Estudio de propiedades mecánicas y tribológicas de diversos materiales mediante nanoindentación

J. I. RAMALLO; M. C. FUERTES

Jornada; Caracterizar 2020. Caracterización de materiales; 2020

En la actualidad existen diversas técnicas de caracterización de materiales en la nano-escala. En particular, la nanoindentación (NI) es una técnica desarrollada a finales de la década de 1990 y bien establecida en nuestros días. Dicha técnica permite caracterizar mecánicamente materiales utilizando fuerzas del orden de los mN y desplazamientos en el orden de los nanómetros. En particular, resulta de interés en sistemas que tienen alguna de sus dimensiones en dicha escala (films delgados, materiales porosos, espumas metálicas, etc.) o que poseen alguna característica que hace necesaria evaluar volúmenes muy pequeños de material (materiales con tratamientos superficiales, daño por radiación a profundidades de cientos de nm o materiales con microestructuras complejas). En particular, se pueden obtener propiedades mecánicas como el módulo de indentación (E) y la dureza (H), así como también propiedades tribológicas mediante ensayos de rayado, dependiendo del sistema en estudio.En este trabajo se presentan diferentes casos de estudio en los que la NI resultó una herramienta muy útil para dilucidar el comportamiento mecánico de sistemas diversos. Entre ellos, se menciona el estudio de propiedades mecánicas de óxidos porosos, tanto obtenidos por sol-gel y autoensamblado de surfactantes como obtenidos a partir de nanopartículas (NPs) de dichos óxidos. Además se presentan resultados del efecto en las propiedades mecánicas de recubrir mediante ALD (Atomic Layer Deposition) espumas de Au con una delgada capa de Al2O3 y luego irradiarlas con iones, para evaluar su resistencia a la radiación. Otro de los sistemas estudiados son aleaciones base Zr, empleadas en las barras combustibles de los reactores nucleares, las cuales fueron estudiadas por NI para obtener correlaciones entre las dosis de irradiación (a profundidades de menos de 1 micrón desde la superficie) y las propiedades mecánicas (E y H) y de las cuales se hace fundamental la NI por la escasa cantidad de material disponible. Finalmente, se estudiaron rocas de interés para la industria petrolera. En este tipo de materiales altamente heterogéneos en composición y con diferentes tamaños de grano, se busca obtener un mapeo de propiedades mecánicas para correlacionarlo con la mineralogía de las muestras a fin de aplicar modelos fractomecánicos que permitan predecir la factibilidad de perforar ciertas rocas en preferencia a otras. En conclusión, se demuestra la versatilidad de esta técnica de caracterización, que permite obtener información valiosa tanto a nivel científico como para diversas industrias como las nuclear y petrolera