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Consiguen mejorar con láser la resistencia de materiales metálicos

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han comprobado que la aplicación de la técnica Laser Shock Processing al tratamiento superficial de materiales metálicos mejora sus propiedades de resistencia al desgaste, la corrosión y la propagación de grietas.

 

En el Centro Láser de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han aplicado la técnica Laser Shock Processing (LSP) al tratamiento superficial de diversos materiales y, en concreto, han demostrado los efectos beneficiosos de esta técnica sobre la vida útil de aceros inoxidables y aleaciones de aluminio y titanio. Este cambio en las propiedades superficiales hace que esta técnica resulte especialmente adecuada y competitiva para el procesado futuro de materiales de la industria aeronáutica, nuclear, de automoción y biomédica.

Configuración experimental del proceso LSP en el Centro Láser UPM. Fuente: UPM

El denominado Laser Shock Processing, (LSP) –o tratamiento por ondas de choque generadas con láser−es una técnica que consigue deformar y generar tensiones permanentes en materiales metálicos, lo que permite mejorar las propiedades de su superficie frente a la propagación de grietas por fatiga, desgaste, abrasión, corrosión química y otras condiciones de fallo. En la investigación llevada a cabo en el Centro Láser de la UPM -por el equipo liderado por el profesor José Luis Ocaña-, esta técnica se ha aplicado con éxito al tratamiento de diversos componentes con el fin de mejorar su resistencia a la fatiga y alargar su vida útil. Entre las piezas ensayadas está, por ejemplo, una turbina o, también, componentes empleados en las prótesis de cadera. Los investigadores de la UPM han comprobado que los tratamientos LSP sobre estas piezas producen un incremento de su vida útil. Esto es un ejemplo de cómo el desarrollo y uso de modelos computacionales pueden ayudar a optimizar el diseño de procesos para solucionan problemas reales.

Detalle del tratamiento LSP de una turbina en el Centro Láser UPM Fuente: UPM 

A pesar de la disponibilidad de la técnica LSP en determinados laboratorios, como el Centro Láser de la UPM, los desarrollos prácticos a nivel industrial necesitan todavía un cierto recorrido para alcanzar un nivel suficiente de implantación industrial y requieren de un esfuerzo previo en el desarrollo de la capacidad de diseño del proceso. En la actualidad, en el Centro Láser de la UPM trabajan en la mejora de procesos de LSP en diferentes condiciones de irradiación y en sistemas de monitorización y control del proceso que posibiliten su transferencia directa a la industria, así como en el diseño y desarrollo de modelos numéricos que permitan dar información de los valores óptimos de los diferentes parámetros del proceso.

Sobre la base de su experiencia, instalaciones y conexiones tanto a nivel nacional como internacional, el Centro Láser de la UPM constituye en este momento una unidad pionera de I+D+i en tecnologías avanzadas de fabricación y tratamiento de materiales con láser para diversos sectores industriales, así como un centro de referencia a nivel nacional para la formación y la difusión y transferencia de tecnología a la industria.

 

Ocana, JL; Correa, C; Garcia-Beltran, A; Porro, JA; Ruiz-de-Lara, L; Diaz, M. Computer-Aided Development of Thermo-Mechanical Laser Surface Treatments for the Fatigue Life Extension of Bio-Mechanical Components. BIOINSPIRED COMPUTATION IN ARTIFICIAL SYSTEMS, PT II, 9108 429-438; 10.1007/978-3-319-18833-1_45 2015

Correa, C.; Gil-Santos, A.; Porro, J.A.; Díaz, M.; Ocaña, J.L.: Eigenstrain simulation of residual stresses induced by laser shock processing in a Ti6Al4V hip replacement. Materials and Design, Vol. 79, 106–114 (2015).

Ocaña, J.L.; Porro, J.A.; Morales, M.; Iordachescu, D.; Diaz, M.; Ruiz de Lara, L.; Correa, C.; Gil-Santos, A.: Laser Shock Processing: an emerging technique for the enhancement of surface properties and fatigue life of high-strength metal alloys. International Journal of Microstructure and Materials Properties, Vol. 8, 38-52 (2013)

 

 
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