Estudio de las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos nanoestructurados
2018
| Tesista | Diego Fernando LIONELLO Ingeniero en Sistemas de Información - Universidad Tecnológica Nacional - FR Buenos Aires - Argentina Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina |
| Directores | Dra. María Cecilia FUERTES. CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina Dr. Galo Juan de Ávila Arturo SOLER ILLIA. UNSAM, UBA, CONICET - Argentina |
| Lugar de realización | Gerencia Química - Centro Atómico Constituyentes - CNEA -Argentina |
| Fecha Defensa | 25/04/2018 |
| Jurado | Dra. Josefina BALLARE. INTEMA, UNMdP, CONICET - Argentina Dr. Pablo Adrián CASTRO. REDEAR Tenaris - Argentina Dr. Diego Germán LAMAS. UNSAM, CONICET - Argentina |
| Código | IS/TD 120/18 |
Título completo
Estudio de las propiedades mecánicas y tribológicas de materiales nanoestructurados
Resumen
La determinación de las propiedades mecánicas de recubrimientos nanoestructurados es un tema complejo y en continuo desarrollo debido a su importancia tecnológica. El objetivo de este trabajo de tesis es comprender el comportamiento frente a la deformación y al rayado de recubrimientos de óxidos porosos, y la relación entre dicho comportamiento y distintas variables estructurales como porosidad, tamaño de poro y cristalinidad.
Para comprender la influencia de cada uno de los parámetros estructurales en las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos nanoestructurados, se abordó el estudio de un sistema modelo: las películas de óxidos mesoporosos de TiO2 y SiO2. Estos sistemas son ideales debido al estricto control que se tiene, desde la síntesis, de su composición, espesor, porosidad, tamaño de poro, orden de los poros y cristalinidad y, fundamentalmente, por la muy baja rugosidad que poseen (menor a los 5 nm). Se sintetizaron films mesoporosos y se realizó una caracterización estructural exhaustiva utilizando una multiplicidad de técnicas como XRR, DRX, SAXS-2D, elipsometría, microscopías óptica y electrónica. Se depositaron multicapas para obtener espesores del orden de 300 nm y minimizar efectos del sustrato en la determinación de las propiedades mecánicas. Las mismas fueron medidas utilizando porosimetría elipsométrica y nanoindentación, realizando tanto estudios mecánicos como tribológicos. Para realizar las mediciones, se optimizaron las técnicas de caracterización mecánica de películas delgadas y se desarrollaron protocolos que abarcan desde la preparación de las muestras hasta el análisis de los resultados.
Una vez evaluado el sistema modelo, se aplicaron los conocimientos desarrollados para estudiar sistemas complejos, de alta rugosidad o con estructuras discretas (micropartículas y nanocables). Se optimizó la preparación de las muestras para su estudio por nanoindentación y se realizó la caracterización mecánica de recubrimientos de aluminio anodizado, polímeros de coordinación, nanocables de Ag embebidos en matrices poliméricas y recubrimientos de níquel poroso sobre sustratos de acero.
Palabras claves: Propiedades mecánicas y tribológicas, Recubrimientos nanoestructurados, Óxidos mesoporosos, Polímeros de coordinación, Nanoindentación.Complete Title
Study of mechanical and tribological properties of nanostructured materials
Abstract
Mechanical properties measurement of nanostructured coatings is a complex and continuously evolving subject due to its technological importance. The objective of this thesis is to understand the deformation and scratching behavior of porous oxide coatings, and the relationship between this behavior and different structural variables such as porosity, pore size and crystallinity.
In order to understand the influence of each of the structural parameters on the mechanical and tribological properties of nanostructured coatings, the study of a model system was performed: the mesoporous oxide films of TiO2 and SiO2. These systems are ideal due to the strict control that exists, from the synthesis, of their composition, thickness, porosity, pore size, pore order and crystallinity and, fundamentally, by the very low roughness they have (less than 5%). nm). Mesoporous films were synthesized and an exhaustive structural characterization was performed using a multiplicity of techniques such as XRR, DRX, SAXS-2D, ellipsometry, optical and electronic microscopy. Multilayers were deposited to obtain thicknesses of the order of 300 nm and to minimize effects of the substrate in determining the mechanical properties. They were measured using ellipsometric porosimetry and nanoindentation, performing both mechanical and tribological studies. To carry out the measurements, the mechanical characterization techniques of thin films were optimized and protocols were developed, ranging from the preparation of the samples to the analysis of the results.
Once the model system was evaluated, the developed knowledge was applied to study complex systems, with high roughness or with discrete structures (microparticles and nanowires). The preparation of the samples was optimized for study by nanoindentation and the mechanical characterization of anodized aluminum coatings, coordination polymers, Ag nanowires embedded in polymeric matrices and porous nickel coatings on steel substrates was performed.
Keywords: Mechanical and tribological properties, nanostructured coatings, mesoporous oxides, coordination polymers, nanoindentation, ellipsometry
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