 0,78 1,22 -- -- 0,49 -- -- -- -- 0,96 96,55 --

AM 7,07 4,88 14,66 62,80 -- -- -- 0,54 1,10 -- -- -- 8,95 --

LAH 18,97 1,34 13,1 30,68 -- 8,69 1,16 0,60 1,02 -- -- 6,66 17,78 --

El aspecto microscópico de los residuos se muestra en la figura 1. Se observan la morfología de las partículas y sus tamaños. Los CA, LAH y PR son los que presentan los menores tamaños de partícula. Esto resulta importante durante el proceso de transporte y deposición de los residuos en vertederos.



60

Figura 1. Microscopía óptica y electrónica de los residuos estudiados

Otro parámetro importante a medir, especialmente cuando los residuos van a ser usados como rellenos, para mejorar rutas o elevar suelos, son el pH y la conductividad, porque estos valores permiten inferir la posible influencia de estos residuos en el suelo base cuando son depositados. La figura 2 muestra los valores obtenidos. Como puede observarse los valores correspondientes para CG aparecen como los de mayor influencia, teniendo en cuenta los valores estándar de estos parámetros en distintos suelos. El análisis de los sólidos solubles se realizó agitando el residuo en agua destilada a c.a. 100°C durante 2 horas. La cantidad de sólidos recogidos luego de la agitación se muestra en la tabla 2. Estos valores presentan una relación directa con los valores de pH y conductividad, a mayor cantidad de sólidos solubles, mayores valores de pH y conductividad.

Tabla 2: Sólidos solubles

Figura 2: pH y conductividad de las muestras

Los resultados de los ensayos de lixiviación de los residuos fueron analizados teniendo en cuenta las definiciones y límites establecidos en el Decreto Reglamentario de la Ley 24051 (Argentina) sobre régimen de desechos peligrosos (Decreto 831/93) con el fin de determinar el peligro de este proceso de lixiviado. Estos resultados muestran que los descartes estudiados, a excepción de LAH, pueden ser reutilizados para cualquiera de los usos mencionados. Conclusiones De acuerdo al análisis realizado, la mayoría de los residuos pueden ser reutilizados como rellenos de terrenos bajos o terraplenes o para mejorar las propiedades superficiales de caminos rurales. El único descarte que no puede ser usado para esto es el LAH por no cumplir con los valores límites de lixiviación. Los residuos CA, CG y ECO pueden utilizarse teniendo en cuenta que pueden poseer propiedades acidificantes (CA) o alcalinizantes (CG y ECO), en relación al suelo base de contención, y a acuíferos superficiales y subterráneos circundantes.

Agradecimientos Los autores agradecen a la UTN y a la ANPCyT por el apoyo económico para el desarrollo de este trabajo.

Residuo Sólidos Solubles [mg]

CA 15

CG 1483,4

LAH 34

PR 20,8

ECO 76,7

FMS 53

AM LAH CG CA

ECO

100X 100X

FMS

PR

100X


61

CERÁMICOS DE BASE ARCILLOSA CON INCORPORACIÓN DE RESIDUOS. ESTUDIO COMPARATIVO DE SUS PROPIEDADES.

Quaranta N.

*, Caligaris M., Unsen M., López H. y Pelozo G.

Grupo de Estudios Ambientales. Facultad Regional San Nicolás. Universidad Tecnológica Nacional. Colón 332. 2900. San Nicolás. Argentina.

(*) Investigador CIC.

[email protected]

Introducción Es cada vez más preocupante la cantidad de residuos que se producen actualmente en cualquier actividad industrial. Redirigirlos hacia nuevos procesos de producción, en lugar de destinarlos a la corriente de descartes, es una de las alternativas más estudiadas. Una posibilidad de reutilización de gran parte de estos residuos es su incorporación en tejuelas cerámicas de base arcillosa. El objetivo de este trabajo es comparar las propiedades de piezas cerámicas obtenidas a partir de mezclas de arcilla comercial con el agregado de dos residuos diferentes: barros de alto horno y cenizas sedimentables de una central térmica. Materiales y métodos Se utilizaron para este estudio barros de alto horno (BAH) y cenizas sedimentables (CS) de una central térmica. El análisis químico semicuantitativo de los residuos y de la arcilla utilizada se obtuvo por análisis dispersivo de energía de rayos X (EDS). Se obtuvieron muestras con porcentajes de residuo de 10%, 20%, 30%, 40% y 50% en peso y una muestra de arcilla sin agregados a modo de referencia. Las probetas fueron conformadas, con agregado de 8% de humedad, en moldes de 70 mm x 40 mm, resultando espesores de aproximadamente 20 mm, a una presión de compactación de 25 MPa. Las muestras fueron tratadas térmicamente a 950ºC durante 3 horas con velocidad de calentamiento de 1ºC/min, con rampa de calentamiento de 15 horas y de enfriamiento de 17 horas. Los productos cocidos se caracterizaron con diversas técnicas que permiten inferir sus aptitudes en servicio. Entre dichas técnicas pueden mencionarse: porosidad, pérdida de peso por calcinación, variación volumétrica permanente, resistencia a la compresión y a la flexión. Resultados y discusión El análisis químico de los materiales utilizados se presenta en la Tabla I. Los valores se expresan como porcentaje en peso de los elementos sin considerar C y O. El contenido de C de las muestras arcilla y BAH se ha incluido en la última columna de dicha tabla. Para preparar las probetas se utilizaron los polvos como se recibieron, sin molienda, seleccionando los tamaños de partícula pasantes de malla 2mm. La distribución granulométrica obtenida se muestra en la Figura 1.

Tabla I. Composición de los polvos utilizados en porcentaje en peso de elementos.

Materiales Na Mg Al Si S

Cl K Ca Mn Fe Ti C

Arcilla --- 3,21 22,47 67,12 --- --- 3,97 1,14 --- 2,10 --- 24,54

BAH 18,97 1,34 13,10 30,68 8,69 1,16 0,60 1,02 6,66 17,78 -- 51,00

CS --- 3,46 34,85 49,78 --- --- 1,14 4,75 --- 4,40 1,62 ---

La porosidad de las probetas se presenta en la Figura 2. Se observan valores similares para las tejuelas que incorporan los dos residuos. A medida que aumenta el contenido de residuos, la porosidad de las piezas con CS también aumenta. Este comportamiento es similar en las piezas con BAH a partir del 10% de residuo adicionado. Las porosidades obtenidas para estas muestras se hallan en el rango comercial requerido. La variación volumétrica permanente (VVP) y la pérdida de peso por calcinación de las muestras se presentan en las Figuras 3 y 4, respectivamente. La VVP de las muestras con agregado de cenizas gruesas es menor que la obtenida para las de arcilla sola para todas las composiciones ensayadas. Para las muestras con agregado de barros de alto horno la VVP es mayor que la obtenida para las de arcilla sola con excepción de las muestras con 40 y 50% de residuo adicionado que presentan una VVP similar y ligeramente superior respectivamente. La mayor pérdida de peso es registrada para las muestras con mayor contenido de residuos, siendo los máximos 6,3% para las piezas con cenizas y 16,9% para las que incorporan barros de alto horno.



62

Figura 1. Granulometría de la materia prima Figura 2. Porosidad de las muestras

Figura 3. Variación volumétrica permanente Figura 4. Pérdida por calcinación

El análisis de resistencia a la flexión y a la compresión de las muestras se presenta en las Figuras 5 y 6, respectivamente. Las resistencias a la compresión que presentan los productos con agregado de cenizas están dentro de los estándares requeridos para las piezas comerciales menos para las muestras con 20% de contenido de residuo. Para las muestras con BAH, sólo las que tienen 10% de residuo incorporado superan los valores indicados por las normas. El valor requerido en MPa para ladrillos de construcción de base arcilla es Rc > 10,3, 17,2 y 20,7 para requerimiento ambiental (temperatura y humedad) escaso, moderado y severo respectivamente, según ASTM C62-04. Un valor Rc > 10,0 es fijado por normas españolas para este tipo de piezas cerámicas (NSE FL90-Real Decreto 1723/1990).

Figura 5. Módulo de rotura Figura 6. Resistencia a la compresión

Conclusiones En este trabajo se comparan las propiedades de piezas cerámicas con base de arcilla, con el agregado de dos residuos diferentes: barros de alto horno y cenizas gruesas de una central térmica. El objetivo es determinar la factibilidad de reutilización de estos descartes como materia prima en producción de materiales cerámicos de construcción. Los productos compactos cocidos con incorporación de cenizas presentan buenas propiedades físicas y mecánicas, con valores de porosidad, resistencia mecánica, variación volumétrica permanente y pérdidas de peso dentro de los requerimientos del mercado de estos productos. Los productos compactos cocidos con incorporación de barros de alto horno sólo presentan propiedades mecánicas dentro de los estándares requeridos para las piezas comerciales cuando se incorpora hasta un 10% de este residuo.

-18.0

-15.0

-12.0

-9.0

-6.0

-3.0

0.0

0 10 20 30 40 50

PP

C [%

]

Porcentaje de residuo adicionado

BAH

CS

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

0 10 20 30 40 50

VV

P [

%]


BAH

CS

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

0 10 20 30 40 50

Po

rosi

da

d [

%]


BAH

CS

0

10

20

30

40

50

2000 1000 500 250 125 88 74 44 PLATO

% R

ete

nid

o

Malla [m]

Arcilla

BAH

CS

0.0

3.0

6.0

9.0

12.0

15.0

18.0

21.0

0 10 20 30 40 50

Re

sist

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cia

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MP

a]


BAH

CS

0.0

3.0

6.0

9.0

12.0

0 10 20 30 40 50

Mó

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ra [

MP

a]


BAH

CS


63

SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES DE ACEROS AVANZADOS 9CrMo: METALURGIA Y PROPIEDADES

Mabel Ramini

1, Estela Surian

1,2, Mónica Zalazar

3

1Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional San Nicolás/DEYTEMA, San Nicolás,

Argentina. Colón 332 (2900) San Nicolás. Argentina. 2Universidad Nacional de Lomas de Zamora, Facultad de Ingeniería/Secretaría de Investigación,

Lomas de Zamora, Argentina. 3Universidad Nacional del Comahue, Facultad de Ingeniería, Neuquén, Argentina.

[email protected]

Introducción Los aceros 9Cr-Mo son ampliamente utilizados para servicio a alta temperatura, principalmente en aplicaciones relacionadas a la generación de energía. Últimamente se han desarrollado variantes de estos materiales (CSEFS-creep strength-enhanced ferritic steel), incorporando B, W y Co, entre otros elementos, al sistema de aleación, así como nuevos consumibles que permiten obtener un metal de soldadura (MS) de características similares a las de estos aceros. Para soldadura por FCAW (flux cored arc welding) se han diseñado alambres tubulares del sistema 9Cr-Mo en los que se ha reemplazado parte del contenido de Mo por W. Esto ha permitido aumentar la resistencia al creep ya que los carburos de W son más estables que los de Mo. Para la soldadura de estos aceros se recomienda el uso de consumibles conocidos como “matching filler metals”. El término matching no se relaciona directamente con la composición química del metal de aporte sino más bien con las propiedades mecánicas. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos consumibles tiene como objetivo lograr un MS que iguale las propiedades del metal base (MB) utilizado. En este trabajo se estudió el comportamiento de la junta soldada de caños de acero 9Cr1Mo, con dos alambres tubulares que depositan un acero 9Cr1Mo y 9Cr0,5MoW respectivamente, analizándose la evolución microestructural y las propiedades de tracción y dureza, en esta primer etapa. Materiales y métodos Se utilizó una cañería de acero aleado al Cr-Mo de 28,5 mm de espesor y 350 mm de diámetro; la Tabla 1 muestra la composición química del metal base. Las soldaduras se realizaron con dos alambres tubulares AWS A5.29/A5.29M:2010 E91T1-B9M y E91T1-G, uno tradicional (TMo) y otro con agregado de W (TMoW). La Tabla 2 muestra la composición química del metal de aporte puro de ambos consumibles.

Tabla 1. Composición química del metal base C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al Co Nb Ti V

0,107 0,439 0,318 0,030 0,009 9,26 0,173 0,036 0,86 0,004 0,027 0,088 0,002 0,210

Tabla 2. Composición química del metal de aporte puro

Alambres Elementos (%)

C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al Co Nb Ti V W

TMo 0,103 0,94 0,381 0,034 0,011 9,92 0,48 0,085 0,93 0,003 0,024 0,046 0,033 0,250 -

TMoW 0,107 0,81 0,403 0,037 0,015 9,64 0,51 0,037 0,47 0,003 1,010 0,035 0,037 0,217 1,67

Con cada alambre se soldó una probeta, identificadas: PTMo y PTMoW, mediante el proceso FCAW. Se realizó análisis químico del MS por espectroscopía de emisión, se estudió la estructura mediante microscopías óptica (MO) y electrónica de barrido (MEB) y se definieron las diferentes zonas constitutivas de cada junta soldada: MS, zona afectada por el calor de grano grueso (ZACGG), zona afectada por el calor de grano fino (ZACGF), zona afectada por el calor intercrítica (ZACIC), zona afectada por el calor subcrítica (ZACSC) y MB. Se realizaron barridos de microdureza Vickers con 1kg de carga, sobre un corte transversal de la junta soldada barriendo desde el MS al MB. Estos perfiles de dureza se relacionaron con cada una de las zonas y subzonas previamente identificadas. Se extrajeron probetas para el ensayo de tracción transversal según la norma ASTM E8 / E8M – 09. Resultados y discusión En la Tabla 3 se presentan los resultados del análisis químico realizado en el MS de las probetas soldadas con ambos alambres. Se observa que el agregado de W al alambre con el que se soldó la probeta PTMoW ha sido compensado con una disminución del contenido de Mo hasta aproximadamente la mitad, el agregado de Co y una pequeña reducción en el contenido de Cr.



64

Tabla 3. Composición química del MS

Probetas Elementos (%)

C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al Co Nb Ti V W Creq

PTMo 0,121 0,98 0,40 0,034 0,012 9,89 0,49 0,08 1,04 0,004 0,02 0,050 0,036 0,26 11,0

PTMoW 0,094 0,87 0,43 0,036 0,014 9,73 0,50 0,04 0,47 0,004 0,99 0,038 0,050 0,22 1,59 9,2

Figura 1. Microestructura del MS: A y C al MO: B y D al MEB

La Figura 1 muestra la microestructura observada en el MO y en el MEB correspondiente al MS de cada una de las probetas analizadas: en ambos casos se observa una estructura de martensita revenida con precipitados presentes en los bordes de grano y bloques de ferrita delta. Se estudiaron comparativamente las estructuras de las diferentes zonas afectadas por la soldadura. En la Tabla 4 se muestran los valores promedio de dureza para las distintas zonas de ambas probetas.

Tabla 4: Valores promedio de dureza Hv1 medidos en los barridos de dureza realizados Probetas MS ZACGG ZACGF ZACIC ZACSC MB

PTMo 256 246 217 203 209 216

PTMoW 272 264 219 206 214 216

Los resultados del ensayo de tracción transversal se muestran en la Tabla 5. Puede observarse que los valores obtenidos con la probeta PTMo son menores que los de PTMoW, en coherencia con los valores de dureza.

Tabla 5: Valores de tracción transversal de la junta soldada Probetas RT (MPa) LF0,2 (MPa) A (%) RA (%)

PTMo 713/716 548/557 18/18 60/60

PTMoW 722/722 564/557 17/16 57/61

Conclusiones El análisis de las dos juntas soldadas mostró que:

En ambos casos la microestructura del MS consistió en martensita revenida y ferrita delta retenida.

Los bloques de ferrita delta del MS de la probeta correspondiente al alambre con agregado de W fueron de un tamaño menor.

Los perfiles de dureza mostraron igual comportamiento en ambas probetas: mayores durezas en el MS y una caída sostenida hasta llegar a la ZACIC donde se observó un ablandamiento del MB.

Los valores de dureza fueron mayores en la probeta correspondiente al alambre con agregado de W, especialmente en el MS y el ablandamiento de la ZACIC menor.

El efecto del agregado de W en las propiedades de tracción se tradujo en un aumento de la RT y LF y una disminución del alargamiento.

(A) (B)

(C) (D)

PTMoW

50 µm

50 µm PTMo

PTMo

PTMoW


65

EL CRECIMIENTO DEL MOHO ASPERGILLUS NIGER Y EL CONTENIDO DE CALCIO DE LOS MORTEROS DE CEMENTO NORMAL Y CON ADICIONES

Rosato, V. G., Sota, J.D., Prunell, S. B.,

LEMaC (Centro de Investigaciones Viales), U.T. N., Facultad Regional La Plata. 60 y 124 s/n, (1900) La Plata

[email protected]

Introducción Los morteros y hormigones de cemento son susceptibles al ataque de diversos organismos como hongos y líquenes (Caneva et al,2003). Recientemente Wiktor et al. desarrollaron un método para lograr el desarrollo rápido de los mohos en probetas de cemento en recipientes estériles con vermiculita y papel de filtro humedecidos con agua destilada estéril para crear un ambiente húmedo favorable. Este método ha sido adaptado para estudiar el crecimiento de Aspergillus niger sobre morteros de cemento normal y con distintas adiciones en relación a la porosidad del material medida con el método de porosimetría por intrusión de mercurio (Prunell, Rosato y Sota, 2011). El mayor crecimiento se dio en las probetas con el menor porcentaje de filler calcáreo y el menor, en las probetas con el mayor porcentaje de puzzolana. Las muestras con filler calcáreo y puzzolana tienen mayor volumen de poros que el cemento normal, pero de los gráficos resulta que esos poros son de menor radio. (Prunell, Rosato y Sota., op.cit.) En el presente trabajo se emplea el mismo método para observar si el contenido de calcio influencia el crecimiento del moho A. niger en condiciones de cultivo. Materiales y Métodos Se prepararon cultivos de A. niger que se inocularon en probetas de morteros de cemento preparadas y acondicionadas tal como se describe en Prunell, Rosato y Sota, 2011. Luego de incubadas cuatro meses las probetas se observaron con lupa y luego bajo MEBA (Microscopio Electrónico de Barrido Ambiental) y se efectuaron microanálisis EDE (Espectrometría de Dispersión de Electrones). Resultados Se presentan las imágenes obtenidas con MEBA (Fig. 1 a 7), y se informan los resultados de los microanálisis en la Tabla 1. En todos los casos el moho tiende a desarrollarse alrededor de los clastos de agregado fino (Fig. 1 a 7), lo que indicaría que le resulta más favorable debido al mayor contenido de calcio de los mismas. En la mayoría de los casos, las hifas tienen un diámetro de aproximadamente 10-12 µm, excepto en la muestra de cemento con 15% de “filler” y las muestras con 20 y 25 % de puzolana, donde las hifas son más delgadas (7-8 µm).

Figura 1. Mortero de cemento normal. Figura 2. Mortero de cemento con 5%

de “filler” Figura 3. Mortero de cemento con 10%

de “filler”



66

Figura 4. Mortero de cemento con 15% de “filler”.

Figura 5. Mortero de cemento con 15 % de puzolana.



Tabla 1 Porcentaje de los elementos presentes en cada muestra medidos con EDE

Muestra Elementos

Cemento normal

Cemento con

“filler “ 5%

Cemento con

“filler “ 10%

Cemento con

“filler “ 15%

Cemento con Puzzolana

15%


20%


25%

C 11,82 9,15 8,26 11,63 7,25 8,75 11,88

O 48,03 41,38 44,47 41,58 38,93 46,79 52,58

Na - 0,39 - - - - -

Mg 0,31 0,40 0,73 0,19 - - -

Al - 1,32 0,36 0,13 0,83 0,15 -

Si 1,50 3,63 2,69 1,31 3,29 0,86 0,70

Ca 38,05 42,78 43,48 45,16 48,55 42,98 34,84

Fe - 0,95 - - 1,15 0,47 -

Al examinar los resultados de los microanálisis (Tabla 1), la relación entre Ca y crecimiento no es tan clara: se observa cómo varían el Ca y el Si según la proporción de “filler” y puzzolana. En el caso de la puzzolana, el Ca disminuye, lo que explicaría el escaso crecimiento del moho, pero con el filler aumenta en tanto se observa menor crecimiento del moho a las mayores proporciones. Esto indica que no hay una relación directa entre el porcentaje total de Ca y el crecimiento. Conclusiones El moho creció en todas las muestras, creciendo principalmente alrededor de los clastos y se observó que el menor desarrollo se produce ante las mayores proporciones de filler calcáreo y de puzzolana. Al comparar ese resultado con los datos obtenidos del microanálisis EDE, no surge una relación directa entre el porcentaje total de Ca y el crecimiento, por lo que se infiere que el valor realmente importante para el microorganismo es el de Ca libre disponible como hidróxido o sales solubles. Bibliografía Wiktor, V.; De Leo, F.; Urzí, C.; Guyonnet, R.; Grosseau, Ph. & García-Díaz E. (2009). Accelerated test to study fungal biodeterioration of cementitious matrix. International Biodeterioration and Biodegradation 63: 1061-1065 Prunell, S. B.; Rosato V. G. & Sota, J. D. (2011). Ensayos de Deterioro Biológico Acelerado por Acción del Hongo Aspergillus niger en Matrices de Cemento portland con Diferentes Porcentajes de Adiciones. IN: Cinpar 2011, 7º Congreso Internacional sobre Patologías y Rehabilitación de Estructuras, Fortaleza, Brasil, 2 a 4 de Junio de 2011.


67

ADSORCIÓN: INTERACCIONES Y HETEROGENEIDAD

GARCÍA G. D., SANCHEZ-VARRETTI F. O. Grupo de Físico-Química de Sistemas Complejos, Facultad Regional San Rafael, Universidad

Tecnológica Nacional. Urquiza 314 (5600), San Rafael, Mendoza, Argentina. Intituto de Física Aplicada (INFAP) – Universidad Nacional de San Luis, Facultad de Ciencias Físicas

y Matemáticas. [email protected].

Introducción La descripción teórica de la adsorción es un problema complejo en la ciencia de superficies que no tiene una solución general. La isoterma BET es la más útil, cubriendo la gama completa de presiones. Por otro lado hay pocos estudios que explican el hecho de la ocupación múltiple de sitios en el régimen de múltiples capas. Las determinaciones de las superficies y de las energías de adsorción pueden ser subestimadas si el carácter poliatómico no se incorpora correctamente en las funciones termodinámicas de las cuales se interpretan los experimentos. Para un substrato heterogéneo la energía de adsorción varía de sitio a sitio y es caracterizada por una función de densidad de energía. En este contexto, los trabajos recientes amplían el tratamiento al incluir interacciones laterales entre los adsorbatos con vecinos próximos en la primera capa. En base a estos antecedentes es que nos proponemos utilizar estos modelos en forma conjunta para analizar el posible efecto de compensación entre la múltiple ocupación de sitios y la heterogeneidad superficial e interacciones laterales. Materiales y métodos En el seno de las diversas ramas de la ciencia de los materiales se han desarrollado variadas técnicas experimentales para el estudio de las múltiples características de los diversos materiales, enumerarlas sería casi interminable [1]. En el caso particular del presente trabajo, estamos interesados en el problema de la caracterización de la superficie de materiales sólidos (y la topología de éstas). Podemos nombrar como técnica experimental, muy utilizada, a las técnicas porosimétricas [2,3]. Estas nos dan información de la estructura y superficie específica del material a partir de (1) la medida experimental de una isoterma de adsorción y (2) la utilización de un modelo teórico para interpretar los datos. En relación al punto (1), la adsorción se lleva a cabo agregando una cantidad de gas conocida, a una muestra de material sólido o adsorbente en un contenedor mantenido a bajas temperaturas. A estas temperaturas las fuerzas atractivas moleculares hacen que las moléculas de gas se adsorban sobre el material formando la capa adsorbida o adsorbato. Con respecto al punto (2), y para obtener una buena caracterización de la superficie de un material, se hace imprescindible el desarrollo de modelos teóricos cada vez más refinados, capaces de dar cuenta de las principales propiedades tanto del adsorbato como del adsorbente. En este marco general se inscribe el presente trabajo donde se tendrá en cuenta el tamaño del adsorbato, la heterogeneidad energética superficial y las interacciones atractivas de las partículas adsorbidas con el objetivo de analizar un posible efecto de compensación del modelo BET, el cual permite obtener buenas estimaciones del área superficial a pesar de su simpleza. El adsorbato es representado por cadenas lineales de k unidades, cada una de las cuales ocupa un sitio de adsorción. La importante suposición en este método es que los pares de sitios de próximos vecinos ocupados son tratados como si fueran independientes los unos de los otros. Para aplicar el mismo esquema que el de Ref. [4], comenzamos con la isoterma de adsorción de monocapa para k-meros interactuantes adsorbidos sobre una red de conectividad z obtenido en el formalismo de la aproximación cuasi-química [5]. La heterogeneidad superficial se modela mediante el concepto de superficie bivariada. Esto es, un

sistema constituido por dos tipos de sitios: fuertes y débiles, con energías de adsorción 1 y 2,

respectivamente, y 1 < 2. Dichos sitios se encuentran agrupados en dominios homogéneos o “parches”, los cuales representan regiones de energía de adsorción que están muy correlacionados y que tienen una longitud característica L. La forma en que están distribuidos los sitios de adsorción con energía i sobre la superficie del sólido es usualmente llamada topografía superficial. En el presente trabajo, serán estudiadas superficies ordenadas y partiremos desde de la representación integral de la isoterma de adsorción en multicapas [6]. Para determinar el rango de validez de las soluciones analíticas obtenidas hemos realizado una comparación con resultados de simulación de Monte Carlo en la asamblea gran canónica. Como es usual, el cálculo consiste en generar un proceso de Markov definido en términos de la probabilidad de aceptación de Metropolis.



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Resultados y discusión En trabajos previos, ha sido demostrado que en el caso de adsorción de monómeros sobre superficies heterogéneas, el volumen de monocapa obtenido siguiendo un análisis de BET es más pequeño que su valor real. Obviamente, el efecto de la topografía superficial no pudo ser estudiado en este caso, pues los monómeros no “sienten” las diferentes distribuciones de los sitios de adsorción. En adelante, la generalización del problema a moléculas poliatómicas, nos permitirá estudiar la dependencia del volumen de monocapa tanto con el tamaño del adsorbato como con la topografía superficial. En particular, se analizaron isotermas analíticas y simuladas sobre superficies bivariadas con topografías variando entre L= 1 y BP (Grandes Parches). El cociente de las energías de adsorción de la primer capa adsorbida con respecto al resto de las capas se denomina c. Como es posible observar en la Figura 1, las curvas muestran una diferencia significativa con la topografía. Únicamente cuando el cociente entre c1 y c2 es incrementado, la distribución de sitios sobre la superficie comienza a ser importante; c1/c2 = 10

3 (de arriba hacia abajo los símbolos son:

c1=1000, c2=1; c1=100, c2=0,1; c1=10, c2=0,01). Los resultados de BET son diferentes para L = BP y L = 1. Figura 1. Figura 2. En el caso de c1 = 10 y c2 = 0,01, las desviaciones debidas al tamaño del adsorbato crecen para BP, es decir, el volumen de monocapa y el parámetro c obtenidos siguiendo el análisis de BET son, respectivamente, más pequeños y más grandes que sus valores reales de referencia. Sin embargo, importantes efectos de compensación son observados en el caso de c1 = 1000 y c2 = 1. Veamos a continuación que ocurre cuando se evalúa el volumen teniendo en cuenta el tamaño del adsorbato, la heterogeneidad energética superficial y las interacciones laterales (Figura 2). Estas isotermas han sido construidas como suma de isotermas parciales ponderadas, esas isotermas parciales poseen interacciones laterales según el modelo visto en la sección anterior. Conclusiones Se realizaron experimentos numéricos para determinar, en diferentes situaciones de adsorción, cuál es el valor del volumen de la monocapa predicho por la ecuación BET y su diferencia con su valor real. Para este propósito se analizó información de isotermas analíticas, como se hubiera hecho con datos experimentales. En otras palabras, isotermas analíticas fueron ajustadas de acuerdo al formalismo standard propuesto por la teoría de BET. Para superficies homogéneas en 1-D el volumen de monocapa calculado a través del análisis de BET es aproximadamente un 10-30 % más pequeño que el valor real. Cuando la adsorción en multicapas ocurre sobre una superficie bivariada heterogénea con interacciones atractivas, un efecto compensador ha sido encontrado, para valores de c muy diferentes. No obstante, en cualquiera de los casos considerados, esta compensación depende fuertemente del valor del parámetro w, siendo suficiente para eliminar la disminución provocada por el efecto del tamaño del adsorbato, por lo que se observa un efecto de compensación según se suponía en la hipótesis. Referencias

1. http://www.packagingtoday.com/introplasticexplosion.html. 2. Romanos, G. E.; Kasselouri V.; Beltsios K.; Kanellopoulos N. K.; (2003). J. of Therm. Anal.

and Calorim, 73. 3. Thommes, M.; (2000). Chem. Ing. Tech. 72, 9, 1080-1081. 4. Romá, F.; Ramirez Pastor, A. J.; Riccardo, J. L.; (2005). Surf. Sci. 583 213-228. 5. Dávila, M.; Romá F.; Riccardo J.L.; Ramirez-Pastor, A. J.; (2006). Surf. Sci. 600 2011-2025.

6. Rudzinski, W.; Everett, D.H.; (1992). Adsorption of Gases on Heterogeneous Surfaces, Academic Press, New York.

http://www.packagingtoday.com/introplasticexplosion.html


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PANELES COMPUESTOS: NUEVO PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN

CANO, F.1, ROMÍA, N.

1, GARCÍA G. D.

1, 2, SANCHEZ-VARRETTI F. O.

1,2.

1 Grupo de Físico-Química de Sistemas Complejos. Facultad Regional San Rafael. Universidad Tecnológica Nacional, Urquiza 314 (5600), San Rafael, Mendoza, Argentina,

2 Intituto de Física Aplicada (INFAP) – Universidad Nacional de San Luis, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.

[email protected].

Introducción En el ámbito comercial existe una necesidad creciente de incrementar la calidad de los productos ofrecidos incrementando la eficiencia y reduciendo los costos. A pesar de la gran cantidad de investigaciones y desarrollos por más de cuatro décadas y a la gran cantidad de procesos que existen para la producción de materiales reforzados, más allá de los materiales compuestos de fibra, el aprovechamiento íntegro de esta clase de materiales no ha sido llevado a cabo todavía. Los materiales compuestos “composites” difieren de los materiales tradicionales en que los primeros están compuestos por dos tipos de materiales, fibras y una matriz por lo general polimérica, que cuando se combinan a pesar de estar separadas (sistema heterogéneo) funcionan interactuando para hacer un nuevo material cuyas propiedades no pueden ser predichas por la simple suma de las propiedades de las sustancias que lo componen [1-5]. En este trabajo proponemos profundizar en el conocimiento de las propiedades mecánicas y estructurales de un tipo particular de material compuesto (paneles “sándwich”). A su vez deseamos mejorar los procesos productivos tendientes a la obtención de un panel de mejores características al reducir los costos de fabricación mediante la modificación/optimización del proceso de fabricación. Materiales y métodos Los paneles sándwich se fabrican por medio de un proceso de pegado y apilado de papel o del material a utilizar como núcleo [6]. Una vez obtenido el panal con núcleo “honeycomb”, se procede a un baño de resina para lograr así una mayor resistencia del material; luego se cortan secciones del mismo hasta lograr el núcleo del panel, Figuras 1 y 2.

Figura 1. Detalle constructivo. Figura 2. Núcleo. Figura 3. Núcleo modificado Nuestro proceso modifica el procedimiento de elaboración del núcleo mediante la unión de columnas individuales hexagonales de 6 mm entre caras paralelas. Las mismas son depositadas y acomodadas individualmente una al lado de otra y unidas mediante un adhesivo. El material con el que están hechas las columnas es polipropileno por lo que el corte de las capas se realiza de forma sencilla y rápida. Esto forma un bloque el cual es cortado en forma perpendicular al eje mayor de las columnas según el espesor deseado. Estás “rodajas” son nuestros núcleos listos para ser utilizados, Figura 3. Resultados y discusión Se realizaron ensayos a la compresión para determinar la tensión a la compresión de las probetas. Para ello se analizaron 11 probetas de núcleo de papel de 80 gramos/m

2, las cuales presentaban las

siguientes dimensiones: 12 cm de ancho, 15 cm de largo y 5 cm de alto. El ensayo se realizó en un equipo de ensayo donde la carga se aplica de forma puntual, y mediante un suplemento es distribuida uniformemente sobre el área de la probeta. El valor promedio obtenido de la tensión a la compresión de las probetas fue: 1,68 Kgf/cm

2, Figura 4.

Si comparamos el valor obtenido con la tensión a la compresión de un núcleo comercial de características geométricas similares como puede ser el Hexcel Honeycomb HRH-78 - 3/8 -1.5 [7] el



70

cual posee un valor de 5 Kgf/cm2, podemos concluir que el proceso de elaboración ha permitido la

obtención de un material con resistencia a la compresión que están en el orden de magnitud del núcleo comercial.

Figura 4. Ensayo a la compresión. Conclusiones El estado de avance del proyecto nos permite extraer algunas conclusiones a pesar de no estar concluido el trabajo de investigación. El proceso de armado del núcleo propuesto en este trabajo permite la construcción de núcleos de características similares a los núcleos comerciales. La sencillez y simplicidad de los pasos involucrados permite un ahorro en tiempos de ejecución y materiales que es sustancialmente mayor que en el proceso tradicional. El ensayo a la compresión arroja resultados prometedores ya que el valor del esfuerzo a la compresión obtenido a pesar de no ser un valor alto es significativo para un panel de las características del ensayado. Los ensayos a la flexión están en etapa de preparación y serán presentados una vez que sean obtenidos, procesados y analizados, se seguirá el estándar de ASTM específico para este tipo de materiales [8]. Referencias

1. D´Arsié, D. (1980). Los Plásticos Reforzados con Fibras de Vidrio, América Lee, pag. 83– 120.

2. http://es.wikipedia.org/wiki/Resina_epoxi. 3. Meter, E. D.; Beaumont, W. R. (1995). Applied Composite Materials, Vol. 2 Nº4, kluwer Acad.

Press. 4. Sourcebook 2008, (Dec. 2007), pag. 6-45, Vol. 16, A Gardner Publication Suplement, 2007. 5. The Doorway, M.C. Gill Corporation Group of Companies, (2007), Vol. 44, Nº 3, Summer. 6. The Doorway, M.C. Gill Corporation Group of Companies, (1991), Vol. 28, Nº 2, Spring. 7. HRH-78 Nomex® Commercial Grade Honeycomb Product Data (1998). 8. ASTM, Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials,

Designation: D 7264/D 7264M – 07, ASTM International.

http://es.wikipedia.org/wiki/Resina_epoxi


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CALCULOS DE PROPIEDADES ELECTRONICAS Y ESTRUCTURALES DE SEMICONDUCTORES II-VI

A. M. Martínez(1,3)

, R. Faccio(2)

, M. R. Soriano(1)

, A.B. Trigubó(1, 3)

, N. Rabinovich(1)

,

(1) Dpto. de Ing. Química - FRBA, UTN Medrano 951, 1179 CABA, Argentina (2) Centro NanoMat & Cryssmat-Lab, Facultad de Química, Universidad de la República. Uruguay.

(3) CINSO-CONICET-CITEDEF, J. B. de La Salle 4397, 1603 V. Martelli, Pcia. de Bs. As., Argentina.

e-mail (M. R. Soriano): [email protected]

1. Introducción Utilizando cálculos de primeros principios (ab-initio), se realiza un estudio de propiedades electrónicas y estructurales para los compuestos: CdTe y ZnTe y compuestos dopados con Zn. Los semiconduc-tores de la familia II-VI presentan interés tecnológico por su estabilidad térmica, sus propiedades mecánicas y químicas, y por que presentan numerosas aplicaciones. Justamente este es el punto por lo que es importante la predicción de propiedades estructurales, eléctricas, ópticas, termodinámicas. Poder comprender, y también controlar, las propiedades de los materiales a nivel atómico presenta un gran interés y provee una información que no se puede obtener de otra manera. Estos modelos comenzaron aplicándose a sistemas idealizados pero hoy la predicción de propiedades energéticas, estructurales, electrónicas, magnéticas y optomagnéticas, han alcanzado un nivel de exactitud que está comenzando a servir de guía para los experimentos, ya que se pueden tratar sistemas reales. El Cd1-xZnxTe (0 ≤ x ≤ 0,1) (CZT) se utiliza en dispositivos ópticos y electrónicos como conversor fotovoltaico de energía, detector de RX y gamma y celdas solares. Se emplea como sustrato en el crecimiento epitaxial de materiales aptos para la detección de longitudes de onda en el infrarrojo. Las aleaciones de Cd1-xZnxTe con x=0,04 y 0,10, se prefieren frente al binario CdTe como sustrato debido a su mayor dureza y por su menor densidad de dislocaciones. El ZnTe emite en longitudes de onda de los 540 nm. Así, su uso es promisorio en diodos láseres y emisores de luz de alta intensidad, en ambos casos en el verde. 2. Método Para el estudio y análisis usamos el código computacional WIEN2k [1], que utiliza el método FP-LAPW (Full Potential-Linearized Augmented Plane Waves) para los cálculos de estructura electrónica. En el cálculo del potencial de correlación e intercambio usamos la aproximación GGA (Generalized Gradient Approximation) en la versión de Perdew, Burke y Ernzerhof [2] dentro del formalismo que provee la teoría de la densidad funcional (DFT). En este método (FP-LAPW) el espacio se divide en una región intersticial y en esferas, por lo que el modelo se llama de muffin-tin, y se trata de esferas centradas en cada sitio atómico. En la región intersticial, la función de onda se expande como combinación lineal de ondas planas, mientras que dentro de las esferas se usa una combinación lineal de funciones radiales y esféricos armónicos. El WIEN2K se basa en teorías de estado sólido para hacer el análisis de distintas propiedades físicas y químicas de sólidos cristalinos. El código está escrito en lenguaje Fortran 90 y se requiere un sistema operativo UNIX (LINUX) para su ejecución. Hay dos alternativas para llevar a cabo los programas, mediante una terminal del sistema operativo o utilizando la interfase de usuario w2web a través de un explorador de Internet. Con la ayuda de este paquete se pueden obtener propiedades como la densidad de estados del sólido, la densidad electrónica, la estructura de bandas de energía, y el espectro de rayos X, entre otras. En nuestros cálculos se utilizaron los siguientes parámetros: Rkmax = 9 para CdTe y ZnTe; un Rkmax = 7,2 y Rkmax = 6,8 para las superceldas aleadas con 4% y 10% de Zn en unidades atómicas respectivamente se seleccionaron 250 puntos k en la parte irreducible de la primera zona de Brillouin y un valor de energía de 6 Ryd para separar los estados de valencia de los estados del core. Este tamaño de base y el número de puntos-k nos aseguraron la convergencia de la energía total, concordando con trabajos previos sobre CdTe [3] 3. Resultados y discusión Utilizando el código WIEN2k con los parámetros optimizados se realizan una serie de simulaciones, primero con el potencial de correlación e intercambio GGA y luego con el potencial mBJ, para el cálculo del gap del CdTe y del ZnTe La tabla 1 presentamos los resultados de los cálculos para CdTe y ZnTe y en la tabla 2 para Cd0,96Zn0,04Te y Cd0,90Zn0,10Te. Los parámetros de red para cada una de las estructuras analizadas y el valor del Gap de energía. Calculamos los valores de las constantes elásticas, estas propiedades elásticas definen propiedades de un material que se somete a tensión, se deforma y recuperándose vuelve a su forma original al cesar la tensión. Son propiedades que



72

juegan un papel importante ofreciendo información valiosa acerca de la característica de unión entre los planos atómicos adyacentes, el carácter anisotrópico de la unión y estabilidad estructural y se define por lo general como constantes elásticas Cij. Las mismas en los sólidos establecen un vínculo entre el comportamiento mecánico y dinámico de los cristales. En particular, proporcionan información de la estabilidad y la rigidez de los materiales, y su cálculo ab initio requiere métodos precisos. Por lo tanto, la calidad de las constantes elásticas calculadas proporciona una prueba crítica de la calidad del método. Para estudiar la estabilidad de estos compuestos, se han calculado las Cij en condiciones normales y bajo presión hidrostática utilizando el método desarrollado recientemente por Thomas Charpin e integrado en el paquete de WIEN2K [1]. Los módulos elásticos requieren el conocimiento de la derivada de la energía en función de la tensión de de la red y en el caso de los sistemas cúbicos, sólo hay tres constantes elásticas independientes, C11, C12 y C44.

Tabla 1. Resultados para CdTe y ZnTe

Fórmula química

GAP (mBJ)

GAP (GGA)

C11 (GPa)

C12 (GPa)

C44 (GPa)

CdTe 1,610 0,604 44,38 29,32 17,67

ZnTe 2,215 1,056 59,41 32,20 28,68

Tabla 2. Resultados para CZT

Fórmula química

GAP (GGA)

C11 (GPa)

C12 (GPa)

C44 (GPa)

a (Å)

Cd0,96Zn0,04Te 0,617 45,48 30,47 19,61 6,596

Cd0,90Zn0,10Te 0,602 45,88 30,02 19,64 6,583

4. CONCLUSIONES En este trabajo es de destacar la excelente aproximación del potencial mBJ para el cálculo del gap de energía prohibida para los puros CdTe y ZnTe con los resultados experimentales. Se efectuaron comparaciones de las propiedades mecánicas y los parámetros de red calculados de los semiconductores de CZT con valores experimentales publicados [4-16] y valores calculados por otros autores [17-20] y el acuerdo es satisfactorio. Los cálculos permitieron entender que el efecto del dopado del CdTe con Zn produce una contracción de los parámetros de celda y un aumento de la energía del gap a partir de CdTe puro al ir aumentando el dopado con Zn hasta llegar al ZnTe. BIBLIOGRAFÍA

[1] P. Blaha, K. Schwarz, G. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz. WIEN2k,. ISBN 3-9501031-38-1-2 (2001). [2] J. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Phy. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). [3] S.M. Hosseini, Physica B, Vol. 403 (2008). p. 1907–1915. [4] Madelung O, Schulz M and Weiss H (ed) 1982 Numerical Data and Functional Relationships in Science and

Technology (Landolt-Börnstein vol 17) (Berlin: Springer) [5] Determination of energy gap in Cd1−x Znx Te , J Franc, P Hlídek, P Moravec, E Belas, P Höschl, L Turjanska

and R Varghová, Semicond. Sci. Technol. 15 (2000) 561–564. Printed in the UK. [6] Tobin S.P. et al. J. Electron. Mater. 24 (1995) 697. [7] J. Yang, Y. Zidon, Y. Shapira, “Alloy composition and electronic structure of Cd1-xZnxTe by surface photovol-

tage spectroscopy”, J. Appl. Phys., Vol. 91 (2002), p. 703-705. [8] Harrison W. A. 2004 Electronic Structure and the Properties of Solids. The Physics of the Chemical Bon (San

Francisco: Freeman) [9] Milns A. D. and Feucht D L 1972 Heterojunctions and Metal–Semiconductor Junctions (New York: Academic) [10] Abrikosov N H et al 1967 Semiconductor Compounds, Their Preparation and Properties. [50] Granger R 1994

Properties of Narrow Gap Semiconductors vol 10, ed P Capper (London: INSPEC, The Institution of Electrical Engineers) p 312

[11] Lee B H 1970 J. Appl. Phys. 41 2988. [12] Becerril M, Silva-L’opez H and Zelaya-Angel O 2004 Rev. Mex. Fis. 50 588. Chalcogenides of II, IV and V

Group Elements of the Periodic System (Moscow: Annual Reviews). [13] Agrawal B. K., Agrawal S., Phys. Rev. B 45 (1992) 8321. [14] McSkimm H.J., D. G. Thomas, J. Appl. Phys. 33 (1962) 56 [15] Hellwege K-H and Madelung O (ed) 1982 Numerical Data and Functional Relationships in Science and

Technology (Landolt-Börnstein New Series Group III vol 22a) (New York: Springer) [16] Capper P (1997) Narrow gap II-VI compounds for optoelectronic and electromagnetic applications. In: Durose

K (ed). Trends in structural defects in narrow-gap II-VI semiconductors Section 11. Chapman&Hall. [17] S. Ouendadji, S. Ghemid, H. Meradji, F.El Haj Hassan. Comp. Mat. Science 50 (2011) 1460–1466. [18] N. Korozlu, K Colakoglu and E Deligoz; Structural, electronic, elastic and optical properties of CdxZn1-xTe

mixed crystals. J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 175406 (7pp). [19] Khenata, A. Bouhemaou, M. Sahnoun, Ali. H. Reshak, H. Baltache, M. Rabah, Comp. Mat. Sci 38 (2006) 29.

[20] S. Lalitha, S. Zh. Karazhanov, P. Ravindran, S. Senthilarasu,R. Sathyamoorthy, J. Janabergenov, Electronic structure, structural and optical properties of thermally evaporated CdTe thin films, Physica B, Vol. 387 (2007), p. 227–238.


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OBTENCIÓN DE ε -CAPROLACTAMA A PARTIR DE MATERIALES

MESOPOROSOS MODIFICADOS CON BORO.

Eliana Vaschetto1,2

*, Analía Fernandez1, Eduardo Herrero


1,2, Griselda Eimer

1,2

1Centro de Investigación y Tecnología Química (CITeQ), Universidad Tecnológica Nacional, Facultad

Regional Córdoba, 5016, Córdoba, Argentina. 2CONICET.

[email protected]

Introducción La ruta de síntesis clásica para la producción del polímero Nylon 6, material de partida para una gran variedad de fibras y plásticos del cual su monómero es la ε-Caprolactama, involucra el reordenamiento de Beckmann de la ciclohexanona oxima empleando como catalizador al H2SO4 en fase líquida. Esto resulta ecológica y económicamente cuestionable, debido al uso de un ácido concentrado altamente corrosivo y contaminante. Para desarrollar un proceso más eficiente y ambientalmente compatible, el estudio de este reordenamiento en fase vapor empleando catalizadores sólidos del tipo mesoporosos resulta de gran interés [1-3]. En este trabajo se pretende desarrollar catalizadores de estructura mesoporosa modificados con Boro (B). Se analizará la influencia del tiempo de síntesis sobre las propiedades fisicoquímicas de estos tamices moleculares preparados con distintas relaciones molares de Silicio/Boro. Finalmente, estos sólidos se evaluarán en la reacción de reordenamiento de Beckmann en fase vapor a partir de ciclohexanona oxima.

Materiales y métodos Los materiales mesoporosos se sintetizaron usando tetraetoxisilano (TEOS) y ácido bórico como fuentes de Si y B respectivamente, bromuro de cetil trimetil amonio (CTA) como surfactante e hidróxido de amonio para ajuste del pH. El gel de síntesis, con relaciones molares Si/B de 20 y 60, se trató hidrotérmicamente por 0, 6 y 8 días a 100°C en autoclave. Los materiales fueron identificados como B-MCM-X-Y, donde X es la relación Si/B e Y los días de tratamiento hidrotérmico (TH). Los catalizadores fueron evaluados en la reacción de reordenamiento de Beckmann en fase vapor en un reactor flujo pistón a partir de una solución de ciclohexanona oxima en 1-hexanol. Los productos fueron analizados por cromatografía gaseosa. Los catalizadores se caracterizaron por difracción de RX en un difractómetro Pan analytical X’Pert Pro, por IR en un espectrofotómetro Jasco 5300, y las medidas de área superficial se realizaron en un equipo Pulse Chemisorb bajo flujo de N2.

Resultados y Discusión Todos los materiales sintetizados presentaron elevados valores de área superficial (Tabla 1), típicos de estructuras mesoporosas.

Tabla 1. Condiciones de síntesis y propiedades estructurales de los catalizadores sintetizados.

Muestra Si/B TH (días) 2θ (100) (°) Área (m2/g)

B-MCM-20-0 20 0 2,66 1077 B-MCM-20-6 20 6 2,77 815 B-MCM-20-8 20 8 2,73 788 B-MCM-60-0 60 0 2,64 1213 B-MCM-60-6 60 6 2,85 819 B-MCM-60-8 60 8 2,81 850

Analizando la influencia del tiempo de síntesis sobre el área superficial se encontró que, para ambas relaciones, los valores disminuyen levemente con el tiempo de síntesis, aunque continúan siendo altos.



74

Figura 1. Patrones de DRX A) Si/B=20 y B) Si/B=60 En la Fig. 1 se observa que en todos los casos existe un patrón de difracción característico de los materiales mesoporosos, que es evidenciado por la presencia de un pico a bajo ángulo (2θ= 2,6º-2,9º) correspondiente al plano (100), lo cual indica un ordenamiento de la estructura [3].

Figura 2. Espectro IR Figura 3. Conversión vs tiempo de TH.

Los espectros de IR de las muestras a 6 días de TH (Fig. 2), exhiben una banda a 934 cm

-1,

característica del B tetracoordinado [3,4]. Frecuentemente esta banda se solapa a aquélla asignada a los silanoles; sin embargo, al contrastar estas muestras con la de una matriz pura se encontró que la banda incrementa con el aumento del contenido de B, lo cual evidencia la presencia de B tetracoordinado en la red mesoporosa. Los materiales fueron evaluados en la reacción de reordenamiento de Beckmann. La Fig. 3 muestra que los materiales con menor relación Si/B presentan mayor conversión de ciclohexanona oxima; además la conversión aumenta con el tiempo de TH, alcanzando un valor máximo a los 6 días. Estas observaciones pueden ser probablemente atribuidas a la mayor proporción de B incorporado a la red. Es de destacar que la selectividad a caprolactama observada en todos los casos fue aproximadamente del 100%.

Conclusión Se sintetizaron tamices moleculares modificados con B por TH a 100°C durante 0, 6 y 8 días, los cuales presentaron alta área superficial, típica de estos materiales. Se comprobó que el tiempo de síntesis es un parámetro clave para la optimización del material sintetizado. Con respecto a la incorporación de B en la red, un tiempo de síntesis de 6 días es necesario en ambos casos para lograr la mayor incorporación, lo cual además se traduce en una mayor conversión de ciclohexanona oxima. Los valores máximos de conversión fueron del orden del 47% con una selectividad a Caprolactama del 100%

Referencias 1. T. Conesa, J. Campelo, D. Luna, J. Marinas, A. Romero; Appl. Catal. B 70 567 (2007). 2. T. Conesa, J. Hidalgo, R. Luque, J. Campelo, A. Romero; Appl. Catal A 299 224 (2006). 3. V. Sundaramurthy, N. Lingappan. Microporous and Mesoporous Materials 65 243 (2003). 4. M. Adjdir, T. Ali-Dahmane, P. Weidler. C. R. Chimie 12 793 (2009).

2° Taller de Doctorandos en Ingeniería de Materiales

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SOLDADURA DE ACEROS AVANZADOS PARA ALTA TEMPERATURA: PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA, COMPOSICIÓN QUÍMICA,

MICROESTRUCTURA Y PROPIEDADES MECÁNICAS

Doctorando: Burgos, Ariel 1

Director: Surian, Estela S. 1,2

Co-Director: Svoboda, Hernán 3,*

1 Universidad Nacional de Lomas de Zamora, Facultad de Ingeniería.

Ruta 4 - Km. 2 - Lomas de Zamora (CP 1832), Buenos Aires, Argentina. 2 Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional San Nicolás, DEYTEMA – Centro de

Desarrollo y Tecnología de Materiales. 3 Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, INTECIN Laboratorio de Materiales y

Estructuras.

* Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas.

[email protected]

Introducción Las aleaciones 9Cr se caracterizan por presentar altas resistencias a la fluencia lenta (creep) y a la corrosión, por consiguiente, se utilizan, por ejemplo, en aplicaciones que necesitan conducir vapor a muy alta temperatura. La generación eléctrica es una de las industrias más demandantes de este tipo de aleaciones que, en consecuencia, requieren de un mejoramiento de las mismas para lograr incrementar la eficiencia de los equipos que utilizan [1]. La incorporación de elementos de aleación con el objeto de fortalecer la matriz martensítica a alta temperatura, para el caso el B, W y Co, guían los desarrollos en este sentido [2]. Asimismo, la soldabilidad de estos materiales es un aspecto relevante dado que muchos de los equipos e instalaciones en los que se emplean son de construcción soldada [3]. En este sentido, en los últimos años se ha producido un notable y progresivo incremento en el desarrollo y la aplicación de procesos de soldadura que permiten una mayor velocidad de deposición de material durante la fabricación de estos componentes y estructuras. Conjuntamente, la utilización de alambres tubulares como alternativa de los macizos, como consumibles de los procesos de soldadura semiautomático GMAW (MIG-MAG) ha despertado gran interés por su facilidad de producción a baja escala, pero la microestructura de los depósitos obtenidos con estos electrodos es de alta complejidad metalúrgica y se dista bastante, en general, de un cabal entendimiento del comportamiento de los mismos. En la literatura existen algunos trabajos sobre consumibles experimentales que ajustan su composición química a la de los aceros 9Cr, para ser usados en los procesos de soldadura SMAW, GMAW y SAW [3], pero no se reporta ningún trabajo sistemático en alambres tubulares para soldar por el proceso FCAW. En este trabajo se presentan los avances en el estudio de los fenómenos y transformaciones relacionados con la influencia de la composición química del consumible y de los tratamientos térmicos post soldadura sobre las propiedades del metal depositado mediante el proceso FCAW de un alambre tubular experimental.

Materiales y métodos Al momento, se han soldado 8 (ocho) cupones de metal de aporte puro con dos alambres tubulares del tipo flux-cored, de composición química básica semejante, pero con distintos niveles de B, mediante el proceso de soldadura semiautomática bajo protección de gas Ar-20% CO2. Se extrajeron muestras del metal de soldadura, se determinó la composición química y se analizó la microestructura del metal depositado mediante microscopías óptica y electrónica de barrido. Se realizaron barridos de microdureza a lo largo de las distintas zonas del metal de aporte puro (MAP) y se elaboró un mapeo de la sección transversal central del mismo determinando las áreas ocupadas por estructuras de grano columnar y recalentada. Se mecanizaron probetas de Charpy-V para ser ensayadas a temperatura ambiente y de tracción uniaxial para estudiar su comportamiento a distintas temperaturas por sobre la temperatura ambiente, todas en su condición como soldado (AW). Se proyecta seguir con ensayos de dilatometría para establecer los parámetros del tratamiento térmico post soldadura (PWHT) adecuado para cada composición química estudiada y analizar la evolución microestructural del MAP luego de haber aplicado el mismo.



76

Resultados Se lograron soldaduras con un nivel de defectos aceptable, utilizando parámetros de proceso fijados según la operatividad de cada alambre estudiado. Cada muestra de MAP en su condición AW, dio lugar a una microestructura variable en diferentes partes de la misma, como consecuencia de los ciclos térmicos sufridos en cada zona, producto de las distintas pasadas de soldadura en la conformación del cupón. En general se trató de una matriz martensítica con indicios de ferrita delta y la presencia de precipitados en borde de grano austenítico primario. En la medida que el ciclo térmico se profundizó, la martensita se revino, la ferrita cambió su morfología a una más fina y se registró una disolución de los precipitados en la matriz.

Fig. 1 – Micrografía del MAP cupón 21A a) zona columnar última capa b) zona columnar anteúltima capa

En cuanto a la dureza, es de notar que también fue afectada por el ciclo térmico aplicado por el proceso de soldadura. El gráfico siguiente da muestra de este hecho.

Fig. 2 – Barrido de microdureza Vickers – sección transversal probeta 62A

Comparativamente, tomando como referencia la zona columnar del último cordón soldado de todos los cupones, se observó un leve aumento de la dureza de los cordones soldados con el consumible que contenía 20 ppm de Boro.

Fig. 3 – Comparativa microdureza último cordón zona central columnar

Referencias [1] Viswanathan, R.; Coleman, K.; Rao, U. (2006). "Materials for ultra-supercritical coal-fired power

plant boilers". International Journal of Pressure Vessels and Piping. Vol. 83, Pag. 778-783. [2] Ennis, P. J. (2003). "Recent advances in creep-resistant steels for power plant applications".

Sadhana. Vol. 28, Pag. 709-730. [3] Oñoro, J. (2006). “Weld metal microstructure analysis of 9-12% Cr steels”. International Journal of

Pressure Vessels and Piping. Vol. 83, Pag. 540-545.

300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510520

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Mic

rod

ure

za [

HV

1]

Distancia [mm]

VERTICAL CENTRO EnmantecadoRecristalizadoColumnar

EnmantecadoRecristalizadoColumnar

5° Capa 4° Capa 3° Capa 2° Capa 1° Capa

450

460

470

480

490

500

510

520

530

0 1 2 3 4 5

Mic

rod

ure

za [

HV

1]

Distancia borde superior [mm]

Microdureza última capa zona columnar / Composición química

21A

21P

22A

22P

61A

62A

62P

20 ppm B

60 ppm B

a) b)


77

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES DE DIFUSIÓN Y RECUBRIMIENTOS ASISTIDOS POR PLASMA PARA ACEROS INOXIDABLES DE USO INDUSTRIAL

Doctorando: Eugenia L. Dalibon

(1)

Director: Dra. Sonia Patricia Brühl (1)

Co-Director: Dr. Amado Cabo (2)

(1) Fac. Reg. Conc. del Uruguay. UTN. Ing. Pereira 676 (3264D) Concepción del Uruguay, Argentina. (2) Presidente de IONAR S.A., Buenos Aires.

[email protected]

Introducción Los aceros inoxidables son aleaciones de uso masivo en la industria donde se requieren buenas propiedades mecánicas, bajo coeficiente de fricción y resistencia a la corrosión. Para modificar las propiedades superficiales, sin afectar sus propiedades másicas, se pueden utilizar técnicas asistidas por plasma, individualmente o combinadas. Una posibilidad es combinar un proceso de difusión con la deposición de un recubrimiento duro [1,2]. Los films de nitruros, óxidos y DLC (Diamond like Carbon) son duros, química y térmicamente estables, tienen buena resistencia mecánica pero suele no ser conveniente depositarlos sobre un sustrato blando sin ninguna interfase. Un tratamiento como la nitruración previa a la deposición del film puede mejorar la adhesión y el comportamiento tribológico, endurecer el sustrato y generar una interfase graduada de dureza. Si bien hay estudios en la bibliografía de procesos dúplex sobre aceros inoxidables, cada recubrimiento y cada sustrato requieren un estudio específico [3-5]. El objetivo de este trabajo es determinar la combinación más adecuada de tratamientos de difusión y recubrimientos asistidos por plasma que otorguen óptima resistencia al desgaste y a la corrosión simultáneamente, en distintos tipos de aceros inoxidables. En este trabajo se muestran algunos de los resultados del estudio de películas delgadas de SiNx y DLC depositadas sobre acero inoxidable que fueron presentados en el 11° Congreso Binacional de Metalurgia y Materiales SAM/CONAMET 2011 y en el 14

th Latin American Workshop on Plasma

Physics, 2011.

Materiales y métodos Los films de SiNx y DLC fueron depositados por CVD (Chemical Vapour Deposition) asistido por plasma sobre acero inoxidable nitrurado endurecible por precipitación Corrax y AISI 420 (muestra duplex) y sólo tratado térmicamente (muestra recubierta). Las medidas de dureza superficial fueron obtenidas con un indentador Berkovich y carga de 10 mN para los films de SiNx y con indentador Vickers y carga 50 g para los DLC. La microestructura fue analizada por microscopía óptica y microscopía electrónica. Se realizaron ensayos mecánicos de fretting y de deslizamiento recíproco con cargas entre 5 N y 12 N, y una duración de 30 min a 90 min. Se evaluó la adhesión con Indentación Rockwell C con carga de 60 kg y de 150 kg, y con Scratch Test, carga 2 kg. Se evalúo el comportamiento a la corrosión en cámara de niebla salina según Norma ASTM B117. Resultados y discusión Los films de SiNx fueron de 1,4 micrones de espesor y alcanzaron una dureza de 2300 HV aproximadamente (Figura 1 a), los de carbono amorfo hidrogenado DLC fueron de 15-20 micrones de espesor, 1500 HV de dureza y un módulo elástico bajo de 80-90 MPa. En cuanto al comportamiento tribológico, los films de SiNx presentaron mejor comportamiento mecánico cuando fueron depositados sobre la muestra previamente nitrurada, la profundidad de la huella fue cuatro veces menor que en la sólo recubierta en los ensayos de deslizamiento recíproco (Figura 2 a) con baja carga, el daño por abrasión fue menor y no se observó desprendimiento de partículas. En los recubrimientos DLC, no hubo diferencia en el comportamiento tribológico entre la muestra duplex y la sólo recubierta con alta carga y larga duración. El recubrimiento grueso de DLC resultó mecánicamente resistente y soportó el ensayo sin quebrarse, independientemente del pre tratamiento o interfase (Figura 2 b). En los ensayos de adhesión por el método de Scratch test y de Indentación Rockwell C, la muestra duplex en ambos casos presentó una adhesión aceptable según la Norma VDI 3198, no hubo desprendimiento de la película ni delaminación (Figura 3). La capa nitrurada resultó una buena intercapa para reducir las tensiones entre el film y el sustrato y mejorar la adhesión.



78

a) Films de SiNx

b) Films DLC

Figura 1: Fotos SEM 1000x

1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0-50

-40

-30

-20

-10

0

Pro

fundid

ad (

mic

rones)

Posicion (mm)

Recubierta

Duplex

a) Films SiNx con baja carga

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

Pro

fundid

ad (

mic

rones)

Posicion (mm)

Recubierta

Duplex

b) Films DLC con alta carga

Muestra duplex DLC

Figura 2: Perfiles de las huellas de deslizamiento recíproco, con escalas diferentes

Figura 3: Micrografia óptica 100x

En cuanto al comportamiento a la corrosión en un ambiente salino, los films no presentaron ni pits ni corrosión generalizada. Conclusiones preliminares De los resultados de los ensayos tribológicos puede concluirse que la deposición de un recubrimiento fino y duro sobre un sustrato sin un pre tratamiento no es conveniente, como el caso del SiNx. Un recubrimiento más blando, más elástico y de mayor espesor puede ser depositado sobre un sustrato de acero sin ningún tratamiento superficial previo. La adhesión fue mejor en la muestra duplex en ambos casos, la capa nitrurada proporcionó una interfase graduada entre el recubrimiento y el sustrato que redujo las tensiones internas y mejoró la adhesión. Los dos films estudiados resultaron químicamente inertes en ambientes salinos. Trabajo futuro En lo que respecta a los procesos duplex, se tomarán distintas acciones para mejorar la adhesión, se ajustarán algunos parámetros del proceso CVD para lograr un recubrimiento más flexible que copie la topografía superficial, se investigarán las posibilidades de activar químicamente la capa nitrurada antes de la deposición del recubrimiento y de depositar intercapas previo al recubrimiento. Referencias [1] D. Chicot, E. S. Puchi-Cabrera, X. Decoopman, F. Roudet, J. Lesage, M. H. Staia. Diamond &

Related Materials 20 (2011) 1344-1352. [2] C. Forsich, D. Heim, T. Mueller, Surface & Coatings Technology 203 (2008) 521-525. [3] S. Guruvenket, D. Li, J. E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu, J. Szpunar, Surface and Coatings

Technology 203 (2009) 2905–2911. [4] F. Qi, Y. X. Leng, N. Huang, B. Bai, P. Ch. Zhang, Nuclear Instruments and Methods in Physics

Research B 257 (2007) 416–419. [5] M. Azzi, M. Benkahoul, J. E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu, Surface and Coatings Technology 205

(2010) 1557-1563.


79

ESTUDIO DE GRILLAS POLIMÉRICAS EN SISTEMAS ANTI-REFLEJO DE FISURAS CONSIDERANDO SISTEMAS DINÁMICOS DE SOLICITACIÓN

Doctorando: Héctor Luís Delbono

Director: Carlos A. Giudice

LEMaC - Centro de Investigación Vial Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata

Av. 60 y 124 – La Plata – Argentina

[email protected]; [email protected]

Introducción Uno de los principales problemas que surge frecuentemente cuando se repara un pavimento rígido es la formación de fisuras tempranas que aparecen sobre la capa asfáltica colocada como refuerzo; estas fisuras se presentan generalmente en correspondencia con las juntas del pavimento o por el reflejo de fisuras existentes en aquellos de hormigón deteriorado. La acción combinada del tránsito y del clima es un factor que favorece el inicio y crecimiento de la fisura, en extensión, severidad e intensidad, esta acción conduce eventualmente a la disgregación de la zona aledaña a la fisura. Por medio de esos efectos, la velocidad de deterioro del pavimento usualmente se acelera después del inicio de la fisuración. El uso de grillas en la interfase del sistema multicapas actúa re-direccionando localmente las fisuras ascendentes del pavimento envejecido, y permiten absorber parte de la energía de propagación, siempre que la estructura trabaje solidariamente; por lo tanto, la adherencia en la interfase de los materiales componentes del sistema resulta de fundamental importancia. Objetivos El trabajo tiene por objeto estudiar la adherencia en la interfase del sistema multicapas, analizar el comportamiento de la matriz compuesta mediante ensayos de solicitación dinámica y finalmente, evaluar el fenómeno de propagación de fisura cuando se interponen grillas poliméricas de distinta naturaleza química en los procesos de rehabilitación de pavimentos rígidos con pavimentos flexibles. Materiales y métodos Las muestras utilizadas como agentes de adhesión entre capas están basadas en distintas emulsiones asfálticas de rotura rápida, tanto convencionales como modificadas con polímeros de grado comercial. Los sistemas anti-reflejo de fisura seleccionados consisten en grillas basadas en Polipropileno (PP), Poliéster (PET) y Polivinil Alcohol (PVA), las cuales fueron suministradas por empresas nacionales y extranjeras. Para lograr los objetivos se emplearon equipos de solicitación dinámica, para cuantificar la eficiencia de las grillas ante la propagación de fisuras y la adherencia que logran al ser mojadas con diferentes emulsiones asfálticas de rotura rápida. Los ensayos realizados son los siguientes: - Wheel Tracking Test (Empleo de rueda de carga) - LCB (determinación de adherencia, método desarrollado en Laboratorio de Caminos de Barcelona). - Tracción directa con equipo EMIC DL 10000 (Valoración de adherencia) Nota: Todos los materiales componentes del sistema (base de hormigón capa de arena asfalto y capa asfáltica de refuerzo) fueron diseñados en laboratorio. Resultados, avances. Se han aprobado los cursos de posgrados necesarios para el avance de la tesis y participado en seminarios y congresos de la especialidad. Se publicaron dos trabajos originales en revistas con referato en el ámbito nacional e internacional. Además, se realizaron transferencias tecnológicas al sector privado de algunos desarrollos alcanzados en el marco de la presente tesis; paralelamente, se firmaron tres convenios con empresas interesadas en el tema. Trabajo experimental. Las emulsiones asfálticas se caracterizaron mediante determinaciones de viscosidad y tensión superficial a distintas temperaturas bajo los lineamientos de la Norma IRAM 6691 como así también por espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR).




80

Las grillas fueron caracterizadas mediante el ensayo de tracción en sentido longitudinal y transversal aplicando la Norma IRAM 78012, por espectroscopia FT-IR para identificar la naturaleza química de las fibras y el recubrimiento polimérico y por microscopía electrónica de barrido (SEM) para analizar la morfología del “composite”, Figura 1. Se determinó el punto de fusión del recubrimiento identificado (policloruro de vinilo, PVC) según ASTM D 1525-ISO 306 y el punto de ablandamiento de las fibras debido a que las grillas están en contacto con la mezcla asfáltica colocada por compactación con rodillo a aproximadamente 145ºC. Se realizaron ensayos de adherencia mediante el equipo EMIC DL 10000 a tracción directa y mediante el equipo LCB de corte. Se adaptó el equipo de Wheel Tracking Test (WTT) para analizar el comportamiento de los diferentes sistemas ante el fenómeno de fisuración refleja (a 60°C y 20°C). Tareas pendientes.

Implementar el equipo de tracción para apertura y cierre de la fisura, valorando la adherencia entre capas. (En ejecución en el CIDEPINT).

Cuantificar el potencial z de las diferentes emulsiones asfálticas.

Determinar el ángulo de contacto mediante goniómetro de las emulsiones asfálticas dispuestas sobre los diferentes sustratos del sistema. (A realizar en el INIFTA).

Realizar ensayos a temperatura para determinar la pérdida de resistencia a tracción de las fibras, simulando las condiciones de obra.

Realizar ensayos de FTIR sobre las fibras después de ser sometidas a la humectación con la emulsión asfáltica y llevadas a una temperatura de 140ºC para observar las posibles reacciones químicas entre los materiales.

Conclusiones preliminares

Las imágenes SEM permitieron concluir que el recubrimiento de las fibras con PVC no resulta uniforme muy particularmente en los nudos, creando puntos débiles de adherencia con el sustrato.

Los ensayos de tensión superficial sobre las emulsiones asfálticas se encuentran en el rango de los 30 - 40 mN/m a temperatura ambiente, ésta disminuye con el aumento de la temperatura. Esto también se observó en la determinación de viscosidad mediante Saybolt Furol.

Los ensayos de tracción sobre las grillas señalan que aquellas de PVA toman mayor carga a menor deformación, seguida por la de poliéster y por último la de polipropileno. Resulta oportuno aclarar que las grillas de polipropileno se encuentran unidas a una membrana asfáltica la cual desempeña una importante función complementaria (impermeabilización).

En los espectros obtenidos por FTIR se observaron cambios en el material compuesto, evidenciando una reacción química entre las fibras y el recubrimiento de PVC.

Los sistemas anti-reflejo de fisuras estudiados han demostrado una excelente performance frente a condiciones homologas de ensayos. En el caso del Geocompuesto PET, se ha observado una mayor eficiencia en el retardo de la fisuración refleja.

Los ensayos de adherencia realizados muestran importantes variaciones en los resultados. En la mayoría de los sistemas, el geocompuesto PP con base asfáltica fue el que brindó mayor resistencia cuando se utilizo una emulsión asfáltica modificada.

Figura 1: SEM sobre geocompuesto de poliéster y polipropileno.


81

MICROESTRUCTURA Y CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE REFRACTARIOS POST-MORTEM PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA

SIDERÚRGICA

Doctorando: Ing. Díaz Osmell(1)

Director: Dra. Quaranta Nancy(1) (*)

Codirector: Dr. Oscar De Sanctis (2)



Laboratorio de Materiales Cerámicos. FCEIyA. IFIR. CONICET. Universidad Nacional de Rosario. Av. Pellegrini 250. 2000. Rosario. Argentina.

(*) Investigador CIC

[email protected]; [email protected]

Introducción La generación de residuos industriales se ha incrementado en los últimos años en una relación directa a los niveles de riqueza y de avance de la tecnología de producción. No es posible continuar con el ritmo actual de generación de residuos sin sufrir un colapso en los medios de producción o en el hábitat del planeta. En esta situación existen dos caminos posibles y simultáneos: la reducción en la generación y la mitigación mediante el fomento de la reutilización o del reciclaje. La industria de la construcción civil y sus auxiliares pueden constituir verdaderos receptores de residuos y subproductos, que al manejar grandes cantidades de materiales, pueden incluir en sus composiciones importantes porcentajes de descartes. Los materiales refractarios no constituyen materias primas del proceso de fabricación del acero, pero su utilización y selección implican una parte fundamental en la producción y en el costo final del producto, por lo que resulta importante el reciclaje o reutilización de éstos. El objetivo de este trabajo es realizar una caracterización fisicoquímica y microestructural de materiales refractarios post-mortem, que aseguren un comportamiento aceptable en cuanto a propiedades físicas y medioambientales, para el desarrollo de nuevos materiales aptos para su uso como refractarios o como mampuestos cerámicos de uso civil. Esta investigación se incluye dentro de una tesis doctoral que plantea estudiar la factibilidad del reciclo de estos descartes. Si los nuevos productos resultantes de estas investigaciones cumplen los requisitos del mercado según su tipología, se estaría abriendo un panorama rico en posibilidades ya sea por la incorporación de los mismos en el mercado por industrias ya instaladas, como en la instalación de pequeñas empresas satélites de las generadoras de los residuos, que empleen estos procesos para la producción de los nuevos productos. Materiales y métodos Los refractarios post-mortem estudiados son nueve muestras de diferentes características que corresponden a diversas prestaciones dentro del proceso siderúrgico (muestras R1 a R9). La primera etapa en el tratamiento de estos descartes consiste en la molienda de los materiales refractarios, el análisis granulométrico y la separación por tamaño de partícula. Una segunda etapa consiste en el estudio microestructural de los refractarios estudiados, mediante la utilización de técnicas microscópicas ópticas (OM) y electrónica de barrido (SEM). El análisis químico semicuantitativo se realiza por análisis dispersivo de energía de rayos X (EDS) que permite la detección de los elementos presentes y da una composición elemental aproximada. La identificación de las fases cristalinas se analiza mediante la técnica de difracción de Rayos X (XRD) y el cambio energético de dichas fases en estudio mediante Análisis Térmico Diferencial (DTA), determinándose si existen procesos exotérmicos o endotérmicos durante el calentamiento. La tercera etapa de este estudio comprende un test de lixiviados de los descartes analizados, identificándose aquellos elementos que en caso de ser dispuestos en condiciones no apropiadas, puedan originar perjuicio por constituyentes nocivos al medio ambiente. Resultados y discusión Los resultados iniciales evidencian una gran cantidad de composiciones y estructuras, pero sin embargo los descartes estudiados se pueden clasificar en dos grandes grupos: refractarios silicoaluminosos y de magnesia-carbono.



82

Las tablas I y II, muestran el análisis químico semicuantitativo por EDS. Tabla I. Composición de refractarios silicoaluminosos en porcentaje en peso de sus elementos.

Materiales Residuales Si (%) Al (%) O (%) Na (%) K (%) Mg (%) Fe (%) Ti (%) S (%) C(%)

R1 21,63 17,92 55,34 1,25 0,86 1,12 1,15 0,72 - -

R2 18,46 21,56 52,99 1,9 0,97 1,22 1,18 1,34 0,38 -

R4 2,92 10,01 27,33 - - - - 0,27 - 59,47

R6 21,02 19,92 56,12 - - - 1,60 1,33 - -

R8 15,67 27,38 54,89 - 0,34 1,08 0,65 - - -

Tabla II. Composición de refractarios de magnesia-carbono en porcentaje en peso de sus elementos.

Materiales Residuales Mg (%) C (%) O (%) Si (%) Ca (%) Fe (%) S (%)

R3 49,85 - 44,79 2,39 1,91 1,06 -

R5 34,25 15,54 46,84 1,46 1,41 0,51 -

R7 17,88 50,29 30,94 0,27 0,44 - 0,19

R9 18,04 42,98 37,72 0,32 0,58 0,35 -

Las características y morfología de la alúmina, sílice, grafito y magnesia respectivamente, como elementos mayoritarios, se pueden observar mediante las microfotografías obtenidas por microscopía y están en correspondencia con la composición química determinada. Las fases cristalinas identificadas por XRD corroboran los resultados del análisis químico, con predominio de las fases de periclasa y grafito para los descartes de magnesia-carbono y de mullita, alúmina, cristobalita y cuarzo para los descartes silicoaluminosos. A continuación se muestran dos difractogramas correspondientes a cada uno de los grupos de refractarios estudiados.

Figura 1: Difractogramas de materiales refractarios estudiados (R1 y R9). Las concentraciones de los elementos evaluados en el test de lixiviados se encuentran por debajo de los valores límites establecidos en el Decreto Reglamentario de la Ley 24051 (Argentina) sobre régimen de desechos peligrosos. Conclusiones La caracterización de los residuos permitirá proceder al diseño de mezclas con la incorporación de los mismos en la fabricación de nuevos materiales, aptos para su uso como refractarios o como mampuestos cerámicos de uso civil. Los resultados obtenidos hasta el momento indican propiedades aceptables en estos descartes industriales en relación a las características fisicoquímicas y ambientales que permitan su factibilidad de reuso en las aplicaciones mencionadas. Agradecimientos Los autores agradecen a la UTN y a la ANPCyT por el apoyo económico para el desarrollo de esta

Tesis.

10 20 30 40 50 60 70

Inte

ns

idad

(u

.a)

0

2000

4000

6000

8000

10000

Ladrillo R9 (MgO-C)

P: PericlasaG: GrafitoOH: Hidróxido de Magnesio

P

P

PG

G

10 20 30 40 50 60 70

Inte

ns

idad

(u

.a)

0

100

200

300

400

500

600

700Ladrillo R1 (SiO2-Al2O3)

M: MullitaT: Óxido de TitanioA: Óxido de AluminioQ: CuarzoC: Cristobalita

M

M

M

M

M

M

M M

M

M

MM

M

M

M M

M

M

C

C

C M C M

A

A

A

A

A

Q

Q

T

T OH OH OH OH


83

DESARROLLO Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE ELECTRODO PARA DISPOSITIVOS ELECTROQUÍMICOS BASADOS EN NUEVOS CRITERIOS DE

INGENIERÍA DE DISEÑO

Doctorando: Ortiz Mariela G. (1)(2)

Director: Castro Elida B.

(1)

Co-Director: Real Silvia G. (1)

(1)

Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, C.C.16, Suc. 4, 1900, La Plata,

Argentina, (2)

Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencia y Tecnología de los Materiales (CITEMA), Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional, Calle 60 y 124, La Plata, Argentina.

[email protected]

Introducción En particular el hidróxido de níquel resulta de importancia por sus propiedades electrocatalíticas, cuando se lo emplea en el proceso de electrólisis del agua, como también por su empleo como borne positivo en baterías alcalinas del tipo níquel-cadmio, níquel-hierro, níquel-cinc, níquel-hidrógeno, níquel-metal hidruro y capacitores electroquímicos. Dicho electrodo presenta destacadas propiedades tales como alta densidad de potencia, buena ciclabilidad y elevada energía específica, lo cual lo hace único para las aplicaciones antes mencionadas. Además debido a su elevada capacidad específica también es factible su empleo como capacitor electroquímico. El almacenamiento electroquímico de energía en dicho electrodo se basa en las características reversibles de la siguiente par redox hidróxido/oxhidróxido de níquel:

descarga

NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 +OH

-

carga

donde la reversibilidad del proceso resulta un factor de importancia en materiales de baterías. Si bien la reacción global parece simple ya que se observa que el proceso de trasferencia de carga involucra un solo electrón, estamos frente a un sistema bastante complejo ya que pueden existir estructuras diferentes de cada una de las especies involucradas. Además durante la descarga del electrodo se produce la inserción de H

+ por lo cual se lo considera un material de intercalación. Este

proceso genera un gradiente de concentración responsable del origen del proceso difusional en la matriz del sólido. El desempeño favorable de estos materiales está vinculado a la composición de material activo y su relación masa/área interfacial; la optimización de estos parámetros en relación a los mecanismos de las reacciones electroquímicas involucradas permitirá la optimización de las variables económicas y de funcionamiento en procesos vinculados a la producción de energía. Estos materiales han sido objeto de numerosas investigaciones pero el modo de operación no ha sido aún absolutamente esclarecido. Objetivo Desarrollar, preparar y caracterizar materiales compuestos de capacidad elevada, con cinéticas rápidas, con gran resistencia al ciclado; materiales: para supercapacitores; electrólisis del agua; para retención de carga en baterías alcalinas recargables del tipo Níquel-Hidruro Metálico (Ni-MH) donde el electrodo positivo contiene hidróxido de níquel y más recientemente en baterías de Litio iónico donde se estudia el óxido de níquel como electrodo negativo. Estos materiales de electrodo son estudiados empleando técnicas de base electroquímica y ópticas. Entre las técnicas electroquímicas destacamos el empleo de Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIE) al estudio de nuevos materiales de electrodo para almacenamiento y conversión de energía, la cual permite desarrollar criterios de selección de electrodos con estructuras optimizadas en cuanto a la eficiencia de conversión máxima. Dichos estudios posibilitan el conocimiento de parámetros de diseño que afectan la eficiencia de conversión de este tipo de electrodos de alto rendimiento y contribuye así directamente al avance tecnológico de materiales para dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía (baterías) y para electrocatálisis al permitir reducir las pérdidas de energía asociadas a las reacciones electródicas que intervienen en el proceso electroquímico global. El tratamiento de dichos resultados de acuerdo a un modelo teórico



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predictivo permite el conocimiento de parámetros cinéticos que son empleados para mejorar el diseño de estos materiales y aumentar su vida útil. Metodologia Las distintas variables a estudiar serán analizadas empleando técnicas electroquímicas tradicionales como voltametría, curvas de carga descarga, escalones galvanostáticos y potenciostáticos y modernas como la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE). Los estudios que emplean técnicas electroquímicas son complementados por medio del empleo de técnicas ópticas como microscopía electrónica de barrido (MEB), técnicas de análisis químico de superficies como difracción de rayos X, espectrometría de energía de rayos X (EDS), y técnicas de análisis superficial (BET, porosímetro de Hg). Para las medidas de EIE se empleará un analizador de respuesta de frecuencias Solartron 1250 FRA acoplado a un potenciostato Solartron 1186 Electrochemical Interfase. En primera instancia, el análisis del conjunto de resultados permite una rápida caracterización y/o monitoreo de las propiedades del material en estudio. En una segunda etapa, el procesamiento y análisis sistemático de los datos se realiza empleando modelos teóricos, desarrollados en el laboratorio, con el objeto de poder identificar los parámetros estructurales y cinéticos que gobiernan la velocidad del proceso global. Resultados obtenidos Un factor relevante para el buen desempeño de los electrodos de hidróxido de níquel es el método de preparación. Para mejorar el comportamiento electroquímico de este material resulta necesario agregar materiales aglomerantes como politetrafluoretileno (PTFE) y además incorporar aditivos tales como: C, Ni, Co, Ca y nanopartículas de hidróxido de níquel. Electrodos preparados con 23% de concentración de PTFE:

• Presentan el mejor desempeño en el proceso de carga/descarga. • Tienen mejor estabilidad durante el ciclado. • Este contenido de PTFE permite un óptimo contacto entre las partículas de material activo,

superior al que presenta el de 17%. • El análisis de los resultados obtenidos permite optimizar el diseño de los electrodos en cuanto

a mejor % de aglomerante.

Electrodos preparados con distintas concentraciones de cobalto metálico (2-10%): • El análisis de los resultados permite concluir que el agregado de 5%Co metálico como aditivo

a los electrodos de Ni(OH)2 mejora la distribución de Co en el material activo y aumenta en un orden la densidad de corriente de intercambio.

• Estos hechos permiten el aumento de la capacidad de descarga, la mejora de la reversibilidad y la disminución de los sobrepotenciales asociados tanto al proceso de oxidación- reducción como al de evolución de oxígeno.

• Dicha concentración permite mejorar el desempeño en el funcionamiento de los electrodos.

En la actualidad se estudia el efecto de nanopartículas de hidróxido de níquel preparadas por el método de síntesis hidrotérmica.

Los resultados del conjunto de estas investigaciones se encuentran discutidos en dos publicaciones nacionales y tres internacionales. Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica

(ANPCyT), la Universidad Tecnológica Nacional (UTN) y el Consejo Nacional de Investigaciones

Científicas y Técnicas (CONICET).


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CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE RESIDUOS INDUSTRIALES DIVERSOS: I: ANÁLISIS AMBIENTAL EN RELACIÓN A SU USO EN RELLENOS ESTRUCTURALES

PERMEABLES. II. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD DE REUTILIZACIÓN COMO MATERIA PRIMA EN LA

INDUSTRIA CERÁMICA.

Doctorando: Ing. Gisela Pelozo (1)

Director: Dra. Nancy Quaranta

(1)(*)

Codirector: Dra. Nora Pellegri (2)



Laboratorio de Materiales Cerámicos. FCEIyA. IFIR. CONICET. Universidad Nacional de Rosario. Av. Pellegrini 250. 2000. Rosario. Argentina.

(*) Investigador CIC

[email protected]

Introducción La acumulación de residuos industriales de proceso se ha incrementado en las últimas décadas. Este incremento en volumen y tipología de descartes industriales va acompañado de forma simultánea por una marcada disminución de espacios disponibles para la disposición de los mismos, así como problemas asociados a la contaminación de los receptores directos e indirectos. El reciclado de residuos industriales como rellenos estructurales permeables, como material para elevar terrenos bajos o para mejorar las propiedades superficiales de caminos rurales, o como materia prima de otros procesos como por ejemplo la producción de materiales de construcción es una solución posible. La reutilización de estos residuos como materia prima en la industria de la construcción también resulta beneficiosa para el ambiente ya que implica economía de energía y preservación de recursos no renovables. Lo cierto es que la mayoría de estos materiales residuales en Argentina no tienen una reutilización directa como materia prima de otros procesos industriales, sino que quedan en su gran mayoría dispuestos en el predio de las empresas que le dan origen, o en el mejor de los casos son utilizados como rellenos de terrenos bajos o terraplenes, sin contar con análisis específicos exhaustivos que determinen sus niveles de toxicidad. El objetivo general de esta Tesis es el desarrollo de una metodología de análisis general para la caracterización fisicoquímica exhaustiva y desde el punto de vista ambiental de una gran diversidad de residuos industriales. Esto permitirá analizar la factibilidad de uso de los mismos como relleno de terrenos o base de carreteras de forma segura. Sumado a esto, y teniendo en cuenta los resultados de las caracterizaciones completas que se realicen, será posible determinar también la posibilidad de reutilización de estos materiales de descarte como materia prima de procesos de producción de la industria de la construcción, logrando además del beneficio ambiental que esto implica un potencial beneficio económico en el remplazo de la materia prima tradicional. Para ello se han seleccionado para estudiar una gran diversidad de descartes: lodos de diferentes procesos de la industria siderúrgica, catalizadores agotados, arenas de moldeo de fundición, escorias siderometalúrgicas, cenizas gruesas y finas de quema de carbón, polvos siderúrgicos blancos y rojos, entre otros.

Materiales y métodos Los materiales estudiados son: barros de alto horno, polvos blancos, polvos rojos (proceso Ruthner) y de gases de aspiración de acería eléctrica, carbonilla de limpieza de aditivos, finos de merma de proceso Shredder, arenas de moldeo, escoria de convertidor al oxígeno, cenizas volantes y sedimentables de quema de carbón, catalizadores agotados y cenizas de semillas de girasol. Luego de conocer los procesos productivos a partir de los cuales se obtienen los residuos se realiza la caracterización física, química, mineralógica y ambiental. El análisis granulométrico y separación por tamaños de partícula se realiza en un banco vibratorio con superposición de tamices de mallas estandarizadas con el fin de evaluar las condiciones de utilización del residuo tal como se encuentra en los depósitos o la necesidad de un proceso de molienda previo. Mediante la utilización de técnicas de microscopía óptica (OM) y electrónica de barrido (SEM) se observa la morfología y la disposición de las partículas dentro de la muestra para determinar, por ejemplo, la fusión o sinterización de las partículas durante el proceso productivo. El análisis químico



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semicuantitativo se realiza por análisis dispersivo de energía de rayos X (EDS) que permite la detección de los elementos presentes y da una composición elemental aproximada. Se analiza la presencia de fases cristalinas mediante la técnica de difracción de rayos X. En estos casos de mezclas complejas si bien resulta trabajosa la identificación de las fases presentes, es una técnica de gran ayuda para el posterior análisis de factibilidad de reuso de estos materiales. El análisis de suspensiones se realiza formando una suspensión acuosa del material de descarte en concentraciones de aproximadamente 10% en peso de residuo seco (10g de residuo en 100g de agua destilada). Se suspende este material en agua y se obtiene una solución de los compuestos solubles y una suspensión de compuestos insolubles. Luego se filtra la solución y se mide la conductividad eléctrica y pH. Finalmente se elimina el agua para recuperar los sólidos para su posterior análisis. Las determinaciones de conductividad eléctrica y pH de las soluciones son de gran ayuda al momento de determinar en qué tipo de suelos pueden disponerse los materiales de descarte, sin que ello implique daño ambiental al receptor, e inclusive puede utilizarse para mejorar las propiedades del mismo. El ensayo de lixiviados de los residuos se realiza según Norma EPA 1310, con análisis de metales pesados en el líquido lixiviado. Estos análisis reflejan la factibilidad de transferencia de algunos elementos hacia los suelos base en caso de deposición en vertederos o de rellenos, constituyendo una vía de traspaso hacia acuíferos superficiales o subterráneos. Los resultados obtenidos se analizan teniendo en cuenta las definiciones y límites establecidos en el Decreto Reglamentario de la Ley 24051 sobre régimen de desechos peligrosos (Decreto 831/93). También se realizarán ensayos microbiológicos y de ecotoxicidad. El análisis de desarrollo de microorganismos en las muestras en estudio consiste en exponer a condiciones ambientales atmosféricas a los materiales residuales durante un período de doce meses. Esto conduce a determinar la capacidad de los residuos de permitir el desarrollo de cierto tipo de microorganismos al estar expuestos a la intemperie, sometidos a los cambios estacionales. Los estudios de ecotoxicidad se basan en analizar el desarrollo primario (raíz y tallo) de semillas de una especie vegetal determinada sobre sustratos sin residuos y con el agregado de las muestras de descarte para determinar la influencia sobre el crecimiento de la especie. Una etapa final unificadora que se planifica realizar con todos los descartes en estudio es aquella que permita determinar la factibilidad de reutilización de estos materiales residuales como materia prima de la industria de la construcción, específicamente como agregados en mezclas de arcilla para la producción de materiales cerámicos. Teniendo en cuenta los resultados de las caracterizaciones realizadas se diseñan las posibles mezclas con materiales arcillosos, y estableciendo las temperaturas de sinterización teóricas en cada caso. Estado de avance Hasta el momento se realizó la caracterización de los residuos mediante OM, SEM, EDS, DRX, DTA, TGA, análisis de suspensiones y lixiviados. Los estudios microscópicos muestran una gran variedad de morfologías y estructuras en los descartes, con composiciones químicas en algunos casos muy complejas como por ejemplo en los finos de merma de proceso Shredder, y en otros casos muy simples como es el residuo de polvo Ruthner que consiste casi en su totalidad (> 90%) de óxidos de hierro. El análisis de suspensiones de los residuos muestra un variado rango de pH que van desde 6 para los catalizadores agotados hasta 13 para los polvos blancos. De acuerdo al análisis de lixiviados, los lodos de alto horno y los polvos de aspiración de acería eléctrica exceden los límites establecidos por la normativa vigente. Conclusiones parciales De acuerdo al análisis de los ensayos realizados hasta el momento se puede señalar que la mayoría de los residuos estudiados presentan características ambientalmente aptas para ser utilizados como rellenos de terrenos o base de carreteras, quedando por realizar un análisis más profundo y un desarrollo teórico de la factibilidad de reutilización como materia prima en la industria cerámica. Agradecimientos Los autores agradecen a la UTN y a la ANPCyT por el apoyo económico para el desarrollo de esta Tesis.


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HORMIGONES CON ADICIONES ACTIVAS: DISEÑO, OPTIMIZACIÓN Y CARACTERIZACIÓN CON CRITERIO DE SUSTENTABILIDAD

Doctorando: Ing. Raggiotti, Belén Director: Dra. Positieri, María

Co-director: Geo. Fernández, Julio Asesor científico: Ing. Oshiro, Ángel

GInTeMaC - Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional. Cruz Roja esq. Maestro López, Ciudad de Córdoba, Córdoba, Argentina.

[email protected]

Introducción El consumo de hormigón es cada vez mayor a nivel mundial, se estima que 1,5 billones de toneladas anuales se consumen hoy de cemento para la realización de hormigón [1] y este consumo se va incrementando año a año con los nuevos avances de la industria de la construcción. Por eso desde la ciencia de los materiales es importante el desarrollo de hormigones que no sólo contemplen mantener y mejorar su calidad sino que se consideren como materiales sustentables de construcción. Las relaciones de microestructura-propiedades son el foco de las ciencias modernas de los materiales. El hormigón tiene una estructura altamente compleja y heterogénea y es muy difícil elaborar modelos realistas de su microestructura a partir de los cuales se pueda predecir con facilidad su comportamiento. El conocimiento de la microestructura y de las propiedades individuales de los constituyentes del hormigón así como la relación entre ellos sirve para ayudar en el control de sus propiedades [1]. La fabricación de hormigón implica un importante consumo de recursos naturales y un aporte de residuos que deben ser eliminados o minimizados; la propuesta de este trabajo es contribuir al diseño de hormigones con vistas a un medio ambiente sustentable que al menos desde la reducción del consumo de cemento pueda realizar aportes concretos. Este trabajo pretende facilitar el desarrollo, los criterios de dosificación, aplicación y ampliación de conocimientos sobre hormigones con incorporación de tres adiciones activas: dos provenientes de yacimientos naturales, como es el caso de la zeolita y la perlita y la otra de un residuo de proceso como es la ceniza volante, como un medio de contribución para minimizar la contaminación ambiental.

Plan experimental El plan de trabajo comprende la caracterización de las propiedades físicas de las adiciones activas y su utilización como reemplazo y adición de 20% del contenido del cemento de la mezcla patrón; se diseñaron los hormigones y se analiza la influencia de las adiciones activas en estado fresco y endurecido. En la Tabla 1 se indica la nomenclatura utilizada para el hormigón patrón y las tres familias de hormigones con adiciones activas.

Tabla 1: Denominación hormigones diseñados Denominación HP HZA20 HZR20 HCA20 HCR20 HPA20 HPR20

Adición - Zeolita Zeolita Ceniza V. Ceniza V. Perlita Perlita

Tipo - Adición Reemplazo Adición Reemplazo Adición Reemplazo

En esta primera etapa se presentan los resultados del estudio del hormigón patrón y los hormigones con zeolitas.

Materiales utilizados

Cemento: Se utilizó Cemento Pórtland Normal (CPN 40). Se decidió la utilización de este tipo de cemento pues no tiene adiciones incorporadas en su constitución de manera que se puede analizar de manera más clara la influencia de la adición activa en el comportamiento de los hormigones.

Adición Activa: Las zeolitas son aluminosilicatos porosos procedentes de la Provincia de La Rioja.

Agregado Fino: Se utilizó una mezcla de dos arenas naturales para lograr una granulometría adecuada con una proporción de 80% de arena gruesa y 20% de arena fina. En la Tabla 2 se presentan resultados de caracterización del agregado fino.

Agregado Grueso: Se utilizó una piedra partida cuyas características se presentan en la Tabla 3.

Tabla 2: Agregado Fino Agregado Fino: Arena mezcla

Densidad relativa 2,63

Absorción [%] 0,8

Finos pasantes tamiz 200 [%] 0,4

Módulo de fineza 3,12

Tabla 3: Agregado Grueso Agregado Grueso

Tamaño máximo [mm] 19

Densidad relativa. 2,78

Absorción [%] 0,5

mailto:@gmail


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Resistencia a compresión

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100

Edad [días]

F´c

[M

Pa

]

HZA20 HZR20 HP

Aditivo: Se utilizó un aditivo superfluidificante de última generación de base éter policarboxilato; su residuo sólido es de 35%.

En la Tabla 4 se presentan las dosificaciones para todos los hormigones propuestos.

Tabla 4: Dosificaciones para un metro cúbico de hormigón

Materiales Denominación de hormigones

HP HZA20 HZR20 HCA20 HCR20 HPA20 HPR20

Cemento [Kg] 350 350 280 350 280 350 280

Agua [Kg] 190 190 190 190 190 190 190

Agregado Fino [Kg] 915 838 895 838 895 838 895

Agregado Grueso [Kg] 933 933 933 933 933 933 933

Adición Activa [Kg] - 70 70 70 70 70 70

Aditivo Hiperfluidificante [Kg] - 1,75 - 1,75 - 1,75 -

Resultados En la Tabla 5 se exponen los resultados de resistencia a compresión y asentamiento de esta primera etapa de estudios realizados en hormigón patrón y hormigones con zeolita.

Tabla 5: Resultados para hormigones con zeolita

HORMIGON RESISTENCIA A COMPRESIÓN [MPa] ASENTAMIENTO

[cm] 7 días 28 días 60 días 90 días

HP 24,6 37 45 47,6 3,5

HZA20 29,4 43,4 53,2 53,8 8,5

HZR20 13,8 28 32,8 35,3 7,0

Figura 1: Resistencia a compresión.

En la Fig. 1 se presenta la evolución de los resultados de ensayos a compresión en el tiempo. Se observa que el hormigón HZA20 es el que mejor comportamiento presenta. Corresponde a la mezcla que contiene mayor contenido de material cementante, pues tiene la misma cantidad de cemento que la muestra patrón más el agregado de zeolita como adición activa. Se evidencia el incremento de resistencia, como resultado de la reacción puzolánica ocurrida por la presencia del mineral zeolítico.

Conclusiones Los resultados obtenidos hasta la fecha son alentadores en cuanto al uso de zeolita como adición activa. Se considera que es necesario seguir estudiando el comportamiento de este material como adición y reemplazo de parte del cemento en distintas proporciones para confirmar el efecto puzolánico. Las mayores resistencias a compresión, como es característico de las reacciones puzolánicas, puede además atribuirse a la estructura porosa de la zeolita, que retiene agua, favoreciendo el proceso de hidratación del cemento [2, 3]. Las zeolitas tienen mayor capacidad de intercambio catiónico que otras puzolanas naturales y esto limita o evita totalmente la reacción álcali-sílice, por lo que este proyecto puede lograr desarrollar nuevos productos de mayor calidad, contribuyendo así a minimizar el consumo de recursos naturales.

Referencias [1] KUMAR MEHTA, P y MONTEIRO, PAULO J. M.2008. – “Concreto. Microestrutura, Propriedades e

Materiais”. IBRACON. São Paulo. [2] ROSELL, M., GALLOSO, R. y CALVO, B. 2006 – “Zeolita como aditivo mineral activo en

hormigones de altas prestaciones”. Boletín Geológico y Minero, 117 (4): 783-792ISSN: 0366-0176 [3] GAYOSO BLANCO, REGINO. 2010.- “Diseño de hormigones y morteros ligeros de alta resistencia

empleando zeolitas naturales sin presaturacion. Propiedades físico-mecánicas y estructurales”.


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ENVOLVENTES DE HORMIGÓN LIVIANO SUSTENTABLE: DISEÑO Y PROPIEDADES PARA EL AHORRO ENERGÉTICO Doctorando: Arq. Sánchez Soloaga, Iris

Director: Ing. Oshiro, Angel Co-Director: Dra. Ing. Positieri María.

GINTEMAC (Grupo de Investigación en Tecnología de los Materiales de Construcción y Calidad) Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba. Maestro López esq. Cruz Roja/Ciudad Universitaria/Córdoba.

[email protected]

Introducción Es conocido el problema energético que afecta al planeta y su vinculación con el concepto de sustentabilidad; por ello la utilización de materiales ecológicos se presenta como una alternativa importante y muy valorada en cualquier obra de ingeniería. En términos generales los hormigones con agregados livianos pueden ser considerados como un material de construcción que, con las características de los hormigones convencionales, reúna en grado apreciable cualidades de liviandad, capacidad aislante y economía. En el plan de tesis el objetivo es contribuir al conocimiento de los hormigones con criterios de sustentabilidad. Se evalúan las propiedades mecánicas y térmicas de los hormigones livianos con agregados procedentes de residuos plásticos, desarrollando criterios para su diseño y aplicación, contribuyendo así a optimizar las envolventes constructivas. Como objetivos específicos se propone: -Analizar y seleccionar con criterios tecnológicos los materiales reciclados plásticos para utilizar como material componente de la mezcla cementícia. -Desarrollar dosificaciones para hormigones livianos sustentables que incorporen agregados procedentes de residuos plásticos. -Caracterizar física, mecánica y térmicamente las mezclas de hormigones livianos sustentables con residuos plásticos, incluyendo criterios de durabilidad. -Proyectar con este nuevo material un elemento constructivo que a partir de su mismo diseño formal y como parte de un sistema estructural contribuya a mantener el confort térmico. -Verificar el ahorro energético a partir del estudio de las propiedades de estos hormigones y su aplicación en un elemento constructivo, contribuyendo a un ahorro energético respecto de la construcción tradicional. Plan experimental Para cada una de las etapas se preve una revisión continua de la bibliografía existente abordando los temas que sean considerados importantes para una comprensión y desarrollo completo de este trabajo. La primera etapa comprende el relevamiento de obras construidas con hormigones livianos en la República Argentina; se relevarán datos de sus propiedades físicas, mecánicas y comportamiento térmico, empleando cuestionarios abiertos y cerrados, observación visual. La segunda etapa consiste en el estudio y selección de los materiales a utilizar y la dosificación racional de los hormigones con los que se efectuarán los ensayos. En la tercera etapa se realizarán las determinaciones de las propiedades de los hormigones en estado fresco. La cuarta etapa comprende el desarrollo de los ensayos en estado endurecido y la determinación de su evolución para las edades de 7, 28, 90 y 180 días; los ensayos que se realizarán son los siguientes: a) Resistencia a compresión. b) Módulo de elasticidad. c) Succión capilar: la absorción capilar está relacionada con la porosidad. d) Permeabilidad al agua bajo presión. e) Permeabilidad al aire. f) Profundidad de carbonatación. g) Abrasión. h) Estudio de las propiedades térmicas para caracterizar el material como aislante térmico. i) Caracterización de microestructuras; técnicas de difracción de rayos X (DRX) y de microscopía

electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM). La quinta etapa comprende el diseño, ejecución y ensayo de un elemento constructivo; diseño formal: geometría, forma, espesores texturas e integración como parte de un sistema estructural que contribuya a la aislación térmica.



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Materiales y resultados En el GINTEMAC se han desarrollado en el año 2005 [1], hormigones con residuos sólidos no biodegradables cuya conductividad térmica resultó menor que la del hormigón convencional de referencia y se presentan como antecedente. Se utilizaron como agregado grueso para hormigón, dos muestras procedentes del proceso de reciclado plástico: polipropileno agrumado (ppa) y polipropileno agrumado y extrusado (ppae). En la Tabla 1 se presentan los resultados de su caracterización y en la Tabla 2 se presentan resultados de resistencia a compresión, densidad y conductividad térmica.

Tabla 1: Propiedades físicas del ppa y del ppae

Polipropileno agrumado Polipropileno agrumado y extrusado

Peso Específico 0,85 Peso Específico 0,88

Módulo de finura 6,48 Módulo de finura 5,29

Tabla 2: Propiedades del Polipropileno agrumado y agrumado y extrusado.

Propiedades Polipropileno

Agrumado Polipropileno

Agrumado y extrusado

Resistencia a compresión (MPa) 6,5 (60 días) 2,3 (28 días)

Densidad (kg/m3) 1393 1371

Conductividad Térmica (kcal/h.m.ºC) 0,516 0,637

Actualmente el polipropileno de etiquetas de gaseosas, limpio y listo para recuperar tiene un valor comercial de $ 1,40 por kilogramo; esto supera ampliamente el costo por metro cúbico de los agregados utilizados en la elaboración del hormigón por lo que se optó por reemplazarlo por un residuo plástico multicapas compuesto por polipropileno (pp)/polipropileno orientado (opp) y policloruro de vinilo (pvc). Este residuo plástico no tiene valor comercial, no se comercializa, su disposición final genera un problema ambiental y es el que está siendo utilizado en el plan experimental propuesto. En la Tabla 3 se presentan los resultados de su caracterización, en la Fig. 1 su aspecto y en la Fig. 2 las curvas granulométricas obtenidas. Tabla 3: Propiedades físicas del plástico multicapa

Plástico multicapa (pp, opp y pvc)

Densidad Relativa 0,83

Módulo de finura 6,18

Figura 1: Aspecto del plástico multicapa Figura 2: Curvas granulométricas del plástico multicapa Actualmente se está desarrollando la etapa de elaboración de hormigones con distintos porcentajes de incorporación del residuo plástico multicapas, en las que se determinarán sus propiedades en estado fresco y endurecido. Conclusiones Los antecedentes permiten estimar que los agregados plásticos son adecuados para su uso en la industria de la construcción. Se continuará con el plan experimental propuesto estudiando la incorporación del plástico multicapas al hormigón, su dosificación, características mecánicas y de durabilidad y especialmente sus propiedades de conductividad térmica, a los fines de verificar su capacidad aislante. Referencias [1]. El hormigón estructural y el transcurso del tiempo. Trabajo: “Contribución al reciclado de residuos

en la construcción: hormigones realizados con agregados no tradicionales”. Autores: Cáceres, G., Di Gioia, C., Fernández, M.; López, A.; Positieri, M.; Lopez, A.; Oshiro, A.. Ed.:Proceedings of the fib Symposium. La Plata, Argentina. Volumen 2. Editores: Angel A. Di Maio y Claudio J. Zega.

REPRESENTACION GRAFICA

2,36 4,75 192512,59,50

102030405060708090

100

TAMICES [mm]

% P

AS

AN

TE

LIMITE "A"

LIMITE "B"

MUESTRA 6/19


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PROPIEDADES DE UNA PELÍCULA DE Ti – TiN DEPOSITADA SOBRE ACERO AISI 316L NITRURADO POR PLASMA

Doctorando: Vaca, Laura S

(1)

Director: Dra. Brühl, Sonia P (1)

Co-Director: Dra. Marquez, Adriana

(2)

Co-Director: Dra. Manova, Darina (3)

(1) Fac. Reg. C. del Uruguay de la UTN Ing. Pereira 676 (3260) Concepción del Uruguay, Argentina.

(2) Instituto de Física del Plasma, CONICET-UBA Ciudad Universitaria, P. 1 (1428) Bs. As., Argentina.

(3) Instituto Leibniz de Modificación de Superficies, Leipzig, Alemania

[email protected]

Introducción El AISI 316L es un acero inoxidable de alto cromo y bajo carbono, muy resistente en medios corrosivos, pero con elevado coeficiente de fricción y baja dureza, por lo que es necesario someterlo a tratamientos de endurecimiento para aumentar su vida útil, sin afectar sus propiedades másicas y sobre todo, anticorrosivas [1]. La nitruración iónica es un tratamiento de difusión termoquímica asistido por plasma. Una descarga eléctrica DC o DC pulsada unipolar genera y sostiene el plasma en una cámara de vacío que actúa como ánodo y la pieza a tratar constituye el cátodo. El nitrógeno en solución modifica las capas superficiales del material hasta 10-20 micrones y, si no forma nitruros, le confiere dureza y resistencia al desgaste al acero inoxidable y preserva sus propiedades anticorrosivas [2,3]. Los recubrimientos PVD de TiN, depositados a partir de un arco de plasma, poseen un bajo coeficiente de fricción y elevada dureza, aumentando la resistencia al desgaste del material tratado. Desde el cátodo, un blanco de Ti, es eyectado un haz de iones metálicos que se adhieren a la pieza que está conectada a tierra, formando un film delgado y cuando se introduce un flujo de nitrógeno durante la descarga, la superficie se recubre con una película de nitruro de titanio [4]. Los tratamientos “dúplex”, aplicación sucesiva de dos tratamientos superficiales, logran propiedades que no pueden alcanzarse con una única técnica [5,6]. En este trabajo se presentan y discuten los resultados de los ensayos de adhesión, desgaste y corrosión de una película de TiN y Ti-TiN depositada sobre AISI 316L sin tratar y sobre el mismo acero nitrurado por plasma.

Materiales y métodos Las muestras se separaron en dos grupos, las denominadas D, recubiertas con una película de TiN y las denominadas N+D, destinadas para tratamientos dúplex, primero nitruradas y luego recubiertas. Las probetas D, fueron recubiertas en un equipo diseñado y construido en el INFIP (UBA – CONICET) [7]. Se realizaron cuatro descargas de 3 minutos cada una, con un flujo de 35 sccm de nitrógeno, a 10

-4 mbar y la pieza a recubrir, a 20 cm del cátodo, fue conectada a tierra.

Las probetas N+D fueron nitruradas en un equipo diseñado y construido en el GIS (UTN – FRCU) [5], con una fuente DC pulsada, en una mezcla de 24% N2-H2 y luego recubiertas en el mismo equipo y en similares condiciones que las muestras D. A la mitad de las probetas N+D se le realizó la primera descarga en vacío para generar una interfase de Ti metálico. Se midió la rugosidad del recubrimiento y se tomaron imágenes con microscopio óptico y microscopio electrónico de barrido (SEM). La adhesión del recubrimiento fue evaluada con el método de Scratch Test, con recorrido de carga constante. A las probetas nitruradas se les midió dureza en superficie y la estructura se observó al microscopio óptico y SEM. El recubrimiento de una de las muestras D se cortó en un SEM equipado con haz de iones focalizados (FIB) y permitió medir su espesor. Para probar si los recubrimientos resultaban inertes químicamente se los sometió al ensayo del hisopado con una solución de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O) según norma y se atacó durante 10 segundos con el reactivo Marble. Todas las probetas fueron sometidas a un ensayo de desgaste en condiciones de deslizamiento lineal recíproco, con una carga de 2,85 N, durante 30 minutos, con una bolilla de carburo de tungsteno como contraparte. Los perfiles de las huellas se registraron con un perfilómetro mecánico.

Resultados y discusión Las probetas nitruradas, presentaron una capa con un espesor de 15 µm y una dureza superficial de 1110 HV0.05 y se observa en la fig.1, una capa blanca, bien diferenciada del material base, que se conoce como fase “S” [5].



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Las imágenes SEM de la fig. 2, muestran la superficie del recubrimiento de las probetas D y N+D, distinguiéndose cierta porosidad en el recubrimiento y presencia de macro-partículas, que influyen en su rugosidad y pueden afectar la adhesión y la resistencia a la corrosión [4]. Los perfiles de rugosidad de los recubrimientos, en concordancia con las imágenes SEM, resultaron muy similares, sin que influya el tratamiento previo de nitruración, con un Ra = 0,44 µm ± 0,02 µm.

Fig. 1. Capa nitrurada 400x Fig. 2. SEM recub N+D 500 x: Fig. 3. SEM-FIB probeta D

La fig. 3 muestra una imagen SEM del corte con el haz de iones focalizados de la probeta D, en la que se observa una macro-partícula de aproximadamente 1 micrón de diámetro y cuatro capas diferenciadas de 1,06, 0,90, 1,20 y 1,30 µm, resultando un espesor de recubrimiento de 4,50 µm. La prueba del hisopado de CuSO4.5H2O resultó negativa para las probetas patrón y recubiertas, mientras que las probetas nitruradas depositaron antes de 1 minuto. A las probetas D y N+D se les practicó el Scratch Test con cargas constantes de 5 a 20 N. La probeta N+D soportó la mayor carga, 20 N, sin que el recubrimiento se quebrara o desprendiera, mientras que el recubrimiento de la probeta D se quebró y desprendió para 20 N. Los perfiles de las huellas de deslizamiento recíproco, mostraron que la huella de la probeta sin tratar es la de mayor profundidad, la nitrurada es la que sigue, y las probetas recubiertas mostraron la huella menos profunda, es decir son las que evidenciaron mejor resistencia al desgaste y en ningún caso la huella de desgaste penetró el recubrimiento. Conclusiones Este trabajo demuestra que el proceso de PVD por arco catódico en cuatro descargas sucesivas, genera un recubrimiento de cuatro capas pero con muy buena adherencia entre sí, con características cristalinas típicas del TiN y que logró alcanzar 4,5 micrones de espesor total. El proceso dúplex (N+D) resultó favorable en cuanto a la adhesión, como lo demostró el test de Scratch Test, mostrando que la nitruración como pretratamiento aumenta la capacidad de carga del recubrimiento. En los ensayos de corrosión se demostró por otro lado, que la interfase de Ti antes del recubrimiento de TiN mejora su solidez y homogeneidad, dado que el recubrimiento es inerte y el ataque corrosivo sólo puede comenzar por poros o defectos. En este caso, se podría mejorar utilizando un filtro magnético para evitar la deposición de macro-partículas. Los ensayos de desgaste mostraron que a baja carga, 2,85 N, los recubrimientos tienen mejor rendimiento que la nitruración sola, pero además la capa nitrurada previa no afecta a la resistencia del TiN para esta carga. En el futuro se deberán llevar a cabo ensayos de desgaste con mayor carga. Referencias [1] ASM Handbook Vol. 5: Surface Engineering, ASM Int. 1994. [2] Michel H., Czerwiec, T., Gantois, M., Ablitzer, D., and Ricard, A., Surf. Coat. Technol., Vol. 72

(1995), p. 103. [3] A. Fossati, F. Borgioli, E. Galvanetto, T. Bacci, "Corrosion resistance properties of glow-

discharge nitrided AISI 316L austenitic stainless steel in NaCl solutions", Corrosion Sci. 48 (2006), 1513-1527.

[4] Boxman, R. L., Martin, P. J. and Sanders, D. M. (Eds), “Handbook of Vacuum Arc Science and Technology”, New Jersey: Noyes Publications, 1995.

[5] Brühl, S. P., Tijero, J., Cimetta, J., Haudemand, R. y Cabo, A., “Caracterización y Resistencia al desgaste de acero inoxidable austenítico con tratamiento dúplex asistido por plasma”, Actas del Congreso SAM/CONAMET 2007, 7° Congreso de Metalurgia y Materiales, San Nicolás, Buenos Aires, Argentina, p:872-877, ISBN 978-950-42-0094-9, 2007.

[6] Guruvenket, S., Li, D., Klemberg-Sapieha, J. E., Martinu, L., Szpunar, J., “Mechanical and tribological properties of duplex treated TiN, nc-TiN/a-SiNx and nc-TiCN/a-SiCN coatings deposited on 410 low alloy stainless steel”; Surface and Coatings Technology, Vol. 203 (2009) p. 2905–2911.

[7] Kelly, H., Márquez, A. and Pirrera, M., “Ion flux transmission in a magnetically filtered vacuum arc”, Brazilian J. of Phys. 34 (2004), p. 1513.


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APLICACIÓN DE LA TÉCNICA DE MICROSCOPÍA A ALTA TEMPERATURA PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE ESCORIAS

SINTÉTICAS

Tesista: Marcelo A. Valentini Directora: Elena Brandaleze

Grupo Fisicoquímica de Alta Temperatura, Departamento de Metalurgia- DEYTEMA

Facultad Regional San Nicolás – Universidad Tecnológica Nacional Colón 332 (2900) San Nicolás

[email protected]

Introducción Tal como se ha mencionado en trabajos previos [1], resulta de suma importancia disponer información de las propiedades físicas de las escorias tales como: viscosidad, densidad, tensión superficial, entre otras, para comprender fenómenos ligados a los procesos metalúrgicos. En particular, en este caso asociados al molde de colada continua. Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y representa la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía superficial potencial sea mínima, siendo esta condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Se sabe que la esfera se considera el área mínima para un volumen dado. Es por esto que la acción de la tensión superficial en un líquido se observa a través de la tendencia de formar una gota esférica o una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con la pared de un recipiente. En el marco de esta tesis se trabaja en el desarrollo de un equipo para la determinación de tensión superficial de escorias sintéticas a alta temperatura (1500ºC). Se sabe que esta propiedad es considerada por muchos autores clave para comprender fenómenos ligados a diversos procesos metalúrgicos [2-4]. En particular, en este trabajo se presentan resultados obtenidos de ensayos realizados sobre escorias de molde libres de flúor. Es relevante mencionar que este equipo brinda información de importante aplicación para la investigación de diferentes tipos de sistemas tales como metal – escoria – refractarios entre otros, constituyendo una metodología de estudio de alta aplicación también para la industria. Objetivo Este trabajo tiene por objetivo analizar el comportamiento y determinar propiedades físicas en condiciones similares a las del proceso de colada continua de escorias sintéticas. Se contempla analizar en forma comparativa información experimental y obtenida mediante cálculos aplicando modelos teóricos. Materiales y métodos Los materiales seleccionados para este trabajo son escorias sintéticas (polvos coladores) que se aplican en la colada continua de acero. Para realizar el ensayo de microscopía a alta temperatura (Método de la gota colocada o sessil drop) se prepara una muestra compactada en forma de pastilla cilíndrica que luego se coloca en el interior de la cámara del horno [1]. Se inicia el calentamiento y simultáneamente se registran imágenes de la pastilla en forma periódica a lo largo del ensayo. Figura 1

Figura 1. Aspecto de la muestra sobre el sustrato de alúmina.

Se registra la evolución del ángulo de contacto (a través de una cámara de video mientras el material se va calentando en el interior de la cámara hasta que se produce la fusión. Se determina



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además del ángulo mencionado, la altura. Una vez extraída la muestra de la cámara del horno se determina el radio de la gota. Con los datos obtenidos durante el ensayo se realizan cálculos para obtener la tensión superficial basada en la Ley de Jurín donde se relacionan diversos parámetros de acuerdo a la siguiente expresión:

donde: h Es la altura que se puede medir experimentalmente(m).

Es la tensión superficial (N/m).

g Es la aceleración de la gravedad (m/s2).

ρ Es la densidad del fluido (Kg/m3).

Resultados y conclusiones 1. El ensayo de microscopía a alta temperatura ha permitido determinar la evolución del ángulo

de contacto de escorias sintéticas (polvos coladores) comerciales y de desarrollo propio. 2. El ensayo permitió además determinar el comportamiento de fusión de los materiales

seleccionados para el estudio. 3. La correlación de los resultados experimentales y de los obtenidos mediante modelos teóricos

permite establecer que existe un buen ajuste entre los mismos. Referencias [1] M. Valentini, E. Brandaleze, Estudio de fenómenos interfaciales aplicados a los procesos de

obtención de metales, Congreso Matte@r 2010, Facultad Regional San Nicolás, 12 al 14 de Mayo de 2010.

[2] H. J. Fecht, Thermophysical properties of Bulk Metallic Glass forming, Mills Symposium, Metals, slags, glasses High temperature properties and phenomena, The Institute of Materials, London UK, (2002) pp 39- 52.

[3] S. Sridhar and A. W. Cramb, Properties of slags ant their importance in manufacturting clean steels, Mills Symposium, Metals, slags, glasses High temperature properties and phenomena, The Institute of Materials, London UK, (2002) pp 93- 100.

[4] K.C. Mills, L. Yuan, and R.T. Jones, Estimating the physical properties of slags. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Volumen 111, October 2011, pp 649-658.

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CONFERENCIAS INVITADAS

“EBSD – Hacia la caracterización de la microtextura”

Dra. Martina Avalos. Instituto de Física de Rosario – IFIR. CONICET. UNR

La Dra. Martina Avalos es investigadora de CONICET en el Instituto de Física de Rosario y docente en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Rosario. En el año 2010, cuando se instalan los primeros equipos de electron backscatter diffraction -EBSD en Argentina, uno de ellos en Rosario, la Dra. Avalos viaja a aprender esta técnica en la Universidad Carnegie Mellon, junto al Dr. Tony Rollet uno de los principales referentes de la técnica. En la actualidad es la responsable académica del Laboratorio de Microscopía Electrónica del Centro Científico Tecnológico Rosario. El laboratorio cuenta con un equipo SEM Quanta 200 equipado para la realización de esta técnica. En esta área específica de EBSD el laboratorio trabaja sobre distintos proyectos propios y de otros grupos de investigación de IFIR así como colaboraciones con grupos del país y del exterior.

“Adiciones en mezclas cementíceas”

Ing. Angel Oshiro. Grupo de Investigación en Tecnología de los Materiales de Construcción y Calidad - INTEMAC. Facultad Regional Córdoba. UTN

El Ing. Angel Oshiro es Ingeniero Civil, Especialista en Docencia Universitaria y Especialista en Tecnología Aplicada del Hormigón, investigador del Grupo de Investigación en Tecnología de los Materiales de Construcción y Calidad, GINTEMAC, en la Facultad Regional Córdoba de la UTN. En este encuentro ha presentado su experiencia sobre la temática de adiciones en materiales cementíceos, como una de las alternativas para la reutilización de residuos de diversos orígenes.

“Recubrimientos de última generación y nanoestructuras, producidos por plasma” Dr. Carlos Lasorsa. Grupo Ingeniería de Recubrimientos Especiales y Nanoestructuras (IREN) Facultad Regional Haedo. UTN

El Dr. Carlos Lasorsa es Ingeniero en Construcciones, Ingeniero Civil, Dr. en Ciencias y Tecnología mención Materiales. Ha realizado un Post Doc en las Universidades de Nagoya y Hokkaido (Japón) sobre Física de plasmas y procesos industriales por plasma respectivamente. Es Investigador Principal de la Comisión Nacional de Energía Atómica, Co-Director del Grupo de Ingeniería de Recubrimientos Especiales y Nanoestructuras de la FRH y Docente de la Cátedra de Física II en la carrera de Ing. Mecánica de la misma Facultad. En la disertación ha presentado el uso de esta técnica de plasma para producir recubrimientos de última generación y nanoestructuras.

“Presentación del Centro de Ensayos Estructurales de la Facultad Regional Delta” Dr. Jorge Torga. Laboratorio de Optoelectrónica y Metrología Aplicada. Facultad Regional Delta. UTN

El Ing. Jorge Torga es investigador en la Facultad Regional Delta de la UTN, trabaja en el Laboratorio de Optoelectrónica y Metrología Aplicada. En este encuentro ha presentado al Centro de Ensayos Estructurales. Este centro fue creado en 2009 y se formó por la conjunción de cinco grupos de investigación que ya funcionaban en la Facultad Regional Delta trabajando con esta temática en común. Su objetivo es promover la formación, el desarrollo y la investigación en el área de ensayos no destructivos y estructurales y transformarse a futuro en un referente en el tema. Se presentaron los distintos grupos de investigación y de servicios que lo conforman, las propuestas que se están implementando vinculadas con grado y posgrado.

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