La corrosión es un daño producido mediante reacciones (electroquímicas) mientras que el desgaste es más por interacciones por contacto y movimiento relativo (físicas). El campo de tribocorrosión trata de estudiar la combinación de los dos fenómenos y buscar soluciones que puedan disminuir el daño desde ellos.
Este es importante porque alrededor de 23% del consumo total de energía en el mundo se origina en los contactos tribológicos y si se desarrollan nuevas tecnologías de superficie, materiales y lubricación, el mundo podría tener un ahorro que equivaldría al 1,4% del PIB anual y al 8,7% del consumo total de energía a largo plazo (15 años), según un estudio internacional.
Durante las dos últimas décadas, las aleaciones que son una mezcla de Hierro, Manganeso, Aluminio y Carbón (Fe-Mn-Al-C) han sido ampliamente investigadas para aplicaciones industriales debido a su baja densidad y a su excelente combinación de resistencia y ductilidad en comparación con los aceros convencionales de alto manganeso.
En la publicación científica "On the Tribocorrosion Behavior of Fe-Mn-Al-C Alloys in Ringer’s Solution" que salió en Metals en agosto de 2022, Gisselle Marcela Barona, física, investigadora de maestría y la autora principal del estudio, encontró que para un caso, dependiendo del potencial aplicado, la adición de aluminio promueve la formación de precipitados sobre la superficie del material formando una barrera porosa entre la aleación y su entorno.
Barona dijo que en el otro caso, la adición de aluminio promovió la formación de una fase protectora en algunas zonas de la superficie del material.
“El estudio formó parte de un proyecto más amplio para examinar la resistencia al desgaste de estas aleaciones”, manifestó Barona, añadiendo que la solución de Ringer, donde las aleaciones estaban sumergidas, es un fluido salino con un equilibrio de sales y pH similar al del cuerpo humano.
Foto: Gisselle Marcela Barona. Crédito: Andrew James/NCC-FI/Univalle
Seguidamente, se sometieron a la exposición de la solución de Ringer y al desgaste mecánico al mismo tiempo. Después, usaron Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en Inglés) y Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS, por sus siglas en Inglés), junto con otras técnicas para observar el efecto de la tribocorrosión.
La profesora Sara Aida Rodríguez, investigadora del Grupo de Investigación en Fatiga y Superficies y tutora de Barona, dijo que estas aleaciones son más livianas y económicas que opciones actuales.
“Materiales convencionales como cromo y níquel, que están presente en los aceros inoxidables, forman una película pasiva sobre la superficie y estabilizan la fase austenita, respectivamente , y en el proyecto, encontramos un comportamiento semejante con el aluminio y el manganeso”, explicó la profesora Rodríguez
Leer más de la EI Mecánica: Una rueda de agua moderna llevará electricidad renovable a causa de un trabajo de Univalle.
La Investigación
En la publicación científica, Barona y sus colaboradores detallaron cómo produjeron placas de aleación de 6 mm de grosor y, tras el enfriamiento, se trataron las placas en solución a 900 ◦C durante una hora y luego se enfriaron para alcanzar la condición final.Seguidamente, se sometieron a la exposición de la solución de Ringer y al desgaste mecánico al mismo tiempo. Después, usaron Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en Inglés) y Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS, por sus siglas en Inglés), junto con otras técnicas para observar el efecto de la tribocorrosión.
La profesora Sara Aida Rodríguez, investigadora del Grupo de Investigación en Fatiga y Superficies y tutora de Barona, dijo que estas aleaciones son más livianas y económicas que opciones actuales.
“Materiales convencionales como cromo y níquel, que están presente en los aceros inoxidables, forman una película pasiva sobre la superficie y estabilizan la fase austenita, respectivamente , y en el proyecto, encontramos un comportamiento semejante con el aluminio y el manganeso”, explicó la profesora Rodríguez
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Imagen: Unas imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en Inglés), mostrando el efecto del tribocorrosion. Crédito: Gisselle Marcela Barona.
“Aunque tal vez tienen aplicaciones médicas, por ejemplo en la ortopedia, estas aleaciones también son más económicas que las aleaciones convencionales que contienen cromo y níquel”, manifestó la profesora Rodríguez.
Las investigadoras dijeron que si Colombia va a fabricar estas aleaciones, podría ser una gran ventaja para el país.
“Con estas aleaciones podemos pensar en cómo Colombia puede mover la economía local”, manifestó Barona, añadiendo que la industria local puede bajar los costos asociados con importaciones.
Además, la profesora Rodríguez explicó que el proyecto de Barona tuvo un gran impacto en el ámbito científico.
“Anteriormente, no había un método escrito para los ensayos que hizo Marcela y ahora todos los detalles están allí para que cualquier persona puede seguir lo mismo método con otras aleaciones”, planteó la profesora Rodríguez, añadiendo que fue un gran logro que Barona pudiera hacer este trabajo durante lo años más duros de la pandemia de Covid-19.
Barona dijo que ahora está buscando oportunidades para investigación de doctorado en el exterior.
“En la tribología, hay una buen grupo en EPFL, en Suiza”, manifestó Barona.
Impacto del trabajo
Ambas, Barona y Rodríguez, comentaron que el proyecto es un paso temprano para explorar las posibilidades de este material, tanto en utensilios domésticos como las aplicaciones médicas.“Aunque tal vez tienen aplicaciones médicas, por ejemplo en la ortopedia, estas aleaciones también son más económicas que las aleaciones convencionales que contienen cromo y níquel”, manifestó la profesora Rodríguez.
Las investigadoras dijeron que si Colombia va a fabricar estas aleaciones, podría ser una gran ventaja para el país.
“Con estas aleaciones podemos pensar en cómo Colombia puede mover la economía local”, manifestó Barona, añadiendo que la industria local puede bajar los costos asociados con importaciones.
Además, la profesora Rodríguez explicó que el proyecto de Barona tuvo un gran impacto en el ámbito científico.
“Anteriormente, no había un método escrito para los ensayos que hizo Marcela y ahora todos los detalles están allí para que cualquier persona puede seguir lo mismo método con otras aleaciones”, planteó la profesora Rodríguez, añadiendo que fue un gran logro que Barona pudiera hacer este trabajo durante lo años más duros de la pandemia de Covid-19.
Barona dijo que ahora está buscando oportunidades para investigación de doctorado en el exterior.
“En la tribología, hay una buen grupo en EPFL, en Suiza”, manifestó Barona.
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