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7/25/2019 Reporte Comite Tutorial
http://slidepdf.com/reader/full/reporte-comite-tutorial 1/11
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN
CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍAAVANZADA
UNIDAD QUERÉTARO
INFORME COMITÉ TUTORIAL
Estudio del coeficiente de tracción entre un disco
de UHMWPE y una esfera de Co-Cr-Mo con
recubrimiento de Al2O3-TiO2
Alumno:
Víctor Cristiany Rubio Sánchez
Asesor(es):
Dr. Adrián Luis arcía arcía.
Dr. !os" Dolores #scar $arceinas Sánchez.
Querétaro, Qro. a 5 de Junio del 2013
7/25/2019 Reporte Comite Tutorial
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Titulo
Estudio del coeficiente de tracción entre un disco de UHMWPE y una esfera de
Co-Cr-Mo con recubrimiento de Al2O3-TiO2
!escri"ción del "roblema
En in!esti"aciones #re!ias se $an reali%ado #ruebas #ara conocer el coeficiente
de tracción entre una esfera de Co-Cr-Mo y un disco de UHMWPE con y sin
te&turi%ado' las cuales $an #ermitido conocer el com#ortamiento del coeficiente de
dic$o #ar triboló"ico Con base en esos resultados se #retende reducir el
coeficiente de tracción (e busca determinar si al de#ositar recubrimiento de Al2O3-
TiO2 sobre las esferas de Co-Cr-Mo el coeficiente de tracción #resenta un cambio
si"nificati!o en com#aración con el uso de esferas sin recubrimiento' utili%ando un
tribómetro bola en disco #ara las #ruebas Es necesario ase"urar la inte"ridad
estructural del recubrimiento de#ositado mediante el #roceso de rociado t)rmico
#or #lasma *AP(+' reali%ando el an,lisis de la microestructura y #ro#iedades
mec,nicas' ya ue #resenta el #roblema fundamental de defectos en la
ad$erencia recubrimiento-substrato *.E /uaranta' 2001+
Antecedentes
(e tomar, en cuenta las condiciones necesarias de te&turi%ado y lubricaciónobtenidos en in!esti"aciones #re!ias de interacción entre la !iscosidad y
confi"uración de #atrones de te&turi%ado en un contacto rodantedesli%ante entre
una esfera de Co-Cr-Mo sin recubrimiento y un disco de UHMWPE Tambi)n se
tomar,n los #ar,metros #ara a#licar el recubrimiento de almina-titania obtenidos
en la in!esti"ación de la de#osición del cer,mico en substratos #lanos de Co-Cr-
Mo mediante el #roceso AP(
Actualmente los recubrimientos cer,micos son usados debido a ue #oseen
buenas #ro#iedades t)rmicas y mec,nicas' y son en "eneral m,s resistentes a la
corrosión y des"aste ue los metales' en ambientes de alta tem#eratura yatmósferas corrosi!as *.E /uaranta' 2001+ 4os #ol!os cer,micos mayormente
utili%ados son ó&idos como la almina' %irconia' titania' ó&ido de cromo *555+' ó&ido
de itrio *555+ entre otros *Wan"' 6ian"' Wan"' Wan"' 7iao' 8 (trutt' 2000+ *9:lma%'
200;+
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El substrato a utili%ar es una aleación de Co-Cr-Mo' la cual se considera como una
aleación biocom#atible debido a su resistencia a la corrosión de los fluidos
cor#orales' el cum#limiento de la función bioló"ica o mec,nica #laneada y su
resistencia a la fati"a en las a#licaciones de car"as c<clicas *Matamoros-=elo%a'
>erreira' Cisneros-?uerrero' ?uerrero' 8 !elis' 200;+ 4as aleaciones de
com#osición nominal Co-21Cr-@Mo-03C fueron ori"inalmente introducidas como
im#lantes orto#)dicos en ;3B *Croo+ Actualmente se utili%a en diferentes
com#onentes #rot)sicos como #rótesis de rodilla' cadera' $ombro' entre otros
Para a#licar este ti#o de recubrimiento es necesario someter los #ol!os cer,micos
a altas tem#eraturas' como la de un #lasma 4a fle&ibilidad del #roceso de rociado
t)rmico con #lasma atmosf)rico #ro!iene de su ca#acidad de desarrollar la
ener"<a suficiente #ara fundir la materia #rima en forma de #ol!o *(ul%er Metco'
202+ 4a t)cnica de rociado t)rmico re#resenta un "ru#o de #rocesos
am#liamente utili%ados en #roducción de !arios recubrimientos #rotectores ue
meDoran las caracter<sticas de la su#erficie de los materiales' #or eDem#lo' en
recubrimientos sobre aleaciones de titanio y base titanio ue son utili%adas en el
cam#o de sustitución de $uesos *9:lma%' 200;+
4as #ruebas triboló"icas en el ,mbito biom)dico son tiles #ara conocer el ti#o de
des"aste ue se #resenta entre su#erficies' re"ularmente se reali%an en #ares de
contacto metal-metal' metal-#ol<mero y cer,mico-cer,mico *O%ols+' #ero son
#ocas las !eces ue se considera el #ar cer,mico-#ol<mero' sin tomar en cuenta
ue sea una base met,lica con un recubrimiento cer,mico Actualmente la
de#osición de recubrimientos cer,micos mediante rociado t)rmico #or #lasma $a
sido incor#orado en la industria automotri% Princi#almente' se busca reducir la
fricción entre las su#erficies de la #ared interna de los cilindros en un motor de
combustión interna En #ruebas triboló"icas' obtu!ieron una reducción de la fuer%a
de fricción mayor al 20 com#arado con las #aredes base $ierro fundido *Ernst'
203+
#ustificación
4a de#osición de un recubrimiento de Al2O3-TiO2 sobre una esfera de aleación Co-Cr-Mo a tra!)s de rociado t)rmico #or #lasma #retende disminuir el coeficiente de
tracción entre el #ar triboló"ico ue in!olucra la muestra con recubrimiento y un
disco de UHMWPE te&turi%ado com#arado con el #ar de contacto del disco
te&turi%ado y la esfera sin recubrimiento considerando las mismas condiciones de
#rueba
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(e $a re#ortado ue im#lantes #rot)sicos met,licos fabricados con biomateriales'
#resentan una reacti!idad y to&icidad con el tiem#o *F1 aGos+' la cual se
manifiesta mediante reacciones inflamatorias alrededor de )ste Esto se relaciona
#rinci#almente con la de"radación del metal Con el #aso del tiem#o se #resenta
una acumulación de iones met,licos #resent,ndose efectos ad!ersos Por lo ue
se #ro#one un recubrimiento cer,mico de las esferas met,licas #ara e!itar o
disminuir este fenómeno
Ob$eti%os
?eneral
eterminar el com#ortamiento del coeficiente de tracción entre un disco de
UHMWPE y una esfera de Co-Cr-Mo con recubrimiento de Al2O3-TiO2
Es#ec<ficos
• iseGar y construir un #osicionador ue #ermita de#ositar un recubrimiento
de Al2O3-TiO2 #or AP( sobre esferas de Co-Cr-Mo
• e#ositar recubrimientos Al2O3-TiO2 sobre esferas de Co-Cr-Mo mediante
el #roceso AP(
• Anali%ar la microestructura y #ro#iedades mec,nicas de los recubrimientos
a#licados
• Estudiar el com#ortamiento del coeficiente de tracción entre el #ar
triboló"ico disco UHMWPE y esfera de Co-Cr-Mo con recubrimiento
Hi"ótesis
Con la de#osición de un recubrimiento Al2O3-TiO2 sobre esferas de Co-Cr-Mo se
disminuir, el coeficiente de tracción entre )stas y discos te&turi%ados de
UHMWPE En un tribómetro de bola en disco se reali%ar,n las #ruebase&#erimentales #ara obtener los "r,ficos ue #ermitan estudiar el com#ortamiento
del coeficiente de tracción del #ar triboló"ico con las condiciones necesarias de
#rueba *car"a' tem#eratura' !elocidad y la relación rodamiento desli%amiento+
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Es&uema de fundamentos
Materia "rima
Alúmina.
El ó&ido de aluminio' ó&ido de aluminio *555+ o comnmente llamado almina es un
ó&ido cer,mico am#liamente utili%ado' su formula u<mica es Al 2O3' tiene una
estructura cristalina interna donde los iones de o&<"eno forman un arre"lo
$e&a"onal com#acto con iones de aluminio 4a almina tiene un #unto de fusión
alrededor de 20I0 JC' #ero las im#ure%as y la formación de fases secundarias
#ermite ue funda a menores tem#eraturas Tiene como coloración el blanco y
#rinci#almente se encuentra en forma de #ol!os' los cuales des#u)s se someten a
diferentes #rocesos' #or eDem#lo la sinteri%ación a alta tem#eratura' #ara la
formación de #roductos utili%ados en in"enier<a *Auerari' ;;B+ (us a#licaciones
son comunes e incluyen buD<as' sellos de bombas $idr,ulicas' so#ortes
electrónicos' teDas resistentes a la abrasión' $erramientas de corte' com#onentes
de #rótesis de cadera' c$alecos antibalas y #ie%as de des"aste #ara la industria
te&til y la industria del #a#el
A continuación se mencionan al"unas #ro#iedades #or lo ue la almina tiene
tantas a#licacionesK
• Lesistencia a la abrasión
• Lesistente al ataue u<mico de una am#lia "ama de com#uestos' incluso a
tem#eraturas ele!adas
• Lesistencia alta a la com#resión *2'000 a I000 MPa+
>i" 2N iferentes accesorios fabricados en
Al2O3
>i" N Parte interna de com#onente
acetabular y cabe%a $ec$o en almina
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• Alta dure%a *@ a ; ?Pa+
• Lesistencia alta al des"aste y la corrosión *CeramTec+
4a mayor #arte del ó&ido de aluminio #roducido comercialmente se obtiene #or la
calcinación de $idró&ido de aluminio *con frecuencia denominado tri$idrato dealmina+ (e #roducen alrededor de I@ millones de toneladas #or aGo' de las
cuales el ;0 es utili%ado en la manufactura de aluminio *forma met,lica+ #or
electrólisis El $idró&ido de aluminio es #r,cticamente todo $ec$o #or el #roceso
ayer Esto im#lica la di"estión de la bau&ita en sosa c,ustica y la #osterior
#reci#itación de $idró&ido de aluminio mediante la adición de finos cristales de de
$idró&ido de aluminio ue sir!an de centros de cristali%ación
4a almina e&iste en diferentes fases como a' c' $' d' ' ' "' r' los cuales sur"en
durante el tratamiento t)rmico de $idró&ido de aluminio 4a fase m,s utili%ada y
termodin,micamente estable es la fase aQ *ARoM+
Titania
El dió&ido de titanio' #i"mento blanco B' ó&ido tit,nico' o&ido de titanio *5=+ o
comnmente llamado titania tiene como fórmula u<mica TiO2 y una masa
molecular relati!a de 1;;0' adem,s tiene su #unto de fusión se encuentra
alrededor de SI3JC 4a titania se describe como un #ol!o fino de color blanco' la
cual tiene I fases de ori"en naturalK rutilo' anatasa' brooita y dió&ido de titanio
*+ 4a estructura cristalina de la anatasa y el rutilo es tetra"onal' la brooita es
ortorrómbica y el dió&ido de titanio *+ es monocl<nica En las cuatros fases de
titanio est, el o&<"eno coordinado octa)dricamente' #ero la #osición de la
octaedros difiere entre fases*5nternational A"ency for Lesearc$ on Cancer' 200B+
El dió&ido de titanio se fabrica a #artir de una !ariedad de minerales ue contienen
ilmenita *>eTiO3+' rutilo' anatasa y leuco&eno *TiO2&>eOyH2O+' ue se e&trae de
Fig. [1.4] El dióxido de titanio a
menudo se presenta como un polvo
Fig. [1.3] Estructura cristalina del
dióxido de titanio.
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yacimientos ubicados en todo el mundo El titanio tambi)n se #uede recu#erar de
escoria #roducida durante la fundición de $ierro y de rutilo sint)tico #roducido a
#artir de ilmenita El dió&ido de titanio se #roduce ya sea #or el #rocedimiento del
sulfato o del cloruro 4as condiciones de #rocesamiento determinan la forma
*estructura anatasa o rutilo+ del #roducto final El ió&ido de titanio comercial
#uede estar recubierto con #eueGas cantidades de almina y o s<lice #ara
meDorar las #ro#iedades tecnoló"icas del #roducto *T$e 6oint >AOWHO E&#ert
Committee on >ood Additi!es' 200B+
4as #rinci#ales caracter<sticas del dió&ido de titanio sonK
• Lesistencia al ataue u<mico' debido a su estabilidad u<mica
• Lesistencia a la de"radación de los rayos U=' debido a su alto <ndice de
refracción
• Efica% fotocatali%ador' ya ue acelera reacciones u<micas #ro!ocadas #or
la lu% *Losales 8 ?arcia' 200+
entro de las a#licaciones del dió&ido de titanio se encuentran la #intura y
recubrimientos ue tienen el uso mundial m,s "rande' los #l,sticos y el #a#el
re#resentan la mayor #arte del resto El consumo mundial de dió&ido de titanio
#ara fines de uso en el aGo 200@ fueK re!estimientos' @S #l,sticos y cauc$o'
23 de #a#el' ' y otros' S Al"unos otros usos de dió&ido de titanio est,n en
catali%adores' cer,mica' teDidos recubiertos y te&tiles' re!estimientos de suelos
*5nternational A"ency for Lesearc$ on Cancer' 200B+
Metodolo'(a
• Aduisición de la materia #rima *#ol!os cer,micos y aleación de Co-Cr-Mo+'
mauinado de la aleación en muestras con forma esf)rica' lo cual $ace una
diferencia de "eometr<a #ara esta in!esti"ación com#arada con trabaDos
#re!ios
•
Pre#aración de las esferas de Co-Cr-Mo #re!ia a la de#osición delcer,mico mediante la t)cnica de "ranallado con arena' con ello se obtiene
una lim#ie%a de la su#erficie y una terminación su#erficial adecuada #ara la
a#licación del recubrimiento
• El #recalentamiento antes de a#licar el recubrimiento #ermite eliminar la
$umedad y tener la su#erficie del substrato seca #ara ue el im#acto de las
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Crono'rama de acti%idades
Acti%idades Pro'ramadas Periodo Enero 2)*3 + !iciembre 2)*3
ActividadEne
Feb
Mar
Abr
May
un
ul
Ago
!ep
"ct
#ov
$ic
%evisión bibliogr&'ca.(%
Modi'cación al protocolo deinvestigación
(
%
$ise)o y construcción delposicionador de muestras
(
%
"btención de materiaprima
(
%
Ma*uinado de muestras enes+eras
(
%,apacitación sobre ele*uipo de rociado t-rmicoA(!/
(
%
(royecto (0F0
(
%
,apacitación y maneo deso+t2are AE5 y ab%e+
(
%
Acti%idades Pro'ramadas Periodo Enero 2)*, + !iciembre 2)*,
ActividadEne
Feb
Mar
Abr
May
un
ul
Ago
!ep
"ct
#ov
$ic
,apacitación y maneo deso+t2are AE5 y ab%e+
(%
(reparar las muestras ydepositar los recubrimientos
(%
%eali6ar caracteri6ación depropiedades mec&nicas
(
%
%eali6ar caracteri6ación yan&lisis microestructural
(
%(ruebas en el tribómetroMM7
(
%
An&lisis de resultados
(
%Escritura de tesis (
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%
(royecto (0F0
(
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-ear ,/ 9 1L;P1DG.
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OQlma69 !. 7@@:/. An evaluation o+ plasmasprayed coatings based on Al7"3
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International ,0 9 7@1LP7@77.