Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

Evaluación del comportamiento a la corrosión en sales fundidas de recubrimientos de circona estabilizada con itria elaborados por proyección termica por plasma atmosférico

En este trabajo se evaluó el comportamiento a la corrosión en caliente en un ambiente de sales de un recubrimiento de circona estabilizada con un 7 % en peso de itria (YSZ), el cual fue elaborado por la técnica de proyección térmica por plasma atmosférico. El recubrimiento de YSZ fue estudiado con dos tipos de espesores de la capa de anclaje NiCrAlCo-Y2O3, el cual fue aplicado sobre una superaleación Inconel 718. La morfología de la materia prima, la microestructura y la fractura de la sección transversal del recubrimiento fueron evaluadas mediante microscopia electrónica de barrido (MEB). Las fases de la materia prima y del recubrimiento de YSZ fueron analizadas a partir de espectros de difracción de rayos X (DRX) y el ensayo de corrosión en sales fue realizado en presencia de V2O5 y Na2SO4 a una temperatura de 1050 ºC durante 40 h. La morfología de la superficie y las fases del recubrimiento después del ensayo de corrosión en caliente fueron evaluadas por MEB y DRX respectivamente. Según análisis de DRX, los ensayos de corrosión en caliente mostraron principalmente la formación de cristales de vanadatos de itrio (YVO4) y circona de fase monoclínica (m-ZrO2) en la superficie del recubrimiento, evidenciando la desestabilización del recubrimiento cerámico y en consecuencia la disminución de sus propiedades mecánicas y térmicas por la presencia de una gran cantidad de m-ZrO2. Los dos espesores de la capa de anclaje resistieron los esfuerzos térmicos generados durante el ensayo de corrosión en caliente, sin generar grietas apreciables ni delaminación en el recubrimiento.

In this study, hot corrosion behavior in molten salts of 7 wt. % Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) coatings manufactured by atmospheric plasma spraying was evaluated. YSZ coating was studied with two kind of thickness of NiCrAlCo-Y2O3 bond coat, which was elaborated on the Inconel 718 superalloy. The morphology of the raw material, the microstructure and fracture of the cross section of the coatings were evaluated by Microscopy Scanning Electron (SEM). The phases of the raw material and YSZ coating were analyzed from spectra of X-Ray Diffraction (XRD). Hot corrosion tests was performed in the presence of a mixture V2O5 and Na2SO4 powders at a temperature of 1050 °C for 40 h. The surface morphology and the phases of the coating after the hot corrosion test were evaluated by SEM and XRD respectively. Hot corrosion tests showed mainly the formation of yttrium vanadate crystals (YVO4) and monoclinic zirconia (m-ZrO2) in the top coating surface. These phases showed the destabilization of YSZ coating and therefore the decrease in its mechanical and thermal properties by the presence of a large amount of m-ZrO2 resulting from XRD analysis after hot corrosion test. The two thicknesses of the bond coat resisted the thermal stresses generated during the hot corrosion test without generating appreciable cracks or delamination in the thermal barrier coating.

Desarrollo de compositos hidrofóbicos híbridos basados en bentonita y poli(vinilestearato)

Un composito polimérico híbrido (CPH) es una estructura sólida compuesta de dos o más fases de diferente naturaleza que han sido usados en la modificación y desarrollo de superficies. El objetivo del presente trabajo fue construir compositos híbridos altamente hidrofóbicos, a partir de bentonita y poli(vinilestearato) para potenciales aplicaciones en recubrimientos impermeabilizantes. Para ello, cloruro de N-vinilbencil-N-trietil amonio se usó como agente intercalante para la modificación de bentonita y la formación de núcleos de arcilla químicamente activos. Posteriormente, se sintetizaron los CPHs a partir de diferentes cantidades de bentonita modificada e igual cantidad de vinil estearato (VE), usando dioxano como solvente y peróxido de benzoilo como iniciador radical. Finalmente, los films poliméricos se obtuvieron mediante la técnica de solución-evaporación. Los films poliméricos fueron caracterizados por FT-IR/ATR, análisis elemental y medidas de ángulo de contacto. Así, mediante la inserción a bajas concentraciones de bentonita, en la matriz polimérica de VE, se logró producir un aumento en la hidrofobicidad superficial del material. Los resultados muestran la posibilidad de obtener films poliméricos hidrofóbicos basados en bentonita y poli(vinilestearato) con potenciales aplicaciones impermeabilizantes.

Hybrid polymer composite (HPC) is a solid structure composed by two or more phases with different nature, which has been used in the modification and development of surface. Thus, it has been possible to obtain materials with different waterproofing, anti-fungal and anti-stain properties, among others. The objective of this work was to build hydrophobic polymer films from bentonite and poly(vinylstearate) for potential applications in waterproofing covering. For that, N-vinylbenzyl-N-triethyl ammonium chloride was used for the formation of chemically-activated clay core by insertion technique in solution. Later, HPCs were synthesized from different amounts of modified bentonite and equal amount of vinylstearate (VE). Finally, polymer films were obtained by dissolution-evaporation technique. All mixture was deposited in a mold and dried at 30 °C per 24 h. Polymer films were characterized by FT-IR/ATR, elemental analysis and measurements of contact angle. Thus, it was possible to produce an increasing in the surface hydrophobicity of material by the insertion of bentonite in the polymer matrix of VE. The results showed the possibility to obtain hydrophobic polymer films based in bentonite and poly(vinylstearate) with potential waterproofing applications.

Evaluación de un sistema de protección catódica de un gasoducto enterrado

La evaluación del sistema de protección catódica (PC), aplicada al gasoducto (Samaria-Cumuapa), localizado en los municipios de Centro y Cunduacán (Tabasco, México), el cual transporta gas amargo a una presión de 40 kg m-2, fue realizada durante cuatro meses . Las mediciones mensuales de los potenciales de PC del gasoducto, la resistividad y el pH del suelo, fueron llevados a cabo. Los resultados indicaron que en las zonas con vegetación pastizal los suelos presentan una corrosividad moderada. Sin embargo, en las zonas con terrenos bajos y más húmedos, la corrosividad de sus suelos es de un nivel mayor y fueron clasificados como corrosivos. Debido a estas diferencias, se consideró que el gasoducto no fue adecuadamente protegido con el sistema de PC, por lo que presenta corrosión en las zonas con suelos más corrosivos. La evaluación llevó a proponer un nuevo diseño de la PC, con la instalación de camas anódica adicionales de grafito, para extender la vida útil del gasoducto y disminuir los riesgos por una explosión que podría impactar al medioambiente y pérdidas de vidas humanas. Con los cálculos del rediseño se optimizará y mejorará la vida útil de los ductos para reducir el consumo de energía eléctrica, personal técnico, etc.

The evaluation of cathodic protection systems (CP), applied on pipeline (Samaria-Cumuapa) located in the municipalities of Centro and Cunduacán (Tabasco, Mexico), which transports sour gas at a pressure of 40 kg m-2, was carried out during four months. The monthly measurements of CP potentials of the pipeline, the resistivity and the pH of the soil were carried out. The results indicated that in areas vegetated grassland soils have a moderately corrosivity. However, in areas with low and wettest land, the corrosiveness of the soil is of one higher level and they were classified as corrosive. Because of these differences, it was considered that the pipeline has not been protected properly with CP system, and as consequence it presents corrosion in the areas with more corrosive soils. The evaluation led to propose a new design of the PC, including the installation of additional anodic beds of graphite, in order to extend the life of the pipeline and reduce risks by an explosion that could impact the environment and loss of human life. With calculations redesign is optimize and improve the shelf life of products to reduce power consumption, technical personnel.

Susceptibilidad magnética de los compuestos CU₂-II-IV-S₄ (II=MN, FE; IV=SI, GE o SN): Parámetros de la interacción de intercambio

Measurements of magnetic susceptibility χ as a function of temperature (from 2 to 300 K) were made on polycrystalline samples of the compounds Cu2MnSiS4, Cu2MnGeS4, Cu2MnSnS4, Cu2FeSiS4 and Cu2FeGeS4. From the 1/χ versus T curves, it was concluded that the samples were antiferromagnetic. These curves were also used to determine values of the Néel temperature T N and the Curie-Weiss temperature θ for each compound. When the values of T N and θ are plotted against its molecular weight W, it was found that the compounds containing Mn lie on the same straight line, while those with Fe lie on a different one. For each compound, an analysis was carried out in terms of the simple mean-field theory and using the virtual transition model of Geertsma et al. for exchange interaction, and values of exchange interaction parameters were determined from the measured T N and θ data.

Se realizaron medidas de la susceptibilidad magnética χ en función de la temperatura (2 a 300K) sobre muestras policristalinas de los compuestos Cu2MnSiS4, Cu2MnGeS4, Cu2MnSnS4, Cu2FeSiS4 y Cu2FeGeS4. De las curvas 1/χ versus T, se concluye que las muestras fueron antiferromagnéticas. Estas curvas fueron también usadas para determinar los valores de la temperaturas de Néel T N y de Curie-Weiss θ para cada uno de los compuestos. Cuando se grafican los valores de T N y θ en función del peso molecular W, se encuentra que tanto los compuestos que contienen Mn como Fe muestran una dependencia lineal, pero con diferentes pendientes. Para cada compuesto, fue llevado a cabo un análisis en términos de la teoría de campo medio y el modelo de transición virtual de Geertsma et al. para la interacción de intercambio permitiendo la determinación de los valores de los parámetros de interacción a partir de los valores medidos de T N y θ.

Autoafinidad de las trayectorias de propagación de grietas en dos tipos de papel

Está documentado que las superficies de fractura de materiales tridimensionales son objetos autoafines caracterizados por el exponente de Hurst, centrados en valores persistentes o universales de 0,5 y 0,8. La fractura de materiales bidimensionales ha sido menos estudiada y el medio más analizado ha sido el papel. Los modelos teóricos predicen en general valores del orden de 2/3 para el exponente de Hurst en dos dimensiones, sin embargo, los resultados experimentales reportados muestran una dispersión y desviaciones de dicho valor. Siendo el papel un material anisotrópico como resultado de su proceso de fabricación, el efecto de esta característica aún no ha sido estudiado a fondo, tampoco se ha explorado suficientemente el efecto del espesor. En este trabajo analizamos dos tipos de papel de diferente espesor: BPL21 de 30 μm y papel couché de 270 μm; se determinó el exponente de Hurst de las trayectorias de propagación de grietas en modo I para las direcciones máquina, transversal y a 45°. Corroboramos que el exponente de Hurst tiende a distribuirse alrededor del valor de 2/3 para ambos papeles tanto en la dirección máquina como transversal. Sin embargo, en el caso del papel couché y para la dirección a 45°, el exponente de Hurst es de 0,78, lo que sugiere una transición hacia las condiciones tridimensionales que dan lugar al valor universal de 0,8. Nuestros resultados apoyan la conjetura de que los exponentes de rugosidad muestran tres distribuciones estadísticas centradas en los valores 0,5, 2/3 y 0,8.

It is established in the literature that the fracture surfaces of three-dimensional materials are self-affine objects characterized by persistent or universal Hurst exponents with values centered around 0,5 and 0,8. Fracture of two-dimensional materials has been less studied and the studies have been concentrated on cellulose paper. Theoretical models in general predict values of the order of 2/3 for the Hurst exponent in two dimensions, however the reported experimental results show dispersion and deviations from that value. Being paper an anisotropic material as a result of its manufacturing process, the effect of this feature has not yet been thoroughly studied, nor has been the effect of thickness sufficiently explored. In this study we analyze two types of paper of different thickness: BPL21 of 30 μm and couché paper of 270 μm; the Hurst exponent of the propagation cracks paths in mode I was determined for the machine, transverse and 45° directions. We confirmed that the Hurst exponent tends to be distributed around the value of 2/3 for both papers in both the machine and transverse directions. However, in the case of couché paper in the direction at 45°, the Hurst exponent is around 0,8, suggesting a transition to tridimensional conditions leading to the universal value of 0,8. Our results support the conjecture that the roughness exponents show three statistical distributions centered on the values 0,5, 2/3 and 0,8.

Evaluación del efecto de las tensiones térmicas residuales en el pandeo y post-pandeo de placas compuestas con refuerzos laterales

En este artículo se evalúa experimentalmente el efecto de las tensiones térmicas residuales en el pandeo y post-pandeo de placas compuestas reforzadas. El estudio se centra en el análisis de placas cuadradas de carbono-epoxi, en las cuales fueron colocados refuerzos laterales. Para evaluar el efecto de las tensiones que surgen durante el proceso de curado del laminado se utilizaron dos metodologías diferentes en el proceso de pegado de los mismos: en el primer procedimiento los refuerzos fueron pegados a temperatura ambiente (22ºC), mientras que en el segundo procedimiento se curaron en autoclave a 177ºC, provocando un gradiente térmico de 155ºC. Para los ensayos de pandeo y post-pandeo se aplicó una fuerza de compresión y se midieron los desplazamientos transversales originados en la placa con ayuda de una técnica óptica llamada topogrametría. Los resultados experimentales fueron comparados con resultados numéricos obtenidos con el software comercial ABAQUS®. Los valores obtenidos demuestran el efecto de la inducción de tensiones residuales durante el proceso de manufactura de laminados compuestos, en el comportamiento mecánico de los mismos, específicamente en el pandeo y post-pandeo, el cual queda evidenciado en un aumento de la rigidez de las placas, al ser curadas a una temperatura de 177ºC.

The objective of this work is to evaluate experimentally the effects of the thermal residual stresses on the buckling and post-buckling behavior of plates manufactured with reinforced symmetrical laminates. This study presents the analysis of square carbon/epoxy plates reinforced using lateral reinforcements. The reinforcements were bonded using two different procedures. In the first procedure, the reinforcements were bonded at room temperature, whereas in the second procedure they were co-cured with the plate at 177ºC. The buckling and post-buckling tests were performed applying a compression and the transverse displacements caused by the load were also measured using the topogrametry technique. All the experimental results were compared with numerical results using commercial software ABAQUS®. The obtained values demonstrated the influence of the thermal residual stresses on the mechanical behavior of the plate, especially in the buckling and post-buckling behavior, which is evidenced by an increase on stiffness of the composite plates, to be cured at a temperature of 177ºC.

Modelización del proceso de envejecimiento natural de un material polimérico utilizable como cubierta de invernaderos

Se presenta un procedimiento para la determinación del envejecimiento de un material polimérico utilizado como cubierta de invernaderos. Se llevó a cabo un seguimiento continuo de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) y de la radiación global durante tres campañas. Igualmente, se tomaron muestras de diferentes zonas de la cubierta, que se han roto a tracción. Se deduce una vida útil del material polimérico de dos años, siendo radiación PAR media trasmitida del 37,44%. Sin embargo, la radiación global absorbida fue de 36,29%. Igualmente, se ha verificado que la elongación a la rotura está por encima del 500%. Este alto valor se debe a que el polímero está muy degradado. También se observó que la zona donde se ha tomado la muestra influye tanto en la resistencia a tracción como en la elongación en el punto de fluencia. Los ensayos han sido de utilidad para desarrollar un procedimiento de modelización basado en el método de mínimos cuadrados para el ajuste de los datos. El modelo propuesto presenta utilidad para el diseño de cubiertas para invernaderos y permite así predecir el grado de deterioro del material polimérico en un instante determinado, alertando también de la necesidad de renovación del mismo. De este modo, las simulaciones numéricas con elementos finitos pueden representar de forma adecuada el comportamiento mecánico de las cubiertas. Se comprobó que el comportamiento de la cubierta está en la zona plástica del material.

It is presented a procedure to determine the aging of greenhouse cover materials constituted by a polymer material. For this purpose, it is performed a continued monitoring of the photosynthetically active radiation (PAR) and the global radiation during three campaigns. It has been studied in this research samples taken at different zones of the cover, after breakage using mechanical traction. It is deduced a useful life of the polymer of two years, being the average transmitted PAR of 37.44%. However, the absorbed global radiation is determined a value of 36.29%. Furthermore, the elongation to the breakage is above of 500%. This high value is associated to an intense degradation of the polymer material. At the same time, the zone where the sample was taken seems to influence both the strength of mechanical traction and the elongation at the fluence point. The designed tests have been useful to develop a modellization procedure based on the minimum squared method for the adjustment of the data. The proposed model can be used for the design of greenhouse covers and thus allows predict the degree of deterioration of the polymer material at every moment. It is also interesting to keep watch of the need of removing it. The numerical simulations using the finite elements method can represent adequately the mechanical behavior of the cover material. It is been also deduced in this research that the behavior of the covers is at the plastic zone of material.

Síntesis, estructura cristalina y comportamiento magnético de CuCo₂InTe₄ y CuNi₂InTe₄

Polycrystalline samples of nominal CuCo2InTe4 and CuNi2InTe4 were prepared by the melt and anneal method and the products characterized by powder X-ray diffraction and SQUID techniques. It was found that CuCo2InTe4 and CuNi2InTe4 crystallize in the tetragonal space group (Nº 121), Z = 2, in a stannite-type structure, with the binaries CoTe and NiTe as secondary phases, respectively. The magnetic behavior of CuCo2InTe4 is that of a superparamagnetic state with an irreversibility temperature of ~450K and a maximum coercive field of 35 Oe at 2K; whereas CuNi2InTe4 shows two magnetic components, one diamagnetic an another weak ferromagnetic.

Se prepararon muestras policristalinas de CuCo2InTe4 and CuNi2InTe4 en su valor nominal por el método de fusión y recocido, y los productos fueron caracterizados por las técnicas de difracción de rayos X y SQUID. Se encontró que CuCo2InTe4 and CuNi2InTe4 cristalizan en una estructura tetragonal, grupo espacial (Nº 121), Z = 2, tipo estannita, con presencia de los binarios CoTe y NiTe como fases secundarias, respectivamente. El comportamiento magnético de CuCo2InTe4 es de tipo superparamagnético con una temperatura de irreversibilidad de ~450K y un campo coercitivo máximo de 35 Oe a 2K; mientras que CuNi2InTe4 presenta dos componentes magnéticas, una diamagnética y otra ferromagnética débil.

Caracterización de electrolitos YSZ-SDC obtenidos a partir de polvos nanométricos sintetizados por combustión

El presente trabajo muestra la síntesis y caracterización de zirconia dopada con 8% de itria (YSZ), ceria dopada con 20% samaria (SDC) y de su mezcla en 25 y 75 p/p respectivamente. El material en polvo fue obtenido por el método de combustión. Las muestras compactadas y sinterizadas a 1350 °C se caracterizaron mediante las técnicas difracción de rayos x (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Se verificó una estructura cúbica del tipo fluorita para ambos óxidos con tamaños de partículas nanométricos. En la mezcla se evidencia la presencia de SDC y una solución sólida intermedia. Las imágenes de SEM revelan una microestructura con porosidad y granos entre 0,5 y 1,0 µm. La muestra con mejor densificación resultó ser SDC, mostrando la mayor conductividad iónica por debajo de 600 °C, con una energía de activación 1,06 eV. Por encima de 600 °C, hubo una disminución de la conductividad atribuida a una alta concentración de dopante que favorecería la asociación de defectos, limitando el movimiento de las vacancias de oxígeno. Este efecto fue disminuido por la mezcla con YSZ, observándose una menor energía de activación (0,84 eV), lo cual pudiera estar relacionado con el cambio de composición local debida a la formación de una solución sólida.

8% Yttria doped zirconia, 20% samaria doped ceria and a mixture YSZ-SDC (25-75%w/w) were prepared by combustion method. Powders were sintered in pellets at 1350 °C to obtain dense material. X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used for phases, microstructural and ionic conductivity measures. The samples exhibit a fluorite type structure with nanometric sized particles. XRD analysis indicate SDC and solid solution coexisting in the mixed sample. SEM micrograph shows microstructure with grain sizes in the range of 0,5 to 1,0 μm. SDC shows good densification, showing the higher ionic conductivity below 600 °C, with an activation energy of 1,06 eV. Above 600 °C, there was a decrease in the conductivity attributed to a high concentration of dopant that could promote the defect association, limiting the movement of oxygen vacancies. This effect was reduced by mixing with YSZ, showing a lower activation energy (0,84 eV), which may be related to local composition change due to the formation of a solid solution.

Preparation and characterization of cement-based hydroxyapatite and galactomannan extracted from Adenanthera pavonina L. seeds

The aim of this study was to prepare and characterize a ceramic matrix cement of hydroxyapatite (HAp) and galactomannan (Gal) extracted from Adenanthera pavonina L. seed. Three composites were prepared: the solid phases used were 75 wt% HAp and 25 wt% Gal (HAG) both powder adding to composite 0.30 ml distilled water. The composite HAGJET consists of 0.10 mL catalyst commercial JET® (methyl methacrylate and dimethyl-p-toluidine) and 0.20 mL distilled water (see table 1). The HAGLS composite was composed of 60 wt% HAp powder, liquid phase of 40% Gal solution and 0.10 mL of catalyst commercial LS® (phosphoric acid, zinc oxide, aluminum hydroxide and water) (see table 1). The solid phase in each material was dissolved in the liquid corresponding to each composite formed. The phases of HAp and Gal were characterized by X-ray diffraction. The setting time, flow and solubility were tested according to ISO 6876/2001. Furthermore, the amount of water that each material absorbs was determined, as well as their microhardness and morphology. The data were analyzed using 1-way ANOVA with Students t-test (p < 0.05). All of the materials exhibited good setting time and flow above that allowed by the ISO (p < 0.05). The HAGLS composite had solubility of less than 3% (p < 0.05), absorbed less water (p < 0.05) and had the highest hardness value. The HAG and HAGLS composites showed roughened surfaces, while the HAGJET exhibited a smooth surface. These results suggest that there is potential to develop a sealer using HAp and Gal.

Este estudo refere-se à caracterização de um compósito a base de hidroxiapatita (Hap) e galactomanana (GAL) extraída da semente de Adenanthera pavonina L. Três compósitos foram preparados: o primeiro compósito é formado por 75% em massa de Hap e 25 % de GAL em fases sólidas utilizando 0,30 mL de água destilada como fase liquida (HAG). O segundo compósito é formado pela mesma proporção de Hap e Gal adicionando 0,20 mL de água destilada e 0,10 mL de catalisador commercial JET® (HAGJET) (ver tabela 1). O terceiro compósito (HAGLS) é compost de 60% em massa de Hap em fase sólida e 40 % de GAL em fase líquida e 0,10 mL de catalisador commercial LS® (ver tabela 1). A fase sólida de cada material foi dissolvida no líquido de cada compósito formado. As fases de Hap e GAL foram caracterizadas por difração de raios-X. Os compósitos foram caracterizados por técnicas de tempo de secagem ou cura, fluxo e solubilidade de acordo com a ISO 6876/2001. Além disso, a quantidade de água absorvida em cada compósito foi observada pelas técnicas de microdureza e morfologia. Os dados foram analisados estatísticamente utilizando o teste t-student com p < 0,05. Todos os compósitos apresentaram bons tempode de cura e fluxo. O HAGLS solubilizou abaixo de 3% com baixa absorção de água e um alto valor de microdureza. HAG e HAGLS apresentaram superficies rugosas, enquanto o HAGJET apresentou superfície lisa. Esses resultados sugerem que os compósitos de Hap e Gal são potencialmentes favoráveis a selantes.