Metalurgia y Nanoestructuras

Dentro del Departamento de Metalurgia está el Laboratorio de Aleado Mecánico (AM), el cual es un laboratorio metalúrgico que cuenta con los 5 procesos metalúrgicos: fundición, forja, extrusión, laminación y trefilado. Adicionalmente, un pilar del laboratorio es el desarrollo del proceso de Metalurgia de Polvos (Pulvimetalurgia). El laboratorio de Aleado Mecánico cuenta con personal científico-tecnológico dedicado a la investigación básica y aplicada. Dentro de la investigación aplicada se puede mencionar el gran número de proyectos con la industria regional y nacional que se han llevado a cabo. Uno de los logros en la investigación básica es la combinación de la metalurgia convencional con la nanotecnología.

Los conocimientos generados en este laboratorio son tanto científicos como tecnológicos y cubren la base sobre la cual, en colaboración con especialistas de otras disciplinas puedan llegar a ser aplicados en la industria.

Debido a las exigencias cada vez más complejas de la era moderna, los metales han evolucionado en los procesos de fabricación de aleaciones, conformado y en sus aplicaciones. Con el objetivo de estar a la vanguardia y crear nuevas aleaciones con excelentes propiedades mecánicas y microestructurales, así como mejorar las propiedades mecánicas y microestructurales de las aleaciones comerciales; las investigaciones desarrolladas en laboratorio de AM van encaminadas a la optimización de las condiciones de fabricación de nuevas aleaciones mediante técnicas innovadoras, que provean un funcionamiento mecánico homogéneo.

En el laboratorio de aleado mecánico se realizan diferentes técnicas innovadoras para la fabricación de nuevas aleaciones, que parten de los procesos de fabricación convencionales como son la Fundición y la Pulvimetalurgia; además, a partir de estos procesos también se trabaja en el mejoramiento microestructural y de propiedades mecánicas en aleaciones comerciales empleadas en la industria aeronaútica y aeroespacial (2024, 7075, 6061, 319 y 356 entre otras).

Las investigaciones desarrolladas se dirigen principalmente a satisfacer las exigencias actuales, es decir, crear aleaciones y materiales compuestos más ligeros con buenas propiedades de resistencia, desgaste y corrosión a diferentes temperaturas. Para lo cual se investiga sobre el desarrollo de materiales nanoestructurados reforzados con adiciones de nanopartículas de diferente naturaleza (materiales compuestos); por mencionar algunas CeO2, ZrO2, Al2O3 y diferentes formas alotrópicas de grafito (grafenos, nanotubos de carbono (NTC) y nano partículas de grafito).

El empleo de las fases alótropas del grafito como material reforzante es uno de los mayores avances en el diseño de materiales compuestos matriz metálica. En coordinación con el Área de Química de Superficies y Materiales Nanoestructurados, se ha logrado sintetizar materiales compuestos Al-NTC los cuales presentan excelentes propiedades mecánicas sin un incremento en los valores de la densidad.

Por otro lado, los materiales compuestos han sido preparados en el laboratorio de AM, utilizando diversas técnicas de Pulvimetalurgia, las cuales han sido complementadas mediante molienda mecánica para obtener una distribución homogénea de los materiales reforzantes y alto refinamiento de grano. La experiencia lograda con estos procesos se ha cristalizado en dos patentes otorgadas (US 7,694,713 y MX 277555).

Otros aspectos sobre los cuales se dirigen las investigaciones desarrolladas en el laboratorio de AM son la modificación de la composición de aleaciones comerciales mediante la adición de diferentes concentraciones de elementos de aleación, y el efecto de adiciones de nanoparticulas, modificaciones en la composición y variaciones en las condiciones de procesamiento, sobre los diferentes mecanismos de endurecimiento que rigen las propiedades mecánicas. Lo anterior debido a que los materiales compuestos y las aleaciones modificadas son sometidos a diferentes procesos de conformado tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura involucrando diferentes mecanismos de endurecimiento.

A partir de cierta preocupación por el medio ambiente, en el laboratorio de AM también se desarrollan investigaciones que involucren algún impacto ambiental, como lo es la síntesis de materiales compuestos Grafenos–Aluminio. La metodología ensayada en el laboratorio está basada en una ruta mecano-química de bajo costo y ambientalmente amigable, la cual evita el uso de reactivos corrosivos y peligrosos. Como precursores se utiliza grafito natural con una mezcla de un álcali inorgánico débil y un ácido orgánico, como agentes de defoliación. La mezcla equiatómica de componentes se procesa mediante molienda de alta energía y es lixiviada en solución acuosa, generando un material altamente defoliado con presencia de estructuras individuales de grafeno. Mientras los remanentes de reacción consisten en una mezcla acuosa de citratos alcalinos de nula peligrosidad que no requieren manipulación especial para su eliminación.

El proceso de Metalurgia de Polvos involucra invariablemente el proceso de Sinterización. En el laboratorio de AM la innovación es una constante en cada uno de las investigaciones desarrolladas, un ejemplo es un nuevo proceso de Sinterizado. Utilizando calentamiento por inducción es posible sinterizar materiales en tiempos muy cortos, alcanzando valores de densificación muy cercanos a los obtenidos mediante otras técnicas más sofisticadas como lo es la sinterización asistida por plasma, con la gran ventaja que es un método de bajo costo, tanto de inversión como de procesamiento. Normalmente esta técnica ha sido utilizada con éxito para la generación de piezas de cerámicos de alto punto de fusión (>1500˚C). Actualmente en el laboratorio se está ensayando la aplicación de esta metodología para la generación de probetas de materiales compuestos de bajo punto de fusión (<660˚C), lo cual ha sido reportado pocas veces en la literatura.