El material como sustrato es un componente central del proceso de galvanoplastia y tecnología de superficies. El Coloquio sobre Tecnología de Materiales presenta innovaciones relacionadas con el sustrato, así como nuevos descubrimientos en tecnología de galvanoplastia. La 23ª edición del evento tuvo lugar a finales de marzo en Chemnitz. Fue organizado por el Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Tecnológica de Chemnitz.
En su discurso de bienvenida, el Director del Instituto de la TU Chemnitz, Prof. Thomas Lampke, se mostró encantado con la excelente asistencia de 190 participantes en Chemnitz. A continuación pronunciaron unas palabras de bienvenida el Prof. Andreas Schubert, Decano de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica de Chemnitz, y el Dr. Klaus Nassenstein, Presidente de la red de investigación y transferencia AiF e.V.. Ambos ponentes consideraron que el coloquio es una importante plataforma de comunicación para intercambiar resultados de investigación actuales y subrayaron que es necesario hacer más para atraer a jóvenes talentos técnicos. Actualmente no hay tanta demanda de programas de formación técnica como debería. Nassenstein también hizo hincapié en la necesidad de transferir las innovaciones a la industria.
El coloquio comenzó con discursos de start-ups y expositores de la industria. En ellas se retomó la idea de la transferencia de innovaciones. Tres start-ups presentaron sus desarrollos:
- CMMC GmbH, una empresa derivada de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, presentó un novedoso proceso de fabricación de materiales AMC (compuestos de matriz de aluminio) mediante tecnología de fundición.
- NanoSen, también spin-off de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, desarrolló un proceso innovador para la producción en serie y rentable de sensores de fuerza fabricados con nanocompuestos.
- MiViA, una spin-off de la Bergakademie Freiberg, presentó un sistema de análisis de microestructuras rápido y autónomo para el control de calidad de materiales en la industria.
Rainer Venz, de MacDermid Alpha Electronic Solutions, en conversación con el profesor Thomas LampkeLasempresas Höganas Germany GmbH, Coventya GmbH, Carl Zeiss GOM Metrology, Polytec GmbH y Evident Europe GmbH también ofrecieron soluciones innovadoras para la industria en diversos campos en sus discursos de apertura. Cloeren Technology GmbH, Limess Messtechnik und Software GmbH, ZwickRoell GmbH & Co KG y Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH mostraron sus servicios en la exposición industrial.
El coloquio incluyó también una exposición de pósters con 13 carteles procedentes de Alemania, Polonia y la República Checa. Los pósters se presentaron en breves charlas en la sesión de pósters de la tarde del primer día de conferencias. Los carteles ganadores, del Dr. Jan Tomastik (Universidad Palacky de Olomouc/Olmütz), Jun Xu (Innovent e. V.) y Tobias Heib (Universidad del Sarre), fueron premiados durante el acto vespertino del primer día de conferencias.
El coloquio ofreció un amplio programa de conferencias con un total de 54 ponencias en tres sesiones, nueve conferencias de síntesis, una conferencia plenaria y una conferencia de clausura. Las ponencias se centraron en los resultados actuales de la investigación en los campos de la pulverización térmica, unión/soldadura, unión/soldadura, fabricación aditiva, galvanoplastia funcional, caracterización de materiales, materiales compuestos, corrosión y aleaciones con memoria de forma.
En su conferencia general, el Prof. Jonas Hensel, Director de la Cátedra de Tecnología de Soldadura de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, presentó la fabricación por soldadura generativa de componentes estructurales de alta resistencia con arco e hilo. Los procesos de fabricación generativa se utilizan sobre todo en ámbitos en los que se requieren pequeñas cantidades, una geometría complicada y un alto grado de personalización. Los procesos de fabricación generativa ofrecen una serie de ventajas, como la producción sin herramientas ni formas, la posibilidad de crear geometrías complicadas y la producción flexible. Utilizando el ejemplo de los grandes ganchos de grúa, Hensel subrayó que la producción convencional en fundiciones lleva mucho tiempo. Sin embargo, hay que señalar que la fabricación aditiva sigue siendo actualmente compleja y cara.
Sesión de unión/soldadura
Nina Schröder, del Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales, habló sobre el tema "Influencia de las microaleaciones en el comportamiento de precipitación y la resistencia al impacto de barras entalladas de aceros estructurales soldados de alta resistencia". Se analizaron sistemáticamente los efectos de diferentes rutas de microaleación con contenidos variables de Ti y Nb y su influencia en las propiedades mecánicas. El grado de acero S690QL constituyó la base de las investigaciones. Como resultado, se pudo describir cualitativamente la influencia del efecto térmico de la soldadura en la formación de la microestructura en la ZAC (zona afectada por el calor) y las propiedades mecánicas correspondientes.
Sesión Fabricación aditiva
Impresiones del coloquio y de la exposición comercial que lo acompañóJaneAwayes, de Siemens Energy Berlin, habló sobre "Valores mecánicos de la soldadura fuerte de fabricación aditiva de Haynes 282 con Ni 612 y Ni 660". Haynes 282 es una aleación de níquel-cromo-cobalto endurecible por precipitación con muy buena resistencia a la fluencia, que se utiliza en el proceso Laser Powder Bed Fusion (LPBF) para la fabricación de aplicaciones de turbinas de gas. Sin embargo, la microestructura de los materiales fabricados aditivamente se desvía del proceso de fundición convencional, lo que significa que los procesos subsiguientes, como la soldadura y el tratamiento térmico, tienen que ser recalificados para su uso en la turbina de gas. Se analizó la resistencia a la tracción y al cizallamiento de la aleación. Los resultados de los ensayos de tracción mostraron que la soldadura Ni 612 tenía la resistencia nominal a la tracción del material base Haynes 282 fabricado aditivamente. La superficie de fractura se localiza en la zona de difusión. La resistencia a la tracción del Ni 660 es más dispersa y los valores son inferiores a los del Ni 612.
Karsten Wandtke, representante del Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales, intervino de nuevo en esta sesión. El tema fue la influencia de la separación de los pasos de producción en la tensión residual de los componentes fabricados aditivamente. El acero de alta resistencia se utiliza cada vez más en ámbitos relevantes para la seguridad. Los correspondientes consumibles de soldadura para procesos de soldadura por arco están disponibles comercialmente. Sin embargo, su uso industrial se ve limitado por la falta de directrices y de conocimientos cuantitativos sobre las tensiones de soldadura durante la producción y el funcionamiento. Como resultado de las investigaciones, se descubrió que la altura del componente en particular tiene una influencia significativa en la tensión residual, mientras que el grosor de la pared y la longitud del componente no la tienen. La geometría tiene una influencia significativa en la relajación y redistribución de las tensiones residuales y, por lo tanto, puede tener un efecto positivo en la resistencia a las grietas.
Sesión de unión/soldadura
Benjamin Sattler, del Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, presentó una ponencia sobre "Uniones cargables utilizando nanopartículas de Ni" como parte de la sesión. Sattler habló de las investigaciones sobre la unión de nanopastas, que se producen a partir de nanopartículas de Ni y componentes orgánicos mediante dispersión asistida por ultrasonidos. Además de las propiedades de los sistemas disolventes y las pastas, se investigaron las resistencias de las uniones cuando se utilizan sobre materiales base de Ni. Las pastas con partículas de 90 nm proporcionaron mejores resultados de resistencia que las que contenían partículas de 20 nm. A mayor temperatura de unión, se consiguió un 25 % menos de resistencia que a temperatura ambiente. Esto ofrece potencial para procesos de unión a baja temperatura (nanounión).
El profesor Thomas von Unwerth, de la Universidad Técnica de Chemnitz, catedrático de Propulsión de Vehículos Alternativos, abordó un tema de gran actualidad en su apasionante conferencia general: El hidrógeno como vector energético para aplicaciones móviles: requisitos de las tecnologías de almacenamiento. Explicó cuestiones relacionadas con la producción, el almacenamiento y el transporte del hidrógeno. Para el almacenamiento se dispone actualmente de procesos basados en la física (gas comprimido), hidrógeno líquido y procesos basados en materiales (líquidos orgánicos, hidruros). Actualmente se prefiere el almacenamiento en contenedores presurizados. Hay que tener en cuenta los requisitos del almacenamiento móvil, como la densidad energética, el rendimiento, la seguridad y los costes. Subrayó que son posibles y concebibles varios enfoques de almacenamiento, pero que los sistemas de almacenamiento rentables aún requieren mucho trabajo de I+D.
Sesión sobre almacenamiento de hidrógeno
Las dos ponencias siguientes, a cargo de Philipp Hübner, también de la Cátedra de Propulsión de Vehículos Alternativos, y Andreas Gester, del Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, presentaron una alternativa al almacenamiento convencional en contenedores presurizados: El almacenamiento en depósitos de hidruros metálicos. Philipp Hübner habló de un sistema de ensayo flexible y rentable para caracterizar los tanques de almacenamiento de hidruros metálicos, mientras que Gester habló del diseño del material y la microestructura de los tanques de almacenamiento de hidruros a base de magnesio. Para la utilización convencional de esta tecnología, deben desarrollarse aleaciones que presenten una cinética de absorción y liberación de hidrógeno suficientemente buena. Como parte del trabajo de investigación, se investigaron aleaciones a base de magnesio, siendo objeto de la investigación diferentes rangos de presión y temperatura, ya que éstos tienen una influencia directa en la cinética de absorción y liberación de hidrógeno. Gester proporcionó información sobre el uso de catalizadores para acelerar la reacción del hidrógeno con el metal. En cuanto a los resultados de la carga, las muestras en forma de polvo tienen una mejor capacidad de absorción de hidrógeno.
Sesión sobre endurecimiento de superficies
La presentación de Robin Berger, de BorTec GmbH, se centró en la eliminación de la influencia perjudicial del torneado en la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables austeníticos tras el endurecimiento superficial mediante procesos de eliminación electroquímica. El objetivo del endurecimiento superficial a baja temperatura es reducir o evitar el desgaste causado por la abrasión y la adherencia. Las barras de prueba fabricadas con X5CrNi18-10 se procesaron primero mecánicamente y después se optimizó su superficie utilizando diversos métodos y parámetros de eliminación electroquímica (electropulido, pulido con plasma). Los resultados mostraron que el efecto de la optimización de la superficie sobre las propiedades de corrosión era bajo. Se obtuvieron resultados mínimamente mejores con el uso de electrolitos ácidos (mayor eliminación). Como hipótesis de trabajo se postuló la siguiente tecnología: Procesamiento mecánico, pulido por plasma en un electrolito ácido, endurecimiento de la superficie.
El segundo día de la conferencia
La conferencia plenaria del Prof. David Rafaja, Director del Instituto de Ciencia de Materiales de la TU Bergakademie Freiberg, inauguró el segundo día de la conferencia. En su presentación, el Prof. Rafaja mostró las diversas posibilidades de la radiación sincrotrón en la investigación de materiales. La radiación sincrotrón es una radiación extremadamente intensa (las partículas cargadas se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y emiten una luz intensa) que se utiliza, entre otras cosas, para desarrollar nuevos materiales y tecnologías. Se genera en grandes instalaciones de investigación en las que las partículas cargadas se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y emiten luz intensa. En Alemania, existen las fuentes de radiación sincrotrón PETRA III y FLASH en el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) de Hamburgo. En este contexto, el profesor Rafaja informó sobre la iniciativa sajona de cooperación estratégica con el Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY de Hamburgo.
"Tecnologías innovadoras de placas de circuito impreso: pegado frente a sinterizado" fue el tema de la presentación general de Rainer Venz, de MacDermid Alpha Electronic Solutions. La sinterización de la plata es una de las nuevas tecnologías que permiten alargar la vida útil de todo el paquete de potencia. La plata es dúctil, tiene un punto de fusión elevado y una conductividad térmica muy alta. Por tanto, los compuestos sinterizados de Ag son muy prometedores, especialmente para potencias y temperaturas de funcionamiento más elevadas. El Sr. Venz explicó que la sinterización permite a los clientes ahorrar en tamaño y peso de los componentes. La disipación del calor también es mejor y se puede optimizar la densidad de potencia.
Sesión sobre galvanoplastia funcional
La tecnología de galvanoplastia fue el tema de otra sesión. Chris Klok, de MacDermid Alpha, habló de la galvanoplastia de precisión para el revestimiento de agujeros pasantes en placas de circuitos impresos multicapa. Trató de los agujeros negros como tecnología de galvanoplastia directa. El principio fundamental consiste en convertir el polvo de carbono adsorbido en la superficie de la pared del orificio en una capa conductora que puede utilizarse como conductor para el cobreado posterior. Las ventajas del proceso son el procedimiento automático, las bajas temperaturas, el menor número de etapas del proceso, la química estable y los costes reducidos. Además, utiliza menos agua y electricidad que el cobreado químico.
El segundo ponente de la sesión fue Scott Dombrowe, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Mittweida. Su tema fue la sustitución de las capas de cromo duro por la deposición galvánica de aleaciones de Ni-W a partir de sistemas acuosos sin ácido cítrico. Hasta la fecha, ningún proceso o sistema de recubrimiento ha sido capaz de sustituir completamente todas las propiedades de las capas de cromo duro, teniendo en cuenta los costes de producción. Dombrowe presentó los resultados de las pruebas actuales del sistema binario de aleación de níquel y wolframio, galvanizado a partir de un electrolito sin ácido cítrico. Se pudieron producir capas sin grietas incluso con espesores de capa elevados. Se puede conseguir un aumento de la dureza de la capa NI-W mediante tratamiento térmico, aunque no se alcanzó la dureza de las capas de cromo duro. El contenido de W en el electrolito desempeña un papel importante junto con otros parámetros para el contenido de W de la capa.
Sesión sobre materiales compuestos
La presentación de Ramon Helwing, de la Universidad TU de Dortmund, trató sobre la identificación de daños locales por fatiga en plásticos reforzados con fibra de líber. En comparación con las fibras sintéticas de vidrio y carbono, las fibras de líber presentan una dispersión significativa de las propiedades del material debido a las diferentes condiciones de crecimiento. El resultado es una variación local del material de la fibra. Los daños se introdujeron específicamente en el material en ensayos de varias etapas. Las zonas con daños intensos se detectaron mediante termografía y se compararon con las zonas de baja reacción del material. De este modo se pudo identificar la varianza del daño localizado. Las diferencias significativas en el daño indican la relevancia de las propiedades locales del material con respecto al desarrollo del daño y la resistencia a la fatiga.
Sesión Aleaciones con memoria de forma
Ulrike Lohr, del Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, se centró en la influencia del pretratamiento termomecánico en la liberación de Ni del NiTi electropulido. Las aleaciones de NiTi se utilizan con frecuencia como implantes. Esta aplicación requiere tener en cuenta la liberación de iones de Ni (alergia al Ni). El objetivo de este estudio es investigar la influencia del pretratamiento termomecánico en la liberación de Ni a corto y largo plazo. Para la investigación se utilizaron alambres de NiTi electropulidos. Como resultado, se determinó que la liberación de Ni aumenta a corto plazo en todos los alambres y disminuye a largo plazo en todos los pretratamientos termomecánicos. El valor límite de Ni de la normativa de la UE se cumple a largo plazo para todas las condiciones de la muestra. Los factores causantes de las diferentes liberaciones de Ni están aún por investigar.
