Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

Modificación superficial de biomateriales metálicos

El objetivo principal de este resumen es mostrar los puntos claves que justifican el desarrollo de modificaciones superficiales de los materiales, particularmente de los metales, para mejorar sus propiedades biomédicas. En la introducción se describe la evolución en el tiempo que ha sufrido el concepto de lo que es un material biocompatible, seguido de una clasificación de los biomateriales de acuerdo a su definición actual. En seguida se describen los procesos de interacción células-material para mostrar las propiedades superficiales que afectan dicho proceso biológico. En particular se revisa la interacción de biomateriales metálicos con el tejido duro y con la sangre, mostrando que uno de los grandes problemas a resolver es la corrosión que sufren al estar en contacto con los fluidos corporales. Finalmente se presenta un resumen de diferentes métodos de modificación de superficies metálicas que podrían aplicarse para mejorar la biocompatibilidad de los metales, dando como el ejemplo las películas de carbono amorfo.

The main objective of this review is to show the importance of developing surface modifications of materials, particularly of metals, to improve their biomedical properties. In the introduction, the time evolution of the concept of a biocompatible material is presented followed by a classification of the biomaterials, according to the actual definition. Then, the surface-cells interaction processes are described to show the different surface properties that affect the biological response. Particularly, the interaction between metallic biomaterials and both hard tissue and blood are described, showing that one of the major problems associated to the metallic materials is the corrosion that they experienced when they are in contact with corporal fluids. Finally, a review of different methods that could be used to improve the biocompatibility of metallic materials is presented. Also the results for amorphous carbon coatings are shown as an example.

Efecto de la perlita en aceros bandeados sobre la resistencia a la corrosión por co₂

En este trabajo se estudió la influencia de la microestructura de dos aceros ferríticos- perlíticos bandeados, API 5L B grado X/42, sobre la resistencia a la corrosión por CO2. Se realizaron ensayos de pérdida de peso y de resistencia a la polarización en solución de NaCl 3,5% en peso, saturada con CO2, pH 3,5 y termostatizada a 45 ± 1oC. Las muestras se evaluaron por medio de microscopía óptica y electrónica de barrido con análisis químico por EDS. Las diferencias microestructurales principales entre estos dos aceros fueron la distancia entre bandas de perlita y su separación interlaminar, lo que demostró tener un efecto significativo sobre la resistencia a la corrosión por CO2. Inicialmente, la precipitación de FeCO3, como principal producto de corrosión, se localizó sobre las colonias de perlita en ambos materiales. Por otro lado, tanto la distancia entre bandas de perlita como el espaciamiento interlaminar dentro de la perlita, afectaron la disolución de la ferrita entre bandas. Al estar las bandas de perlita más cercanas entre si y al mismo tiempo más compactas en uno de los materiales, se convierten en regiones catódicas mejor definidas y más eficientes. Esto produjo una mayor -disolución de la ferrita entre bandas para ese acero y en consecuencia, su velocidad de corrosión también aumentó.

The effect of the microstructure on CO2 corrosion resistance of two API 5L B X/42 ferritic-pearlitic steel was investigated. Weight lost and Linear Polarization Resistance tests were carried out in NaCl 3,5 wt% solution saturated with CO2, at pH 3,5 and 45 ± 1oC. Samples were evaluated by means of optical and scanning electron microscopy coupled to EDS, for chemical analysis. The distance between pearlite bands and the separation of carbide lamellae within the pearlite colonies were found to be the principal microestructural difference. These features had a significant effect on the CO2 corrosion process. Initially, FeCO3 deposits were located at pearlite colonies, on both materials. On the other hand, the distance between pearlite bands and the interlamellar spacing within the pearlite colonies affected the dissolution of the ferrite phase between bands. When pearlite bands and Fe3C lamellas were closer to each other, they became more defined and efficient cathodic regions. This produced a greater dissolution rate of the ferrite bands in this steel and, as a consequence, an increase in the overall corrosion rate of the steel.

Influencia del contenido de lodo rojo (residuo de bauxita) en las propiedades físico-mecánicas de materiales cerámicos conformados por extrusión

En el presente trabajo se ha estudiado la influencia de adiciones de Lodo Rojo (LR) en concentraciones variables de 45-65 %-p, en las propiedades físico-mecánicas de materiales cerámicos conformados por extrusión de mezclas de arcillas + LR. Los materiales obtenidos se trataron térmicamente en el intervalo de 750-1.050 ºC con tiempo de reacción de una 1 h para determinación de las propiedades cerámicas: Módulo de Ruptura (MOR), Absorción de Agua (AA), Retracción Linear (RLAq). Las fases cristalinas presentes de los materiales de partida, así como de los materiales después del tratamiento térmico fueron determinadas por Difracción de rayos (DRX) método de polvos, mientras que su microestructura por Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). Los resultados han puesto de manifiesto que es posible utilizar este material como materia prima para la fabricación de ladrillos y tejas, los cuales presentaron buenas propiedades físico-mecánicas, superando las especificaciones de las Normas NBR 6113 y 6220 de la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT) para la fabricación de materiales estructurales.

At the present work was studied the influence of Red Mud additions in the concentration range of 45-65 % w/w on the physical-mechanical properties of ceramic materials made with extruded clay + red mud mixtures. All ceramics material obtained were thermal treated in temperature range of 750-1050 ºC, with 1 h of dwell time, and their mechanical properties like: Flexural strength (MOR), Water Absorption, Linear shrinkage before and after firing was measure. The crystalline phases of the raw materials and sintered materials were analyzed by X ray Diffraction and the micro structure by Scanning Electron Microscope (SEM). The results pointed out that it is possible to produce heavy clay products like roof tile and clay bricks with physical-mechanics properties higher than the specifications of the Brazilian technical standard (ABNT) for heavy clay products.

Influencia de las condiciones hidrodinámicas sobre la formación de películas inhibidoras de corrosión

Se evaluó el efecto de las condiciones hidrodinámicas sobre la inhibición de la corrosión de un acero al carbono en una solución de 200 mg/L de NaCl en presencia de aminas grasas (AG) y de sales de ácido fosfonocarboxílico (SAFC). Estas especies son empleadas como inhibidores de corrosión en circuitos de enfriamiento; su principal ventaja es su ausencia de toxicidad y su biodegradabilidad. El estudio se abordó utilizando cronopotenciometría, espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y espectroscopia de fotoelectrones (XPS). Las mediciones electroquímicas revelaron que el mecanismo de inhibición de las AG es poco afectado por las condiciones hidrodinámicas del sistema. Por el contrario, en presencia de SAFC, la formación de la película inhibidora es fuertemente afectada por la velocidad de rotación del electrodo. Los resultados obtenidos por XPS demuestran que el incremento en la velocidad de rotación favorece la formación de un complejo insoluble entre las moléculas de SAFC y los cationes ferrosos. Por otra parte, a partir de los diagramas de impedancia obtenidos en presencia de SAFC para diferentes tiempos de inmersión, se obtuvo que los valores de resistencia de polarización permanecieron constantes y elevados cuando la película inhibidora se formó a altas velocidades de rotación.

In the present work, the effect of flow on the formation of inhibitive films on carbon steel was investigated in a 200 mg/L NaCl solution in the presence of fatty amines (FA) and phosphonocarboxylic acid salts (PCAS). These compounds are used as corrosion inhibitors in cooling water systems and their principal advantages are the absence of toxicity and their biodegradability. The study was carried out using chronopotentiometric curves, electrochemical impedance spectroscopy and photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical measurements revealed that the inhibition mechanism in the presence of FA was slightly affected by the hydrodynamic conditions; in contrast, the effect of the electrode rotation rate was significant in the presence of PCAS. XPS analysis showed that the formation of a chelate between the PCAS molecules and the iron cations was enhanced by the increase of the rotation rate. Impedance diagrams were also obtained to investigate the influence of the immersion time on the inhibitive properties of films formed at different electrode rotation rates in the presence of PCAS. The polarisation resistance values remained high and constant when the inhibitive layer is formed at the higher rotation rates.

Caracterización raman y edx de películas delgadas de CN_X crecidas por ablación láser

En el presente estudio se depositaron películas delgadas amorfas de nitruro de carbono a-CNx utilizando un blanco de grafito pirolítico con una pureza de 5N, sobre substratos de silicio (100) en una atmosfera de gas de nitrógeno, usando la técnica de depósito por láser pulsado. Las películas de a-CNx se crecieron a diferentes temperaturas del substrato y diferentes presiones del gas nitrógeno; se utilizó un láser Nd:YAG con una fluencia de 10 J/cm². Las películas fueron caracterizadas por espectroscopia μ-Raman y con microanálisis por energía dispersiva de rayos X (ED X). Los espectros Raman muestran los picos característicos de carbono amorfo D (1354 cm-1) y el pico G (1555 cm-1), que corresponden a enlaces sp². Las intensidades de los picos característicos (I D/I G) en los espectros Raman indican que con el incremento de la temperatura del substrato y de la presión del gas de nitrógeno la relación entre las intensidades de los picos D y G (I D/I G) aumenta. El análisis EDX confirma la presencia de los elementos depositados C, N. La pluma del plasma producido por el láser fue caracterizada mediante espectroscopia de emisión óptica. En los espectros de emisión se identificaron especies atómicas (carbono y nitrógeno) y moleculares de CN.

In the present study a-CNx amorphous carbon nitride thin films were deposited using a pyrolytic graphite target with a purity of 5N on silicon (100) substrate in a nitrogen gas atmosphere using pulsed laser deposition technique. We used a Nd:YAG laser with laser fluence of 10 J/cm². The films were characterized by μ-Raman spectroscopy and Energy Dispersive X-ray ED X microanalysis. The Raman spectra showed the characteristic peaks of amorphous carbon D (1354 cm-1) and G (1555 cm-1), corresponding to sp² bonding. The peak intensity ratio (I D/I G) from Raman spectra increases as substrate temperature and nitrogen gas pressure increase. The (EDX) analysis confirmed the presence of C, N elements. The plume plasma produced by laser was characterized by optical emission spectroscopy. From the emission spectra, carbon and nitrogen atomic species and CN molecule were indentified.

Influencia del sustrato, espesor de la capa y técnica de depósito en la textura cristalográfica de películas delgadas de TiN

Este trabajo presenta los resultados del depósito de recubrimientos de TiN sobre sustratos metálicos (acero AISI M2 y AISI 304) mediante diversas técnicas tales como la deposición física en fase vapor, Pulverización Catódica con Magnetrón e Implantación Iónica. Con el fin de identificar las fases presentes, así como la estructura cristalina, la textura cristalográfica, y los parámetros de red de los recubrimientos, se utilizó difracción de rayos X con bajo ángulo de incidencia. El espesor de las películas se midió mediante análisis de las imágenes obtenidas por microscopia electrónica de Barrido. Los recubrimientos de TiN obtenidos por Pulverización Catódica con Magnetrón mostraron una orientación preferencial en el plano (200), lo cual está de acuerdo con la literatura. Este plano tiene la menor energía superficial. Los recubrimientos de TiN producidos por Implantación Iónica mostraron una alta textura cristalográfica en el plano (111), el cual tiene la menor energía de deformación elástica. Para recubrimientos depositados en el acero AISI 304 , la intensidad del plano (200) pareció incrementar con el aumento del espesor del recubrimiento. Sin embargo, este no era el caso de los recubrimientos depositados sobre acero AISI M2.

This paper presents results on the deposition of TiN coatings on metallic substrates (Steel AISI M2 and AISI 304) by various techniques such as physical vapour deposition, Magnetron Sputtering and Ion Platting. In order to identify the phases present, as well as the crystalline structure, the crystallographic texture, and the lattice parameters of the coatings, X-ray diffraction at low incidence angle was used. The thickness of the coatings was estimated by image analysis of micrograph obtained by means of Scanning Electron Microscopy. The TiN coatings obtained by Magnetron Sputtering exhibited a preferential orientation for the crystalline reflection (200) and this is in agreement with the literature. This particular plane has the lowest superficial energy. Conversely the TiN coatings produced by Ion Platting showed a high crystallographic texture in relation to the crystalline reflection (111) which has lower elastic deformation energy. For the coatings deposited on AISI 304 steel, the intensity on plane 200 appeared to increase with increasing coating thickness. However this was not the case for the coatings deposited on AISI M2 steel.

Estimación vía experimental de la formabilidad de láminas de aluminio de pureza comercial

En este trabajo se investigó por vía experimental la formabilidad de láminas de aluminio de pureza comercial designado AA-1100-O de 0,6 y 0,7 mm de espesor. Se trabajó con muestras de láminas, tal y como son fabricadas, efectuándosele a las mismas estudios de laboratorio tales como: análisis químico, ensayo de tracción, ensayo de altura de copa y ensayo con punzón hemisférico. De esta manera, se determinaron la resistencia a la tracción, el límite elástico convencional, el porcentaje de alargamiento hasta fractura, el coeficiente de endurecimiento por deformación, la altura de copa y la curva límite de formado; factores todos que ayudan a pronosticar la formabilidad de la lámina. En concreto, se encontró que la facilidad de conformación mecánica de la lámina mejora con el aumento de su espesor. Asimismo, se determinó que existe una correlación apropiada entre la formabilidad, el espesor, el porcentaje de alargamiento hasta fractura en tracción, la altura de copa y las curvas límites de formado.

This paper presents an experimental study of the formability of commercially pure aluminum sheets, with 0.6 and 0.7 mm thickness, designated AA-1100-O. In this research several laboratory tests were conducted, such as: chemical analysis, tensile test, ball punch deformation test and hemispherical punch method. The tested parameters with direct o indirect influence in the aluminum sheet formability were: ultimate tensile strength, yield strength, total elongation, the strain hardening exponent, cup height and forming limit diagrams, which were determined by testing samples cut from the sheet, as received. The results of these tests allowed to establish that the aluminum sheet formability increased with thickness. In addition, good correlations were obtained between formability, thickness, total elongation, cup height and forming limit diagrams.

Desgaste de recubrimientos WC-Co-NiCrBSi tratados térmicamente

Los recubrimientos WC-Co depositados por rociado térmico son utilizados comúnmente en aplicaciones industriales en las cuales alta resistencia al desgaste es requerida. Sin embargo, los recubrimientos obtenidos por estas técnicas son susceptibles de presentar ciertos problemas como lo son: partículas no fundidas o semi-fundidas, pobre adhesión al substrato, baja cohesión entre partículas y otros defectos que pueden afectar el comportamiento del recubrimiento. Este trabajo tiene como propósito investigar el efecto del tratamiento posterior mediante el uso de una llama oxiacetilénica, sobre la resistencia al desgaste de un recubrimiento WC-Co-NiCrBSi depositado, mediante la técnica de alta velocidad oxígeno-combustible (HVOF), sobre un substrato de acero AISI 1020. La resistencia al desgaste de los recubrimientos con y sin tratamiento térmico posterior fue evaluada a través de ensayos de erosión, abrasión y deslizamiento con arreglo bola sobre disco. Se determinó que la resistencia a la abrasión del recubrimiento tratado térmicamente aumentó en un 67% comparado con la muestra sin tratamiento, lo cual puede ser atribuido a una menor porosidad, endurecimiento de la matriz y mejor cohesión entre las partículas, otorgadas por el tratamiento térmico. Sin embargo, la aplicación del tratamiento térmico posterior mediante llama oxiacetilénica, no mejoró significativamente la resistencia al desgaste erosivo ni la resistencia al desgaste por deslizamiento. La dureza del recubrimiento obtenida por técnicas de microindentación no sufrió una variación apreciable como consecuencia del tratamiento térmico.

The thermal sprayed WC-Co coatings are commonly used in industrial applications in which wear resistance is needed. Nevertheless, the coatings often present certain problems like not melting or semi-molten particles, poor adhesion to the substrate, low cohesion between particles amongst each other, which could affect the behavior of the coatings. The aim of this work is to investigate the effect of the oxyacetylene flame post heat treatment on the wear resistance of a WCCo- NiCrBSi coating thermally sprayed using a high velocity oxy-fuel (HVOF) process on an AISI 1020 steel substrate. The wear behavior of the coatings with and without post heat treatment was evaluated by erosion test, rubber wheel tests and pin-on-disk tests. It was determined that the abrasion resistance of the post heat treated coatings increased 67% compared with the sample without treatment, which could be attributed to a less porosity, matrix hardening and better cohesion between the hard particles produced by the flame post heat treatment. Nevertheless, the erosive and sliding wear resistance did not improve significantly with the application of the post heat treatment. The coatings microhardness did not change appreciatively as a consequence of post heat treatment.