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Desarrollo de materiales compuesto de polipropileno y nanoestructuras de carbonoGarzón, Cristhian Andrés January 2014 (has links)
Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de compuestos poliméricos de polipropileno (PP) con nanoestructuras de carbono, mediante mezclado en fundido. El interés principal radica en el desarrollo de materiales multifuncionales que presenten conductividad eléctrica, estabilidad térmica y elevadas propiedades mecánicas, para igualar o superar las propiedades de los nanocompuestos de PP con nanotubos de carbono (CNT), bajo las mismas condiciones de procesamiento, y de este modo poder obtener materiales económicamente más competitivos. Por tal razón, el objetivo de la tesis es analizar el efecto del tipo de estructura de carbono (CNT, grafito (G) y óxido de grafeno térmicamente reducido (TrGO)) sobre las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas de nanocompuestos de PP. Además, se estudia el efecto de un tratamiento térmico de recocido y de adicionar una segunda nanopartícula, sobre el desempeño de los nanocompuestos.
Los resultados indican que la conductividad eléctrica depende fuertemente del tipo de relleno utilizado, lográndose obtener valores de conductividad eléctrica del orden de 10-3 S/m a concentraciones de sólo 2 y 4% en vol. de CNT o TrGO, respectivamente, mientras que en compuestos de PP con G, una conductividad similar se logra con concentraciones de 20% en vol. Del mismo modo, la estabilidad térmica de los nanocompuestos (a bajas concentraciones) es por lo menos 50 ºC superior que los microcompuestos con G. El módulo de Young de los compuestos bajo tracción se incrementó sustancialmente en relación al PP, para todas las partículas a base de carbono, mientras que la ductilidad disminuyó. Los resultados reológicos bajo condiciones de corte oscilatorio en estado fundido, mostraron que los materiales experimentan una transición de líquido a sólido en una concentración umbral que depende fuertemente del tipo de relleno usado, por ejemplo: 5% en vol. de CNT, 4% en vol. para TrGO, y 20% en vol. para G. Mediante un tratamiento térmico de recocido a los compuestos en estado fundido, la conductividad eléctrica se puede incrementar varios órdenes de magnitud, aunque depende del tipo de relleno y su concentración. Sin embargo, la estabilidad de los compuestos térmica no se ve afectada por el recocido.
La conductividad eléctrica, estabilidad térmica y viscosidad de los compuestos de PP/TrGO puede incrementarse por la adición de CNT, obteniendo materiales híbridos con bajas concentraciones de CNT (que no superan el 1.5% en vol.), los cuales poseen propiedades superiores a las mezclas binarias, lo que se traduce en un ahorro económico significativo y facilidad en el procesamiento de este tipo de compuestos.
Se estableció que las propiedades finales de un material nanocompuesto dependerán no sólo de la morfología del relleno, sino también del tamaño y el estado de dispersión dentro de la matriz.
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Desarrollo de materiales compuestos de polimero biodegradable/vidrio bioactivo dopado con Cu y/o Zn para su uso potencial como biomaterial óseoBejarano Narváez, Julián January 2015 (has links)
Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 24/3/2020. / Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / El desarrollo de biomateriales para regenerar huesos es un gran desafío, debido a que los
materiales de ingeniería convencionales no logran replicar exactamente todas las funciones
biológicas del tejido natural. Además, los biomateriales usados presentan alto riesgo de generar
infecciones debido a biopelículas bacterianas. En este sentido, esta tesis doctoral pretende
desarrollar materiales compuestos porosos (scaffolds) de matriz polimérica biodegradable con
micropartículas de vidrio bioactivo dopado con iones metálicos terapéuticos y antibacteriales,
como una alternativa de gran potencial para reparar tejido óseo.
Se sintetizaron por el proceso sol-gel, vidrios bioactivos ternarios (60SiO2-36CaO-4P2O5
%mol, 58S) y cuaternarios (60SiO2-25CaO-11Na2O-4P2O5 %mol, NaBG) dopados con 1, 5 y 10
%mol de CuO y/o ZnO. Los resultados mostraron que las propiedades de los vidrios dopados
dependieron del tipo de ion metálico y su porcentaje de incorporación. En particular, los vidrios
mostraron bioactividad por la formación de apatita, sin embargo la incorporación de Cu y Zn
disminuyó la bioactividad, con el Zn inhibiendo en mayor magnitud. La liberación de iones
dependió del tipo de vidrio bioactivo (58S o NaBG) y para el caso de los iones metálicos, la
liberación de Cu+2 fue hasta 30 veces mayor a la de Zn+2. La citocompatibilidad de los vidrios a
células óseas dependió de la liberación iónica de los vidrios, siendo los vidrios NaBG más
citocompatibles que los 58S. A mayor incorporación de Cu y Zn disminuyó la citocompatibilidad
de los vidrios. Sin embargo, los vidrios basados en el NaBG dopados con 1%mol de metal fueron
bioactivos, citocompatibles y presentaron propiedades antibacteriales, por ello fueron usados
como relleno en la fabricación de scaffolds de poli(D,L-láctico), PDLLA, por incorporación de
10 y 30% en peso de vidrio usando un proceso de liofilización con lixiviado de partículas de
NaCl como porógeno. Los scaffolds preparados presentaron porosidad interconectada de 100-400
m, adecuada para el crecimiento óseo y vascular. Se logró un incremento hasta del 130% en el
módulo de Young de los scaffolds con la incorporación de 10% de vidrio, sin embargo, la
resistencia a la compresión no mejoró significativamente. La incorporación de vidrio bioactivo
permitió la formación de apatita y moduló la degradación del scaffold de PDLLA, evaluada por
absorción de agua, pérdida de peso y cambio de pH en el medio. En general, todos los scaffolds
presentaron buena citocompatibilidad a células madres. Además, los scaffolds con Cu
promovieron mejor la angiogénesis (actividad VEGF) y los scaffolds con Zn la osteogénesis
(actividad ALP), mientras que el scaffold con Cu y Zn mostró un efecto sinérgico en ambas
propiedades. Estos iones metálicos también le proporcionaron capacidad antibacterial al scaffold
de PDLLA, frente a la bacteria S. aureus.
En esta investigación se demostró que es posible, mediante la incorporación de iones
metálicos, diseñar un biomaterial poroso multifuncional, con degradación adecuada, capacidad
antibacterial, y potencial osteogénico y angiogénico para su uso en regeneración ósea, por
ejemplo, en defectos craneofaciales.
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Estudio del sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo rotacionalArribasplata Seguin, Adan Smith 15 February 2017 (has links)
En el 2012, el Ministerio del Ambiente presentó el cuarto informe sobre desechos solido municipales y no municipales. Según este documento, durante el 2010, en nuestro país se generaron 613 toneladas de residuos sólidos plásticos por día. La región de Lima produce un 51,4% de los residuos plásticos totales y, dado que, solo un 31,6% de sus distritos reportaron sobre la gestión de sus residuos, entonces, la cantidad de desechos plásticos generados podría resultar ser más alta al de la cifra citada. Entonces, dado que Lima es la región que genera la mayor cantidad de desechos plásticos a nivel nacional y es, al mismo tiempo, la región donde se concentra mucha de la actividad industrial, es posible pensar en un sector industrial local que trate de reusar estos desechos y los transforme en productos con valor agregado. Así, uno los procesos más usados a nivel industrial para la fabricación de productos huecos de gran volumen, libres de esfuerzos residuales y a bajo costo con respecto a otros procesos, es el proceso de moldeo rotacional.
En este sentido, el objetivo principal de esta investigación es estudiar el sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo rotacional con el fin de incentivar el uso de materiales alternativos, conformados a partir materiales considerados como desechos, dentro del sector industrial.
Para cumplir con el objetivo principal, se ha estudiado el estado del arte referente al proceso de moldeo rotacional y a los materiales compuestos constituidos de plástico y madera. Se han identificado los parámetros críticos del proceso de moldeo de estos materiales tales como la temperatura y el tiempo de calentamiento y el tamaño y la proporción en volumen de las partículas de madera, a partir de los cuales, fue posible idear una metodología experimental. En base a esta metodología, se llevaron a cabo ensayos de moldeo rotacional en cuatro etapas diferentes y, en cada una de ellas, se elaboraron varios materiales compuestos según diferentes condiciones de moldeo. Al final de cada etapa, estos materiales fueron sometidos a ensayos de tracción a fin de evaluar el efecto de los parámetros del proceso sobre las propiedades mecánicas del material determinados en base a dicho ensayo de control. En la primera etapa, se determinaron las temperaturas y tiempos de calentamiento. Durante la segunda, tercera y cuarta etapa, se evaluaron el efecto de la proporción en volumen de las partículas de madera, del tamaño de partícula de madera de la temperatura, respectivamente. Los constituyentes también han sido caracterizados.
Se ha estudiado el sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo rotacional y se ha demostrado que el proceso de sinterización se realiza más eficazmente a mayor temperatura y mayor tiempo de calentamiento para una misma proporción de madera. El material de mejores propiedades mecánicas es aquel que está constituido por un 15 % en volumen de partículas de madera y ha sido moldeado a 300 °C durante 25 minutos. Asimismo, se probado que a medida el contenido de madera aumenta, se dificulta el proceso de sinterización y disminuyen las propiedades mecánicas del material compuesto; mientras que, a medida que disminuye el tamaño de partículas de madera, las propiedades mecánicas mejoran. / Tesis
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Elaboración de un compósito bioactivo y biocompatible a base de biovidrio 45S5 y óxido de grafenoRoss Ortiz, Carolina Paz January 2018 (has links)
Ingeniera Civil Química.
Ingeniera Civil en Biotecnología / El continuo y creciente envejecimiento de la población conlleva a una mayor incidencia de enfermedades degenerativas óseas. Para su reparación se necesitan implantes que en un futuro no darán abasto para cubrir estas necesidades. Así, se hacen necesarias nuevas alternativas de reemplazo de injerto como los biomateriales. Entre ellos, el biovidrio 45S5 (BV) ha mostrado excelentes propiedades de biocompatibilidad y biodegradabilidad, mientras que el óxido de grafeno (GO) de proliferación y diferenciación celular. Es así que, se propone elaborar un compósito a base de biovidiro 45S5, evaluando la adición de óxido de grafeno para la bioactividad, capacidad antimicrobiana y viabilidad celular. Se espera obtener un mejor desempeño para el compósito de BV/GO 0.5% dado sus propiedades reportadas en bibliografía.
La metodología parte con la elaboración del biovidrio (sol-gel) y la de GO (Marcanos-Terrones), fabricando polvos a razones de 20:0, 20:0.5 y 20:2 para BV:GO respectivamente. Se caracterizó el material con XRD y SEM/EDS, se analizó la bioactividad mediante la formación de una capa de hidroxiapatita (HCA) para los días 1, 7 y 14 en SBF, se evalúo la actividad antimicrobiana sobre gram-positiva y negativa midiendo la cantidad de unidades formadoras de colonia, y la viabilidad celular sobre células madre mesenquimales de pulpa dental humana.
En cuanto a la bioactividad, no se pudieron observar los resultados para GO al 2% por la disolución completa de la muestra, mientras que el BV/GO 5% mostró casi el doble de formación de HCA en comparación con BV puro. La actividad antimicrobiana tuvo mejor desempeño para el biovidrio solo en ambas bacterias (~500 UFC), luego los compósitos con GO (~104 UFC), y finalmente el GO solo (No Contable). En viabilidad celular BV/GO 0.5% exhibió un desempeño de 66% de células activas metabólicamente para el séptimo día, mientras que 64% para BV y 61% para BV/GO 2%.
Se concluye que el candidato con más potencial para aplicaciones biomédicas es el BV/GO al 0.5%, pues presenta el mejor desempeño en la bioactividad y viabilidad celular, quedando en duda su verdadero potencial para la actividad antimicrobiana por las condiciones del protocolo.
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Estudio de las propiedades mecánicas de materiales compuestos sinterizados fabricados mediante moldeo rotacional a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperadaMendez Zamora, Diego Alexander 15 June 2017 (has links)
La gran acumulación de desperdicios sólidos es un problema de carácter mundial y
nacional. El número de botaderos y rellenos sanitarios es cada vez mayor y el volumen
de los mismos aumenta considerablemente debido a la falta de proyectos para reciclar,
reutilizar y recuperar estos residuos. Gran parte de estos son residuos plásticos que no
han sido reutilizados y residuos de maderas provenientes de las mermas de diferentes
procesos industriales.
En respuesta a esta problemática, en la Pontificia Universidad Católica del Perú se viene
desarrollando un proyecto de investigación que propone la reutilización de estos
desperdicios en la fabricación de materiales compuestos de plástico y madera
empleando procesos de sinterizado mediante moldeo con y sin presión. En esta
perspectiva, se propone utilizar el moldeo por compresión y el moldeo rotacional como
métodos de fabricación para la producción de piezas de geometría compleja.
El objetivo de la presente tesis es estudiar las propiedades mecánicas de materiales
compuestos sinterizados sin presión, fabricados mediante moldeo rotacional a partir de
polietileno reciclado y madera capirona recuperada.
La metodología experimental de la presente tesis consistió en lo siguiente: En primer
lugar, se determinaron las propiedades de los constituyentes del material compuesto.
En segundo lugar, se fabricaron muestras cilíndricas del material compuesto, a partir de
diferentes proporciones de contenido en volumen de polietileno de alta densidad y
madera capirona. En tercer lugar, se fabricaron las probetas que se utilizaron para los
ensayos de tracción, flexión e impacto. Finalmente, se realizaron los ensayos de
tracción, flexión e impacto, así como ensayos de caracterización del material compuesto
tales como ensayo de densidad y absorción de agua. Todos estos procedimientos se
realizaron según las normas ASTM correspondientes.
Las mejores propiedades obtenidas se presentaron para 10% en volumen de partículas
de madera capirona y 25 minutos de tiempo de permanencia en el horno: 19 MPa de
resistencia a la tracción; 1147 MPa de módulo elástico en tracción; 21 MPa de
resistencia a la flexión; 742 MPa de módulo elástico en flexión; 0,53 J/cm2 de resistencia
al impacto; 0,4% de absorción de agua y 0,95 g/cm3 de densidad, en promedio. / Tesis
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Desarrollo de armazones (scaffolds) biodegradables procesados por microondas para su aplicación en ingeniería de tejidosTroncoso Heros, Omar Paúl 09 May 2011 (has links)
Se desarrolló un nuevo proceso para la fabricación de armazones ("scaffolds") porosos para su aplicación en Ingeniería de Tejidos mediante una técnica de calentamiento por microondas. El objetivo del trabajo es producir estos armazones usando polímeros naturales biodegradables y caracterizarlos según sus propiedades físicas y mecánicas para así explorar su potencial uso en ingeniería de tejidos. / Tesis
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Actividad fotocatalítica de nanoestructuras ZnO y ZnO:M (M: Fe, Cu, Ag)Rojas Michea, Carolina Valeria January 2016 (has links)
Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química / En el presente trabajo de investigación se sintetizó materiales nanoestructurados de óxido de cinc mediante la técnica de sol gel. Con el objetivo de mejorar sus capacidades fotocatalíticas en la síntesis se incorporó cantidades conocidas de metales (dopaje), a saber, Cu, Fe y Ag, esto para producir cambios en su morfología y estructura cristalina. Se incorporó cobre en un 0.5, 1, 1.5 y 2% en fracción molar, hierro en un 0.25, 0.5, 0.75 y 2% en fracción molar y plata en un 0.5, 2, 3, 6 y 9% en fracción molar.
Para caracterizar los materiales se realizó medidas de área superficial BET, microscopía electrónica de barrido, microscopía de transmisión electrónica, microscopía de transmisión electrónica de alta resolución, difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía micro-Raman, fotoluminiscencia (FL), y espectroscopía UV visible. Finalmente se llevaron a cabo pruebas de fotocatálisis con luz visible para evaluar las potenciales mejoras en el rendimiento de los materiales, y se determinaron las constantes cinéticas de aquellos que evidenciaron el mayor rendimiento en descontaminación de agua.
Se obtuvo muestras de tamaño nanométrico con una morfología de partícula en el caso de hierro y plata. En el caso de cobre la morfología fue varillas. S observó que la incorporación de hierro y plata en el óxido de cinc favorecen la fotocatálisis, no así el cobre.
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Synthesis of silver nanoparticles in hydrogelsSchelestow, Kristina 16 April 2018 (has links)
The present work is concerned with the fabrication of a novel hydrogel-silver hybrid material, the characterization regarding its structural and antibacterial properties and the investigation of its interaction with glass surfaces. Hydrogels based on N-isopropylacrylamide, a functionalized macromonomer of 2-oxazolines and N,N'-methylene bisacrylamide as a cross-linker were synthesized via radical polymerization using ammonium persulfate and N,N,N,N'-tetramethylene diamine as initiator system. By complexion with silver cations from a silver nitrate solution and a subsequent reduction with sodium borohydre, silver nanoparticles inside the polymer network were formed. Bulk hydrogels of different composites were characterized concerning their structure and their water absortive capacity. The formation of silver nanoparticles as well as its influencing factors were analysed and could be confirmed quantitavely. The antibacterial activity of the developed composite material in this powder form was determinated via count test applying it to Staphylococcus aureus. The number of bacteria could be reduced to approximately 0.1% compared to the reference value without silver nanoparticles. Thus, the hydrogel-sliver hybrid can be appraised as suitable for biomedical applications. Finally, different hydrogel layers were produced on fotosensitive glass FS21 and evaluated regarding their applicability for microsystems technology. / Tesis
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Propiedades físicas de materiales híbridos organo-inorgánicos basados en redes de fosfato funcionalizados con complejos de metales de la primera serie de transiciónSaldías Pérez, Marianela January 2013 (has links)
Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencias de los Materiales / En este trabajo de tesis se presenta la síntesis, estudio estructural y magnético de materiales basados en redes inorgánicas de fosfato de oxovanadio: (VVPO), (VIVPO), (VIIIPO) y oxovanadio (VVO), funcionalizadas con metales de la primera serie de transición: CuII (3d9), FeIII (3d5) y MnII (3d5).
El método de síntesis hidrotermal permitió aislar ocho materiales, los cuales exhiben diferente dimensión estructural: [{Mn(fen)2}(VO3)2]n (1) (1D), [{Mn(bipy)(VO3)2}{VO2(bipy)}(VO3)(V2O6)]n (2) (1D), [V4O10(fen)2]n (3) (1D), (materiales VO), [Cu(bipy)(VO2)(PO4)]n (4) (1D), [Cu(fen)(VO2)(H2PO4)(HPO4)]n (5a) (1D), [{Cu(fen)}2(VO)3(PO4)2(HPO4)2] 2H2O (5b) (2D), [{Cu(fen)}2(VO4)(H2PO4)2(PO4)(H2O)2]n (6) (1D), K3[Fe3.26V0.74(OH)O(PO4)4(H2O)2] 2H2O (7) (3D) y [(VO)3(μ PO4)2(bipy)(μ OH2)] 1/3 H2O (8) (1D), (materiales VPO).
El estudio de las propiedades magnéticas de los materiales híbridos (1), (2), (4), (5b), (6) y (8) se realizó en base a las mediciones de magnetización en función de la temperatura. Los ajustes de los datos de susceptibilidad magnética experimentales, utilizando modelos analíticos y método de diagonalización matricial, permitieron obtener las constantes de acoplamiento magnético, J, para cada sistema.
Para los compuestos (1) y (2) se observa un comportamiento antiferromagnético débil (J <1 cm-1), el cual se debe principalmente al número de átomos puente entre los centros paramagnéticos de MnII. Los compuestos (4) y (6) también presentan comportamiento antiferromagnético débil. Para (4) la constante de acoplamiento indica una interacción magnética más intensa que para el caso de (6), favorecida por factores geométricos, específicamente, por la disposición Cuec-Cuec. Para los sistemas (5b) y (8) las constantes J también reflejan la naturaleza antiferromagnética presente en ambos casos, siendo este fenómeno debido a la presencia de dos especies paramagnéticas, CuII y VIV. En (5b), los valores de J más negativos indican que los caminos más favorecidos para el acoplamiento magnético se producen entre centros de igual naturaleza (Cu-Cu y V-V). En (8) el valor de J >100 cm-1 también indica que la intensidad del acoplamiento magnético entre la dupla Vec-Vec está favorecido por la simetría orbital.
En resumen, se logró relacionar factores geométricos con los fenómenos magnéticos cooperativos observados.
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Estudio experimental de la interacción sólido-líquido y la generación de partículas de desgaste esféricas en fisuras abiertas por FCRUrrestarazu, Adrian Matias 15 November 2016 (has links)
El daño por fatiga de contacto que involucra la formación y desprendimiento de
fragmentos de la superficie en forma de “escamas” es una de las principales causas de
degradación y falla en elementos sometidos a movimiento relativo de rodadura, tales como
dientes de engranajes, componentes de cojinetes rodantes, árboles de levas, rieles de
ferrocarril, etc. Este modo de daño llamado “fatiga de contacto por rodadura” ó por sus siglas
“FCR” (en inglés “rollingcontact fatigue” ó “RCF”) es fenomenológicamente complejo, y su
comprensión realizaría un gran aporte al área de la tribología. Además, la generación de
partículas de desgaste de forma esférica es asociada a los fenómenos de FCR.
En este trabajo de tesis se estudia el comportamiento de diferentes materiales sometidos a
fatiga por rodadura de contacto. Esto involucra el análisis de penetración de diferentes fluidos
en fisuras pre-existentesy el estudio de las partículas de desgaste esféricas generadas durante
el mencionado proceso tribológico.
Con este propósito se realizaron ensayos en un tribómetro de contacto lineal y otro de
contacto puntual. Los ensayos lineales fueron realizados con materiales de contacto
rueda/pista de SAE 4140/SAE 4140 y SAE 4140/CAMPLO 2005 T3 con cuatro lubricantes
diferentes. Los lubricantes utilizados fueron glicerina pura, agua pura, y dos disoluciones de
la glicerina con agua al 75% y 50%en peso. Los lubricantes fueron mezclados con una
pequeña cantidad de elementos trazadores para ser reconocidos dentro de la fisura mediante
análisis de composición química puntual. Asimismo, los ensayos de contacto puntual se
realizaron sobre rodamientos comerciales tipo crapodina, con pista de SAE 52100 y bolillas
de Nitruro de Silicio (Si3N4). Como lubricante se utilizó vaselina líquida, libre de aditivos.
Por otra parte, las condiciones de contacto fueron modeladas mediante teorías termoelastohidrodinamicas
TEHD, para conocer principalmente la distribución de presión sobre la superficie y el espesor de película lubricante generado en las diferentes condiciones de
contacto.
Los resultados obtenidos en ensayos de FCR con contacto lineal en probetas de aleación de
base aluminio muestran que en el rango de velocidad y presión de contacto aplicados, la
penetración fluido lubricante dentro de las fisuras no depende de la viscosidad del fluido (en
un rango de 8x10-4 a 5.9x10-1Pa.s) y que el mecanismo produce una notable cantidad de
partículas esféricas de desgaste en el interior de las fisuras.
Por otra parte, en los ensayos de contacto puntualse forman partículas de desgaste esféricas
cuyos elementos componentes están relacionados con el estado de las superficies de rodadura.
Al desarrollarse fisuras por RCF aparecenpartículas esféricas con hierro, oxígeno y cromo.
Globalmente, los resultados de esta tesis permiten concluir que la nueva metodología
propuesta para el análisis de penetración de líquido en diferentes condiciones de ensayo,
permite identificar experimentalmente el comportamiento de las fisuras por FCR para
diferentes materiales y condiciones.Además, las conclusiones alcanzadas en este estudio
representan un aporte al conocimiento tecnológico del área de mantenimiento predictivo
facilitando la toma de decisiones respecto de acciones que prevengan la falla prematura severa
en equipos industriales. / Damage by fatigue contact, which involves the formation and detachment of fragments of
a surface in the form of "flakes", is one of the main causes of degradation and failure in
rolling elements subjected to relative motion, such as gear teeth, rolling bearings, camshafts,
railroad tracks, etc. This mode of damage,known as "rolling contact fatigue" or, by its
acronym, "RCF", is phenomenologically complex, and its understanding would makes a great
contribution to the area of tribology. Moreover, the generation of spherical wear particles is a
phenomenon associated to FCR.
In this thesis, the behavior of different materials subjected to rolling contact fatigue
isstudied.This involves the analysis of the penetration of different fluids into pre-existing
cracks and the study of the spherical wear particles generated during thistribological process.
With this purpose, different tests were carried out in tribometersof linear and point contact.
Linear tests were conducted with wheel/track contact based in SAE 4140/SAE 4140 and SAE
4140/CAMPLO 2005 T3 using four different lubricants. The lubricants were: pure glycerin,
pure water, and two solutions with 50 and 75wt% of glycerinin water. Small amounts of
tracers were added to the lubricants to determine their depths of penetration inside the
cracksby elemental analysis using Energy-dispersive X-ray spectroscopy. On the other hand,
the point contact tests were performed on commercial thrust bearings based on SAE 52100
raceways and Silicon Nitride (Si3N4) balls. Additive-free liquid vaseline was used as
lubricant.
Moreover, thermo-elasto-hydrodynamic (TEHD) theories were used, mainly to calculate
the pressure distribution on the surface and the lubricant film thickness generated at the
different contact conditions. The resultsobtained fromthe FCR line contact testson specimens of aluminum based alloy
show that, in the range of speed and contact pressure applied, the penetration of the lubricant
fluid inside the cracks does not depend on the viscosity of the fluid (in the range of 8 10-4 to
0.59 Pa.s) and that the wear mechanism produces a considerable amount of spherical particles
inside the cracks.
Furthermore, spherical particles are formed during the point contact wear tests, whose
component elements can be associated with the state of the running surfaces. When RCF
cracks appear, spherical particles are generated that contain iron, oxygen and chromium.
Overall, the results from this thesis allowto conclude that the proposed new methodology
for the analysis of liquid penetration under different test conditions allow to experimentally
identify the behavior of RCF cracks of different materials and conditions. Furthermore, the
conclusions reached in this study represent a contribution to technological knowledge for the
area of predictive maintenance, facilitating making decisionson actions to prevent severe
premature failure in industrial equipment.
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