determinación de esfuerzos residuales en materiales compuestos

DETERMINACIÓN DE ESFUERZOS RESIDUALES EN MATERIALES COMPUESTOS
MEDIANTE LA TÉCNICA DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X: CMM'S Y CAPAS CERÁMICAS
SOBRE SUSTRATOS METÁLICOS
Proyecto de investigación
CODI, Menor cuantía (MDC 06-1-02)
Investigadora principal:
Ing. MARÍA ESPERANZA LÓPEZ GÓMEZ
Co-Investigadores:
Mónica Monsalve
Asdrúbal Valencia
Juan Manuel Meza
Ramón Torrecillas
Alfonso Devía
Grupo de Investigaciones Pirometalúrgicas y de Materiales, GIPIMME
Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Facultad de Ingeniería
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
Medellín, marzo de 2009
RESUMEN
Este proyecto consistió en estudiar las tensiones residuales mediante la técnica de difracción de
rayos X en dos tipos de materiales cerámicos compuestos: en volumen tipo CMM`s (alúmina
dopada con circona) y en capas cerámicas (TiN) sobre sustratos metálicos.
Con el método de precisión del parámetro de red se determinaron los esfuerzos residuales para
las películas delgadas de TiN. La deposición de las capas de TiN se realizó mediante dos
técnicas de PVD, Pulverización Catódica con Magnetrón e Implantación iónica. Mediante esta
técnica de pulverización catódica con magnetrón, se obtuvieron recubrimientos con espesores,
medidos mediante microscopía electrónica de barrido, de aproximadamente 0.5, 1, 2 y 3 μm, en
los dos tipos de sustratos. El espesor estudiado con la técnica de implantación iónica fue de 2
μm. Como resultado se observó que los esfuerzos residuales compresivos disminuyen al
aumentar el espesor de la capa. Además se corroboró que los esfuerzos intrínsecos  g
disminuyeron al aumentar el tamaño de cristal. Se verificó que la técnica de Implantación Iónica
produce esfuerzos residuales  menores que la técnica de Pulverización Catódica con
Magnetrón y que en los recubrimientos depositados por Pulverización Catódica con Magnetrón la
orientación cristalográfica desarrollada fue en el plano (200).
Con el Método del sen2ψ se hallaron los esfuerzos residuales para la matriz cerámica, un
material compuesto nanoestructurado de matriz cerámica reforzado con circona y se
relacionaron con los porcentajes adicionados de la segunda fase: 0, 2,5 y 5% de circona,
encontrándose que fueron de tracción y que disminuyen a medida que aumenta el contenido de
circona. No se presentaron esfuerzos compresivos a pesar de que existe circona tetragonal
porque en el mecanismo de refuerzo no se presentó su transformación de fase.