Recubrimientos mejorados mediante ingeniería de superficies a escala nanométrica
La creciente complejidad y sofisticación de la ingeniería de sistemas que se utiliza en muchos sectores, incluido el sector aeroespacial y la robótica, han animado a los socios del proyecto TRIBO a adoptar tecnologías asistidas por láser en la manipulación de nanomateriales. Los nanomateriales son conocidos por sus excepcionales propiedades mecánicas, que pueden dar lugar a una mayor resistencia al desgaste o a uniones por fricción que soportan severas condiciones de funcionamiento. Más en concreto, el recubrimiento por láser se puede utilizar para mejorar las propiedades superficiales en zonas localizadas de elementos metálicos destinados a maquinaria. En este proceso, mediante un haz láser, se funde un material de recubrimiento con las propiedades deseadas sobre un sustrato. Los dos materiales deben mezclarse lo menos posible para poder aprovechar al máximo las propiedades del material de recubrimiento. Mediante la mejora de una superficie técnica de forma localizada con nanomateriales específicos, es posible utilizar un material de base corriente y económico para las superficies que no van a ser sometidas a grandes cargas. Unos ingenieros de la Escuela Nacional de Ingenieros de Saint-Ètienne (Francia) mezclaron varios materiales en polvo para conseguir un recubrimiento de material compuesto con las propiedades deseadas. El rápido procesamiento con láser se utilizó para crear una serie de orificios artificiales que sirven como reservorio de residuos y de lubricantes sólidos, los cuales se liberarían gradualmente en la zona de contacto. Los recubrimientos desarrollados con materiales ajustados funcionalmente consistían en lubricantes sólidos como el bronce blanco (CuSn), utilizados como matriz dúctil, si bien se reforzó mediante la fase cerámica adecuada. Los ensayos de resistencia al desgaste realizados a continuación mostraron que el coeficiente de fricción en seco de estos recubrimientos se puede reducir a tan sólo 0,12. Además, la extraordinaria posibilidad de utilizar haces láser de alta energía para fundir y volver a mezclar con rapidez los elementos de las aleaciones se utilizó para mejorar la resistencia al desgaste de cojinetes de acero. Los socios del proyecto TRIBO utilizaron cubiertas de apantallamiento para evitar la evaporación de los elementos de las aleaciones de la superficie del metal de base, además de combinar la acción de distintos tipos de láseres. Por ejemplo, se probaron láseres con impulsos periódicos y con emisión continua en sistemas de metal de base, elementos de aleación tales como estaño-aluminio (Al-Sn) y hierro-estaño (Fe-Sn). Con esto se consiguió una distribución uniforme de los elementos de la aleación en el material fundido, mientras que el enfriamiento rápido del mismo dio lugar a la formación de precipitados ricos en Sn, abriendo las puertas a la posibilidad de introducir la nanotecnología en el entorno industrial. La concentración media de Sn, que se puede utilizar como lubricante sólido, se midió mediante análisis con microsonda de rayos X y se observó que superaba el 20% en peso.
