Reporte Comite Tutorial

7/25/2019 Reporte Comite Tutorial

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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN

CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍAAVANZADA

UNIDAD QUERÉTARO

INFORME COMITÉ TUTORIAL

Estudio del coeficiente de tracción entre un disco

de UHMWPE y una esfera de Co-Cr-Mo con

recubrimiento de Al2O3-TiO2

Alumno:

Víctor Cristiany Rubio Sánchez

Asesor(es):

Dr. Adrián Luis arcía arcía.

Dr. !os" Dolores #scar $arceinas Sánchez.

Querétaro, Qro. a 5 de Junio del 2013



Titulo

Estudio del coeficiente de tracción entre un disco de UHMWPE y una esfera de

Co-Cr-Mo con recubrimiento de Al2O3-TiO2

!escri"ción del "roblema

En in!esti"aciones #re!ias se $an reali%ado #ruebas #ara conocer el coeficiente

de tracción entre una esfera de Co-Cr-Mo y un disco de UHMWPE con y sin

te&turi%ado' las cuales $an #ermitido conocer el com#ortamiento del coeficiente de

dic$o #ar triboló"ico Con base en esos resultados se #retende reducir el

coeficiente de tracción (e busca determinar si al de#ositar recubrimiento de Al2O3-

TiO2 sobre las esferas de Co-Cr-Mo el coeficiente de tracción #resenta un cambio

si"nificati!o en com#aración con el uso de esferas sin recubrimiento' utili%ando un

tribómetro bola en disco #ara las #ruebas Es necesario ase"urar la inte"ridad

estructural del recubrimiento de#ositado mediante el #roceso de rociado t)rmico

#or #lasma *AP(+' reali%ando el an,lisis de la microestructura y #ro#iedades

mec,nicas' ya ue #resenta el #roblema fundamental de defectos en la

ad$erencia recubrimiento-substrato *.E /uaranta' 2001+

Antecedentes

(e tomar, en cuenta las condiciones necesarias de te&turi%ado y lubricaciónobtenidos en in!esti"aciones #re!ias de interacción entre la !iscosidad y

confi"uración de #atrones de te&turi%ado en un contacto rodantedesli%ante entre

una esfera de Co-Cr-Mo sin recubrimiento y un disco de UHMWPE Tambi)n se

tomar,n los #ar,metros #ara a#licar el recubrimiento de almina-titania obtenidos

en la in!esti"ación de la de#osición del cer,mico en substratos #lanos de Co-Cr-

Mo mediante el #roceso AP(

Actualmente los recubrimientos cer,micos son usados debido a ue #oseen

buenas #ro#iedades t)rmicas y mec,nicas' y son en "eneral m,s resistentes a la

corrosión y des"aste ue los metales' en ambientes de alta tem#eratura yatmósferas corrosi!as *.E /uaranta' 2001+ 4os #ol!os cer,micos mayormente

utili%ados son ó&idos como la almina' %irconia' titania' ó&ido de cromo *555+' ó&ido

de itrio *555+ entre otros *Wan"' 6ian"' Wan"' Wan"' 7iao' 8 (trutt' 2000+ *9:lma%'

200;+



El substrato a utili%ar es una aleación de Co-Cr-Mo' la cual se considera como una

aleación biocom#atible debido a su resistencia a la corrosión de los fluidos

cor#orales' el cum#limiento de la función bioló"ica o mec,nica #laneada y su

resistencia a la fati"a en las a#licaciones de car"as c<clicas *Matamoros-=elo%a'

>erreira' Cisneros-?uerrero' ?uerrero' 8 !elis' 200;+ 4as aleaciones de

com#osición nominal Co-21Cr-@Mo-03C fueron ori"inalmente introducidas como

im#lantes orto#)dicos en ;3B *Croo+ Actualmente se utili%a en diferentes

com#onentes #rot)sicos como #rótesis de rodilla' cadera' $ombro' entre otros

Para a#licar este ti#o de recubrimiento es necesario someter los #ol!os cer,micos

a altas tem#eraturas' como la de un #lasma 4a fle&ibilidad del #roceso de rociado

t)rmico con #lasma atmosf)rico #ro!iene de su ca#acidad de desarrollar la

ener"<a suficiente #ara fundir la materia #rima en forma de #ol!o *(ul%er Metco'

202+ 4a t)cnica de rociado t)rmico re#resenta un "ru#o de #rocesos

am#liamente utili%ados en #roducción de !arios recubrimientos #rotectores ue

meDoran las caracter<sticas de la su#erficie de los materiales' #or eDem#lo' en

recubrimientos sobre aleaciones de titanio y base titanio ue son utili%adas en el

cam#o de sustitución de $uesos *9:lma%' 200;+

4as #ruebas triboló"icas en el ,mbito biom)dico son tiles #ara conocer el ti#o de

des"aste ue se #resenta entre su#erficies' re"ularmente se reali%an en #ares de

contacto metal-metal' metal-#ol<mero y cer,mico-cer,mico *O%ols+' #ero son

#ocas las !eces ue se considera el #ar cer,mico-#ol<mero' sin tomar en cuenta

ue sea una base met,lica con un recubrimiento cer,mico Actualmente la

de#osición de recubrimientos cer,micos mediante rociado t)rmico #or #lasma $a

sido incor#orado en la industria automotri% Princi#almente' se busca reducir la

fricción entre las su#erficies de la #ared interna de los cilindros en un motor de

combustión interna En #ruebas triboló"icas' obtu!ieron una reducción de la fuer%a

de fricción mayor al 20 com#arado con las #aredes base $ierro fundido *Ernst'

203+

#ustificación

4a de#osición de un recubrimiento de Al2O3-TiO2 sobre una esfera de aleación Co-Cr-Mo a tra!)s de rociado t)rmico #or #lasma #retende disminuir el coeficiente de

tracción entre el #ar triboló"ico ue in!olucra la muestra con recubrimiento y un

disco de UHMWPE te&turi%ado com#arado con el #ar de contacto del disco

te&turi%ado y la esfera sin recubrimiento considerando las mismas condiciones de

#rueba



(e $a re#ortado ue im#lantes #rot)sicos met,licos fabricados con biomateriales'

#resentan una reacti!idad y to&icidad con el tiem#o *F1 aGos+' la cual se

manifiesta mediante reacciones inflamatorias alrededor de )ste Esto se relaciona

#rinci#almente con la de"radación del metal Con el #aso del tiem#o se #resenta

una acumulación de iones met,licos #resent,ndose efectos ad!ersos Por lo ue

se #ro#one un recubrimiento cer,mico de las esferas met,licas #ara e!itar o

disminuir este fenómeno

Ob$eti%os

?eneral

eterminar el com#ortamiento del coeficiente de tracción entre un disco de

UHMWPE y una esfera de Co-Cr-Mo con recubrimiento de Al2O3-TiO2

Es#ec<ficos

• iseGar y construir un #osicionador ue #ermita de#ositar un recubrimiento

de Al2O3-TiO2 #or AP( sobre esferas de Co-Cr-Mo

• e#ositar recubrimientos Al2O3-TiO2 sobre esferas de Co-Cr-Mo mediante

el #roceso AP(

• Anali%ar la microestructura y #ro#iedades mec,nicas de los recubrimientos

a#licados

• Estudiar el com#ortamiento del coeficiente de tracción entre el #ar

triboló"ico disco UHMWPE y esfera de Co-Cr-Mo con recubrimiento

Hi"ótesis

Con la de#osición de un recubrimiento Al2O3-TiO2 sobre esferas de Co-Cr-Mo se

disminuir, el coeficiente de tracción entre )stas y discos te&turi%ados de

UHMWPE En un tribómetro de bola en disco se reali%ar,n las #ruebase&#erimentales #ara obtener los "r,ficos ue #ermitan estudiar el com#ortamiento

del coeficiente de tracción del #ar triboló"ico con las condiciones necesarias de

#rueba *car"a' tem#eratura' !elocidad y la relación rodamiento desli%amiento+



Es&uema de fundamentos

Materia "rima

Alúmina.

El ó&ido de aluminio' ó&ido de aluminio *555+ o comnmente llamado almina es un

ó&ido cer,mico am#liamente utili%ado' su formula u<mica es Al 2O3' tiene una

estructura cristalina interna donde los iones de o&<"eno forman un arre"lo

$e&a"onal com#acto con iones de aluminio 4a almina tiene un #unto de fusión

alrededor de 20I0 JC' #ero las im#ure%as y la formación de fases secundarias

#ermite ue funda a menores tem#eraturas Tiene como coloración el blanco y

#rinci#almente se encuentra en forma de #ol!os' los cuales des#u)s se someten a

diferentes #rocesos' #or eDem#lo la sinteri%ación a alta tem#eratura' #ara la

formación de #roductos utili%ados en in"enier<a *Auerari' ;;B+ (us a#licaciones

son comunes e incluyen buD<as' sellos de bombas $idr,ulicas' so#ortes

electrónicos' teDas resistentes a la abrasión' $erramientas de corte' com#onentes

de #rótesis de cadera' c$alecos antibalas y #ie%as de des"aste #ara la industria

te&til y la industria del #a#el

A continuación se mencionan al"unas #ro#iedades #or lo ue la almina tiene

tantas a#licacionesK

• Lesistencia a la abrasión

• Lesistente al ataue u<mico de una am#lia "ama de com#uestos' incluso a

tem#eraturas ele!adas

• Lesistencia alta a la com#resión *2'000 a I000 MPa+

>i" 2N iferentes accesorios fabricados en

Al2O3

>i" N Parte interna de com#onente

acetabular y cabe%a $ec$o en almina



• Alta dure%a *@ a ; ?Pa+

• Lesistencia alta al des"aste y la corrosión *CeramTec+

4a mayor #arte del ó&ido de aluminio #roducido comercialmente se obtiene #or la

calcinación de $idró&ido de aluminio *con frecuencia denominado tri$idrato dealmina+ (e #roducen alrededor de I@ millones de toneladas #or aGo' de las

cuales el ;0 es utili%ado en la manufactura de aluminio *forma met,lica+ #or

electrólisis El $idró&ido de aluminio es #r,cticamente todo $ec$o #or el #roceso

ayer Esto im#lica la di"estión de la bau&ita en sosa c,ustica y la #osterior

#reci#itación de $idró&ido de aluminio mediante la adición de finos cristales de de

$idró&ido de aluminio ue sir!an de centros de cristali%ación

4a almina e&iste en diferentes fases como a' c' $' d' ' ' "' r' los cuales sur"en

durante el tratamiento t)rmico de $idró&ido de aluminio 4a fase m,s utili%ada y

termodin,micamente estable es la fase aQ *ARoM+

Titania

El dió&ido de titanio' #i"mento blanco B' ó&ido tit,nico' o&ido de titanio *5=+ o

comnmente llamado titania tiene como fórmula u<mica TiO2 y una masa

molecular relati!a de 1;;0' adem,s tiene su #unto de fusión se encuentra

alrededor de SI3JC 4a titania se describe como un #ol!o fino de color blanco' la

cual tiene I fases de ori"en naturalK rutilo' anatasa' brooita y dió&ido de titanio

*+ 4a estructura cristalina de la anatasa y el rutilo es tetra"onal' la brooita es

ortorrómbica y el dió&ido de titanio *+ es monocl<nica En las cuatros fases de

titanio est, el o&<"eno coordinado octa)dricamente' #ero la #osición de la

octaedros difiere entre fases*5nternational A"ency for Lesearc$ on Cancer' 200B+

El dió&ido de titanio se fabrica a #artir de una !ariedad de minerales ue contienen

ilmenita *>eTiO3+' rutilo' anatasa y leuco&eno *TiO2&>eOyH2O+' ue se e&trae de

Fig. [1.4] El dióxido de titanio a

menudo se presenta como un polvo

Fig. [1.3] Estructura cristalina del

dióxido de titanio.



yacimientos ubicados en todo el mundo El titanio tambi)n se #uede recu#erar de

escoria #roducida durante la fundición de $ierro y de rutilo sint)tico #roducido a

#artir de ilmenita El dió&ido de titanio se #roduce ya sea #or el #rocedimiento del

sulfato o del cloruro 4as condiciones de #rocesamiento determinan la forma

*estructura anatasa o rutilo+ del #roducto final El ió&ido de titanio comercial

#uede estar recubierto con #eueGas cantidades de almina y o s<lice #ara

meDorar las #ro#iedades tecnoló"icas del #roducto *T$e 6oint >AOWHO E&#ert

Committee on >ood Additi!es' 200B+

4as #rinci#ales caracter<sticas del dió&ido de titanio sonK

• Lesistencia al ataue u<mico' debido a su estabilidad u<mica

• Lesistencia a la de"radación de los rayos U=' debido a su alto <ndice de

refracción

• Efica% fotocatali%ador' ya ue acelera reacciones u<micas #ro!ocadas #or

la lu% *Losales 8 ?arcia' 200+

entro de las a#licaciones del dió&ido de titanio se encuentran la #intura y

recubrimientos ue tienen el uso mundial m,s "rande' los #l,sticos y el #a#el

re#resentan la mayor #arte del resto El consumo mundial de dió&ido de titanio

#ara fines de uso en el aGo 200@ fueK re!estimientos' @S #l,sticos y cauc$o'

23 de #a#el' ' y otros' S Al"unos otros usos de dió&ido de titanio est,n en

catali%adores' cer,mica' teDidos recubiertos y te&tiles' re!estimientos de suelos

*5nternational A"ency for Lesearc$ on Cancer' 200B+

Metodolo'(a

• Aduisición de la materia #rima *#ol!os cer,micos y aleación de Co-Cr-Mo+'

mauinado de la aleación en muestras con forma esf)rica' lo cual $ace una

diferencia de "eometr<a #ara esta in!esti"ación com#arada con trabaDos

#re!ios

•

Pre#aración de las esferas de Co-Cr-Mo #re!ia a la de#osición delcer,mico mediante la t)cnica de "ranallado con arena' con ello se obtiene

una lim#ie%a de la su#erficie y una terminación su#erficial adecuada #ara la

a#licación del recubrimiento

• El #recalentamiento antes de a#licar el recubrimiento #ermite eliminar la

$umedad y tener la su#erficie del substrato seca #ara ue el im#acto de las



Crono'rama de acti%idades

Acti%idades Pro'ramadas Periodo Enero 2)*3 + !iciembre 2)*3

ActividadEne

Feb

Mar

Abr

May

un

ul

Ago

!ep

"ct

#ov

$ic

%evisión bibliogr&'ca.(%

Modi'cación al protocolo deinvestigación

(

%

$ise)o y construcción delposicionador de muestras

(

%

"btención de materiaprima

(

%

Ma*uinado de muestras enes+eras

(

%,apacitación sobre ele*uipo de rociado t-rmicoA(!/

(

%

(royecto (0F0

(

%

,apacitación y maneo deso+t2are AE5 y ab%e+

(

%

Acti%idades Pro'ramadas Periodo Enero 2)*, + !iciembre 2)*,

ActividadEne

Feb

Mar

Abr

May

un

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Ago

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#ov

$ic

,apacitación y maneo deso+t2are AE5 y ab%e+

(%

(reparar las muestras ydepositar los recubrimientos

(%

%eali6ar caracteri6ación depropiedades mec&nicas

(

%

%eali6ar caracteri6ación yan&lisis microestructural

(

%(ruebas en el tribómetroMM7

(

%

An&lisis de resultados

(

%Escritura de tesis (



%

(royecto (0F0

(

%

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