Gloria P. Rodríguez y Gemma Herranz
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Universidad de Castilla La Mancha. Área de Materiales. ETSI Industriales.
Avda. Camilo José Cela s/n. 13071. Ciudad Real

El Grupo de Materiales Metálicos de la Universidad de Castilla La Mancha está formado por dos profesoras, Gloria Rodríguez Donoso y Gemma Herranz Sánchez-Cosgalla, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales situada en el campus de Ciudad Real. En la actualidad Rubén Alonso Sánchez se encuentra desarrollando su tesis doctoral gracias a un convenio de colaboración con una empresa de la región. Este grupo centra su actividad investigadora en tres líneas principales fruto de la unión de la formación y especialización de sus dos investigadoras:

- Modificación superficial de materiales mediante la utilización de la Energía Solar Concentrada (ESC).
- Procesado avanzado pulvimetalúrgico mediante moldeo por inyección de metales (MIM).
- Procesos de conformado mediante técnicas de sinterización utilizando haces de alta energía, en particular, Energía Solar Concentrada (ESC).

La energía solar concentrada y los Materiales Metálicos 

Los tratamientos que involucran el uso de la energía solar se encuentran aún en pleno desarrollo. A pesar de las limitaciones industriales que puede suponer la intermitente disponibilidad de la radiación es innegable que se trata de una energía limpia, renovable y libre de contaminantes. Además, la concentración de la energía solar presenta una alta eficiencia energética y un coste competitivo en los procesos de alta temperatura que puede y debe aprovecharse especialmente en países como España con un número elevado de horas de insolación anuales. Entre los objetivos de las investigaciones del grupo no está solo el potenciar la utilización de nuevas tecnologías no contaminantes que resuelvan cuestiones medioambientales en los procesos metalúrgicos de alta temperatura sino poder incrementar el conocimiento científico de los mecanismos involucrados en estos procesos que se realizan en condiciones fuera del equilibrio. En los estudios realizados hasta la fecha se observa un claro efecto activador de la ESC que redunda tanto en tiempos de tratamiento más cortos y por tanto en una mejora adicional en la eficiencia del proceso como en un incremento de la calidad de la superficie modificada.

En nuestro grupo de investigación tenemos experiencia en el uso de diversas instalaciones solares: Horno Solar de la PSA (Plataforma Solar de Almería) y Hornos Solares de Odeillo (PROMES-CNRS, Francia) con quienes mantenemos una estrecha colaboración, así como en la utilización de una Lente de Fresnel situada en nuestro centro (Fig. 1). La Lente de Fresnel tiene un factor de concentración similar al Horno de la PSA (2700 veces la radiación solar incidente) y aunque el tamaño del foco es menor ofrece la ventaja adicional de ser una instalación de fácil manejo y bajo coste de mantenimiento, que permite obtener mucha información sobre las bondades de la ESC. En esta línea hemos colaborado además con el grupo del Dr. Alfonso Vázquez (CENIM-CSIC), pionero en España en la utilización de la energía solar concentrada en el tratamiento y modificación de materiales metálicos.

Modificación superficial de materiales mediante Energía Solar Concentrada (ESC).

Las investigaciones que en la actualidad estamos llevando a cabo se centran en:

- Endurecimiento superficial de aleaciones férreas por transformación martensítica y fusión superficial. Tratamientos continuos sobre piezas industriales (temple de levas fabricadas con fundición y utilizadas en la industria del automóvil).
- Procesado de recubrimientos de intermetálicos (NiAl) mediante reacciones exotérmicas autopropagadas (SHS).
- Nitruración gaseosa de aleaciones de titanio con el objetivo de mejorar su resistencia al desgaste tanto para aplicaciones en la industria aeronáutica como en el ámbito de los biomateriales. Lo más destacable del uso de la ESC es que tiene un fuerte efecto activador sobre el proceso termoquímico en el que conviene profundizar y hacia dónde van dirigidos nuestros estudios. Es posible obtener capas nitruradas de más de 20 µm en períodos de tiempo notablemente más cortos (10 minutos) que los tratamientos en hornos convencionales (varias horas).

Moldeo por Inyección de Metales (MIM)

El moldeo por inyección de polvos permite la obtención de piezas metálicas de geometría compleja utilizando una combinación entre el proceso de inyección de termoplásticos convencional y el procesado mediante sinterización. La compleja mezcla del polímero que actúa como ligante y del polvo metálico es transportada a la temperatura de fusión del polímero para rellenar la cavidad del molde con la geometría deseada. Posteriores procesos térmicos permiten la eliminación del ligante y finalmente un proceso de sinterización permite que las partículas metálicas se suelden obteniéndose una pieza final con elevadas propiedades mecánicas. La experiencia del grupo en esta tecnología permite que dediquemos parte de nuestra investigación al desarrollo de nuevas mezclas inyectables de interés para la industria. Actualmente esta línea de investigación se encuentra financiada por una empresa de la región a la que se realiza la transferencia tecnológica de los avances alcanzados.

Sinterización mediante Energía Solar Concentrada (ESC)

La experiencia de las dos investigadoras del grupo en ambos campos, ha culminado en el desarrollo de una línea bastante novedosa en el campo de los materiales metálicos. Actualmente realizamos procesos de sinterización de polvos metálicos (bronces, aceros aleados, aceros de herramientas, etc) con ESC analizando cuidadosamente todos los parámetros involucrados y tratando de dilucidar los mecanismos de sinterización implicados. El proceso de sinterización bajo haces de alta energía permite obtener microestructuras bajo mecanismos diferentes a los habitualmente descritos para estas aleaciones. Por otro lado, el proceso de sinterización se lleva a cabo consiguiendo una disminución muy significativa en los tiempos de tratamiento permitiendo obtener piezas sinterizadas en tan sólo 20 minutos.

El laboratorio de Materiales de la ETSII cuenta con el equipamiento básico necesario para llevar a cabo estas líneas de investigación: Lente de Fresnel equipada con seguidor solar, cámara de reacción y pirheliómetro; hornos de procesado en alto vacío y atmósfera controlada, muflas para tratamientos térmicos, horno de eliminación de ligante; equipamiento para la preparación y caracterización microestructural de las piezas (cortadoras, microcortadoras, embutidoras, pulidoras automáticas, microscopios equipados con análisis de imagen); compactadora de 300 KN para la preparación previa a la sinterización; máquina de tracción uniaxial, durómetro y microdurómetro. Asimismo se cuenta con equipamiento para llevar a cabo estudios tribológicos a temperatura ambiente y alta temperatura (tribómetro tipo pin-on-disc) y de corrosión electroquímica. Recientemente se nos ha concedido financiación para la adquisición e instalación de un microscopio electrónico de barrido (SEM).

El grupo está fuertemente implicado en la dirección de proyectos fin de carrera a los estudiantes de Ingeniería Industrial lo que les permite profundizar en el conocimiento de los materiales e iniciarse en la investigación participando activamente en el desarrollo experimental de las principales líneas del grupo. Estos proyectos, además, permiten a los estudiantes familiarizarse con novedosas tecnologías y su potencial aplicabilidad.