This doctoral thesis studies the physical properties of polymeric composite materials, with the addition of ground tire rubber particles (GTR) and the use of any of these compounds for the electrical industry, either as a semiconductor, roofing, piping, insulation and stuffed in the world of electric cables or electric industry in general to provide an outlet for reusable materials from tires and give a new application is interesting for industry and also provide a solution to the serious problem of recycling such waste are as difficult to reuse the tires out of use. The difficulty to eliminate stocks of abandoned tires or store is a serious environmental problem. At present, various methods for recycling used tires, such as mechanical grinding, which separates the vulcanized rubber and steel fibers, using the rubber in many applications such as flooring, insulation, shoes, etc.. The carbon black is an important component in the tires with rates up to 30%, which is used to improve the behavior of these abrasive. This thesis investigates the electrical behavior (conductivity, permittivity, electric module, ...) of different composite materials obtained by mixing different polymers with different percentages of GTR (up to 70%) see their response depending on the amount of GTR, also depending on the frequency and temperature and see the potential feasibility for use in specific applications in the electric field. For this thesis are done different mixtures of materials (polymer insulators) with GTR to study the microstructural properties, thermal, mechanical and dielectric, by performing several tests: test DEA (impedance), test Drive Strain, Young's modulus, elongation at break, tensile strength, hardness, microstructure analysis by electron microscopy and thermal analysis by DSC testing of all compounds that have been made and conclusions drawn as to affect the incorporation tire dust in different proportions of GTR(0-5-10-20-40-50 and 70% ) and with different particle sizes (<200 µm, 200-500 µm,>500 µm). From then analyzes the information obtained from all the research done to extract conclusions, then analyzes the current regulations and how they might use some of the compounds analyzed by the electrical industry, and thus recovered difficult to recycle waste while helping to lower production costs by adding powder tires. In addition, this can mean that quantifies savings in the global market and the Spanish market while environmental factors are weighted, such as the CO2 emissions and the storage of this waste. / A la present Tesi doctoral s'aborda l'estudi de propietats físiques de materials polimèrics compostos, amb l’addició de partícules neumàtic fora d’ús (NFU o GTR –en anglès-) triturat i l'aprofitament d'algun d'aquests compostos per a la indústria elèctrica, ja sigui com a semiconductor, cobertes, canalitzacions, aïllament i farcits, en el món dels cables elèctrics o la indústria elèctrica en general per donar sortida a materials reutilitzables provinents de pneumàtics fora d'ús i donar una nova aplicació que sigui interessant per a la indústria i alhora donar una solució al greu problema del reciclatge d'aquest tipus de residus de difícil reutilització com son els neumàtics fora d’ús. La dificultat per eliminar els estocs de pneumàtics abandonats o emmagatzemar constitueix un greu problema mediambiental. En l'actualitat, s'utilitzen diversos mètodes per al reciclatge de pneumàtics, com la trituració mecànica, en la qual se separa el cautxú vulcanitzat de l'acer i les fibres, utilitzant aquest cautxú en nombroses aplicacions com paviments, aïllants, calçat, etc. El negre de fum és un component important en els pneumàtics amb percentatges de fins al 30%, que s'utilitza per millorar el comportament abrasiu d'aquests. En aquesta tesi doctoral s'investiga el comportament elèctric (conductivitat, permitivitat, mòdul elèctric, ...) de diferents materials compostos obtinguts mitjançant la barreja de diferents polímers amb diferents percentatges de NFU (fins a un 70%), veure la seva resposta en funció de la quantitat de NFU, en funció també de la freqüència i de la temperatura i veure la possible viabilitat per a ser utilitzats en aplicacions concretes en l'àmbit elèctric. Per a la present tesi doctoral es realitzen diferents mescles de materials (polímers aïllants), amb NFU per estudiar les propietats microestructurals, tèrmiques, mecàniques i dielèctriques, mitjançant la realització de diversos assaigs: assaig DEA (espectroscòpia d'impedàncies), assaig Tracció-Deformació , Mòdul de Young, Allargament a la ruptura, Resistència a la Ruptura, Duresa, Anàlisi de Microestructura mitjançant Microscòpia Electrònica i anàlisi tèrmica mitjançant assaig DSC de tots els compostos que s'han realitzat, i s'extreuen conclusions de com afecta la incorporació de pols de pneumàtic en diferents proporcions (0-5- 10-20-40-50 i 70% de NFU) i amb mides de partícula diferents (<200 μm, 200-500 μm, >500 μm). A partir d'aquí s'analitza la informació obtinguda de tota la investigació realitzada per extreure conclusions, tot seguit s'analitza la normativa vigent actual i de quina manera es podria utilitzar algun dels compostos analitzats per a la indústria elèctrica, i així es valoritza un residu de difícil reciclatge al mateix temps que es contribueix a baixar costos de producció per addició de pols de Pneumàtic Fora d'Ús. A més es quantifica en que pot suposar aquest estalvi a nivell mundial i espanyol a la vegada que es ponderen factors mediambientals, com pot ser l'emissió de CO2 i l'emmagatzematge d'aquest residu.

En este trabajo se presenta de forma muy detallada los procedimientos realizados y los resultados obtenidos en la evaluación de las propiedades tribológicas y mecánicas de cuatro grupos de recubrimientos duros obtenidos por técnicas PVD, además, se describen los procedimientos de depósito de los recubrimientos. Con un sistema de bola sobre disco se estudió el coeficiente de fricción y el desgaste en deslizamiento de los recubrimientos, además, se evaluó la tasa de desgaste abrasivo mediante un disco abrasivo. Se realizaron medidas de dureza y adhesión mediante un nanoindentador. Para el estudio de la composición química, microestructura y morfología de los recubrimientos se utilizaron las siguientes técnicas: DRX, espectroscopia Raman, SEM, EDS y GDOES. Se depositaron monocapas de CrC por evaporación por arco catódico (CAE) sobre sustratos de acero. Para obtener estos recubrimientos se utilizaron blancos de Cr en una atmósfera reactiva de C2H2, variando la presión de depósito desde 6.1 a 0.4 Pa. Los coeficientes de fricción presentaron un comportamiento paralelo a la evolución de la estructura cristalina y dureza de los recubrimientos, se obtuvieron valores altos de coeficientes de fricción y de dureza en los recubrimientos con la fase Cr3C2 depositados con presiones de 0.4 Pa. Los recubrimientos depositados con la presión de 6.1 Pa mostraron los más bajos valores de coeficientes de fricción, mientras que los valores de dureza disminuyeron considerablemente. Estos últimos recubrimientos mostraron una fase amorfa de CrC con exceso de carbono. Se obtuvo otro grupo de recubrimientos de CrC mediante pulverización catódica magnetrón, a partir de un blanco de Cr en una atmósfera de gas reactivo de CH4. Durante el depósito de estos recubrimientos se varió la composición del gas, la polarización del sustrato y la presión. Los coeficientes de fricción muestran un amplio rango de variación, que va desde 0.7 para el recubrimiento con el más bajo contenido de carbono hasta valores de 0.2 para los recubrimientos con exceso de carbono. Los recubrimientos de composición estequiométrica Cr3C2 y cercana a ella revelaron coeficientes de fricción alrededor de 0.4 y los más altos valores de dureza de todos los recubrimientos de este grupo. Las tasas de desgaste en deslizamiento y abrasivo presentaron un comportamiento análogo, presentando los recubrimientos con los más altos contenidos de carbono las más bajas tasas de desgaste.Además, se depositó una serie de recubrimientos multicapa de Cr/CrC mediante pulverización catódica magnetrón. Los períodos de bicapa Cr/CrC presentaron variaciones entre 22 y 300 nm, con espesores totales de recubrimientos muy similares. Las propiedades tribológicas de estos recubrimientos multicapa están determinadas por las propiedades tribológicas de cada una de las capas que forman la multicapa. La fricción en los primeros ciclos de ensayo refleja la fricción de la capa más externa (CrC) del recubrimiento, pero una vez esta capa está desgastada la fricción aumenta debido a la capa de metal (Cr). Un estudio detallado del desgaste en la multicapa ha permitido demostrar el mecanismo de desgaste capa a capa y las variaciones del coeficiente de fricción asociadas a este mecanismo. Los esfuerzos residuales de estos recubrimientos y la carga crítica presentaron un comportamiento paralelo.Por último, se estudiaron recubrimientos de CrAlN depositados mediante evaporación por arco catódico, variando la polarización del sustrato entre 50 y -400 V. Los coeficientes de fricción medidos en estos recubrimientos son altos, pero en cambio, de todos los recubrimientos estudiados, éstos, presentaron la tasa de desgaste más baja así como los valores de dureza más altos. Los contracuerpos de WC-Co y alúmina sufrieron tasas de desgaste 20 y 5 veces mayores que los recubrimientos de CrAlN.PALABRAS CLAVE: Recubrimientos duros, evaporación por arco catódico, pulverización catódica, propiedades tribológicas, propiedades mecánicas. / "CHARACTERIZATION OF THE TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF HARD COATINGS"ABSTRACT: This work presents the procedures for the evaluation of tribological and mechanical properties of four groups of hard coatings obtained by PVD techniques and the results obtained. The friction coefficients and the sliding and abrasive wear rates of the coatings were studied, and hardness and adhesion measurements were developed. Chemical composition, microstructure and morphology were analyzed by means of XRD, Raman spectroscopy, SEM, EDS, GDOES and SIMS.CrC monolayers were deposited using cathodic arc evaporation (CAE). Friction coefficients presented a parallel behavior to the evolution of the crystalline structure and hardness of the coatings. Coatings with a Cr3C2 phase showed high friction coefficients and hardness values, whereas coatings with an amorphous CrC phase and excess carbon showed the lowest friction coefficients and hardness values. Other group of CrC coatings was deposited by r.f. magnetron sputtering. Stoichiometric composition coatings of the Cr3C2 phase and with composition near to this one, these coatings had friction coefficients of around 0.4; these coatings presented the highest hardness values of all the coatings of this group. Sliding and abrasive wear rates presented analogue behavior, and coatings with the highest carbon content exhibited the lowest wear rates.A series of Cr/CrC multilayer coatings was also obtained by r.f. magnetron sputtering. Tribological properties of these coatings were determined by the properties of each of the layers that constitute the multilayer. A detailed study of the wear of the multilayers has permitted demonstrate the wear mechanism layer by layer, and the friction coefficient variations as regards this mechanism. The coatings that presented higher residual stresses showed lower critical loads.Finally, CrAlN coatings were deposited by CAE at negative substrate bias between 50 and 400 V. Of all the coatings studied in this thesis, these CrAlN coatings presented the lowest wear rates and the highest hardness values.

Selective laser melting process is an additive manufacturing technique that allows obtaining, from a 3D model, a physical model through a layer-by-layer manufacturing strategy. Several machines are commercially available, known as 3D printers. Recently, technology improvements have allowed the use of metallic materials; however, the amount of materials available is low due to the difficulty to find adequate manufacturing parameters. The thesis proposes a methodology, using an inclined plane, to set the minimum energy density to melt a continuous track, the first step of the melting process. Different process parameters from several commercials machines have been used to evaluate dimensional and mechanical properties. Replicas of traditional products have been fabricated using additive process and they have been compared. Finally, a protocol to use a selective laser melting process to reconstruct a personalized jaw prosthesis has been shown / La fusió selectiva per làser és un procés de fabricació additiva que permet obtenir, d'un disseny en 3D, un model físic de forma ràpida i a través d'una estratègia de fabricació capa a capa. Existeixen diferents màquines comercials anomenades impressores 3D. Actualment, les millores tècniques desenvolupades han permès la utilització de materials metàl·lics, no obstant, la quantitat de materials que es poden utilitzar és baix degut a la dificultat per trobar els paràmetres de fabricació més adequats. La tesis proposa una metodologia, a través d’un pla inclinat, que permet definir la densitat d’energia mínima per fondre un cordó continu, el primer pas del procés de fusió làser. Diferents paràmetres de varies màquina comercials s'han utilitzat per avaluar variables dimensionals i mecàniques. S'han comparat rèpliques fabricades mitjançant processos tradicionals i processos additius. Finalment, s'ha realitzat un protocol per a reconstruir una mandíbula personalitzada utilitzant la fusió selectiva per làser

El objetivo del presente trabajo es el de optimizar las propiedades de la aleación Ti-0.2Pd con la finalidad de que sea una alternativa a las aleaciones de titanio empleadas actualmente en el campo de los biomateriales. Para ello, se han realizado tratamientos térmicos con el propósito de mejorar sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, y tratamientos superficiales para incrementar su resistencia al desgaste.En primer lugar se ha realizado la caracterización microestructural (R.X., microscopía óptica, SEM y TEM) de la aleación Ti-0,2Pd, la cual experimenta una transformación de fase alfa (h.c.) beta (c.c.) que se produce en un intervalo de temperaturas entre 750 y 900 ºC (alfa-transus). En función de la temperatura, varían tanto la forma de nucleación de la fase alfa como la cinética del proceso de transformación. Al someter el material a un tratamiento de temple, la fase presenta una transformación martensítica. El porcentaje de fase martensítica (alfa') aumenta con la temperatura del tratamiento, lo cual comporta un aumento de las propiedades mecánicas de la aleación.Por otra parte, se han realizado estudios potenciodinámicos, comprobando como la adición de Paladio facilita el proceso de pasivación respecto al Titanio sin alear, observándose además, que el tratamiento térmico de temple favorece dicho proceso. En las muestras con una estructura bifásica alfa + alfa' la fase martensítica reacciona de forma preferente durante el ataque químico. La aleación Ti-0,2Pd presenta una notable resistencia al proceso de ataque por picaduras en soluciones de cloruros, no existiendo diferencias significativas entre las muestras sometidas a diferentes tratamientos térmicos.Para mejorar la resistencia al desgaste del material se han realizado tratamientos de nitruración gaseosa a diferentes temperaturas y tiempos; el nitrógeno endurece la superficie de la aleación Ti-0,2Pd debido a la formación de los correspondientes nitruros de titanio y por un endurecimiento por solución sólida. Este incremento de las características mecánicas superficiales se traduce en una disminución del valor del coeficiente de fricción, determinado mediante ensayos de Pin on disc, que comportará una mejora de la resistencia al desgaste del material. Por otra parte, mediante un proceso de deposición en fase vapor, se han obtenido recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N, los cuales muestran unas propiedades mecánicas superficiales netamente superiores en comparación con la aleación Ti-0,2Pd y menores valores del coeficiente de fricción. Ahora bien, la adherencia de estas capas no es buena, lo cual comporta el repentino desprendimiento del recubrimiento provocando un proceso de desgaste más rápido de lo esperado. La deposición de los recubrimientos de TiN y (Ti,Al)N sobre un sustrato de la aleación Ti-0,2Pd previamente endurecido por nitruración gaseosa permite mejorar la adherencia de dichos recubrimientos.A partir de los resultados obtenidos en este trabajo, puede proponerse la aleación Ti-0,2Pd tratada térmicamente, como una alternativa al Titanio c.p. en el campo de los biomateriales debido a su mejor comportamiento tanto mecánico como químico. Así, puede ser de interés su aplicación en el campo de los implantes dentales y equipamiento odontológico, en el cuales las condiciones medioambientales son altamente agresivas.En aquellas aplicaciones en que se está empleando la aleación Ti-6Al-4V, tendrá que evaluarse si las propiedades mecánicas que presenta la aleación Ti-0,2Pd son suficientes para garantizar su buen comportamiento en servicio, valorando también que su mejor resistencia a la corrosión supone una mayor estabilidad durante largos periodos de tiempo. Se ha de tener en cuenta que en los últimos años se ha desencadenado una cierta controversia sobre la biocompatibilidad del aluminio y el vanadio presentes en dicha aleación.

Aquesta tesi proporciona un marc per l'anàlisi dels experiments d'indentació. En primer lloc, s'estén el concepte dels règims de deformació al contacte a materials metàl·lics que presenten efectes d'enduriment per deformació. El principal resultat d'aquests estudis es el desenvolupament d'un mapa de modes de deformació en indentació que permet predir el règim de deformació actiu per donada una combinació de propietats mecàniques del material indentat. El mapa està construït a base de simulacions per elements finits en un gran nombre de sòlids, fonamentant-nos en les característiques del flux plàstic i la forma de la zona plàstica que presenten diferents metalls deformats segons un mode elasto-plàstic o un de completament plàstic. S'han obtingut dues correlacions generals entre els valors de duresa i la magnitud d'apilament o enfonsament que s'ha desenvolupat al voltant de l'empremta d'indentació, i les propietats mecàniques uniaxials. Aquestes correlacions són el centre d'una nova metodologia per extreure les propietats mecàniques a partir de mesures directes de la topografia de l'empremta i la corba de càrrega (P) - profunditat de penetració (hs) d'un assaig d'indentació instrumentada. A la part final de la tesi es presenta un marc general per a l'anàlisi de la influencia de la fricció que existeix entre material i indentador. Aquest coneixement ens permetrà estendre la metodologia a contactes amb fricció. Finalment, s'analitza detalladament l'analogia entre els experiments d'indentació i el problema de l'expansió d'una cavitat esfèrica. Primer es solucionen les equacions del problema de l'inflat d'una cavitat esfèrica en un sòlid que presenta enduriment per deformació. Les simulacions per elements finits permeten elaborar una analogia entre els paràmetres que regeixen el contacte i els de l'expansió de la cavitat esfèrica. Un dels resultats més immediats és el desenvolupament d'una nova formulació que permet avaluar la mida de la zona plàstica en experiments d'indentació punxeguda en materials metàl·lics. / This thesis provides a sound physical rationale to the analysis of indentation experiments. First, it extends the concept of the contact deformation regimes to metallic materials exhibiting strain hardening effects. The main outcome along these lines is the development of a contact deformation map, which predicts the active contact regime for a given combination of mechanical properties of the indented material. The map is based upon extensive finite element simulations elucidating the fundamental features of the plastic flow patterns and plastic zone shape in metals deforming within the elasto-plastic and the fully plastic contact regimes. General relations are then found between hardness and the amount of material pileup and sinking-in developing at the contact boundary with uniaxial mechanical properties. These relations are central in devising a novel methodology for mechanical property extraction based on direct assessments of the imprint's topography and instrumented indentation applied load (P) penetration depth (hs) curves. The final part of the thesis presents a general framework to the analysis of frictional effects between indenter and material. This knowledge allows one to extend the aforementioned methodology in dealing with frictional contacts. Finally, a detailed analysis is made on the analogy between indentation experiments and the problem of the expansion of a spherical cavity. Closed-form solutions for the expansion of the cavity in strain hardening solids are first derived. The finite element simulations provide a strict parametrical analogy between contact variables and those from expanding cavity formulations. The main outcome of this analysis is the development of new formulations which evaluate the plastic zone size in sharp indentation experiments of strain hardening metallic materials.

El desarrollo de la ingeniería tisular, nace por la necesidad de dar solución a la gran cantidad de enfermedades que se dan por el deterioro de los tejidos mediante la utilización de células vivas para la regeneración del tejido dañado. El procedimiento básico seria la eliminación del tejido dañado para posteriormente introducir las células en condiciones óptimas para repararlo. Esta metodología de regeneración tisular, necesita una matriz o soporte poroso que guíe el tejido a medida que se desarrolla. El objetivo principal de esta tesis es sintetizar materiales porosos, con la finalidad de utilizarlos en aplicaciones de ingeniería tisular; tanto en regeneración de tejidos, como en cultivos in vitro. Las composiciones utilizadas en esta investigación pertenecen a la familia de los acrilatos, como monómero base se tomó el acrilato de etilo (EA) hidrófobo. El EA se copolimerizó con el metacrilato de hidroxietilo (HEMA), con la finalidad de estudiar la variación de la hidrofilicidad del material en bloque, es decir, conocer la distribución de dominios hidrófilos. El siguiente paso fue conocer la influencia de la esterilización mediante radiación sobre la serie de copolímeros de hidrofilicidad variable. El tercer paso, fue la búsqueda de un método de síntesis de soportes porosos, con una arquitectura definida (poros esféricos e interconectados), con independencia de la composición EA/HEMA. La caracterización de estos materiales 3-D se realizó, básicamente, mediante micrografías en el microscopio electrónico de barrido (SEM), ensayos mecánicos y cálculos de porosidad. El siguiente planteamiento era determinar por qué en ciertas condiciones la estructura porosa una vez secada se encontraba colapsada. Para entender este problema, se sintetizaron una serie de materiales porosos con diferentes porcentajes de entrecruzador y mediante diversas caracterizaciones de los materiales se llegó a entender este fenómeno. Finalmente, se realizó un estudio de las propiedades mecáni / Brígido Diego, R. (2006). Síntesi i caracterització de suports polimèrics porosos per aplicacions en enginyeria tissular [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2002