Texturado de acero mediante láser IR pulsado en picosegundos y estudio de la influencia de la morfología en la mojabilidad del material

Barbado Imaña, Luis (2019). Texturado de acero mediante láser IR pulsado en picosegundos y estudio de la influencia de la morfología en la mojabilidad del material. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Texturado de acero mediante láser IR pulsado en picosegundos y estudio de la influencia de la morfología en la mojabilidad del material
Author/s:
  • Barbado Imaña, Luis
Contributor/s:
  • Morales Furió, Miguel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: February 2019
Subjects:
Freetext Keywords: mojabilidad, hidrofobicidad, láser, picosegundos, ablación
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Física Aplicada e Ingeniería de Materiales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La mojabilidad es la tendencia de un fluido a adherirse a una superficie sólida en presencia de otros fluidos inmiscibles y se caracteriza mediante el ángulo de contacto de las gotas de fluido que reposa sobre la superficie. Cuando este ángulo de contacto es muy pequeño, el fluido se adhiere a la superficie incrementando con ello el área de contacto entre los dos medios. Por el contrario, existen disposiciones para las que el ángulo de contacto es muy elevado y apenas existe adherencia. Estas son conocidas como superficies superhidrofóbicas. Esta propiedad superficial es aprovechada de manera natural por algunas plantas e insectos para repeler el agua y, con ella, posibles organismos dañinos. Desde que en 1997 se descubriera que las morfologías superficiales con distintas escalas de rugosidad (del orden de nanómetros) están detrás de este comportamiento, los investigadores se han inspirado en este hecho para desarrollar nuevas técnicas que permitan trasladar estas propiedades superficiales a otros ámbitos como la tecnología y la biomedicina. Una de estas técnicas consiste en emplear sistemas láser ultrarrápidos para generar morfologías similares a las observadas en la naturaleza y, de esta forma, obtener propiedades de mojabilidad parecidas. La principal ventaja de este método reside en la emisión de haces de luz con alta densidad de energía que permiten eliminar el material de una manera controlada y precisa. Siguiendo esta línea, en este trabajo se ha empleado un sistema láser infrarrojo pulsado con duración de pulsos del orden de picosegundos y alta frecuencia de repetición (100 kHz) para realizar texturados en el material que permitan estudiar la influencia de diferentes morfologías superficiales en la mojabilidad del material. Para realizar los ensayos se emplearon placas de acero inoxidable AISI-304 de 0,91 mm de espesor. Aunque existen diferentes variables que afectan a la rugosidad de un material y con ello a sus propiedades de mojabilidad, se eligieron la profundidad de los surcos realizados con el láser y la separación entre los mismos para caracterizar este factor. Para analizar cómo influían las diferentes variables que permite controlar el sistema láser (velocidad de avance y potencia) en las características de los surcos, se realizaron, en primer lugar, una serie de ensayos paramétricos en los que se variaban la potencia, la velocidad de avance y el número de pasadas. Tras analizar los resultados con un microscopio confocal, se llegó a la conclusión de que los valores óptimos de velocidad y potencia que ofrecían un control más preciso sobre la profundidad y la separación en los surcos eran 2400 mm/min y 0,75 W respectivamente. Con estos parámetros se diseñó un experimento en el que se realizaron un total 16 áreas texturadas en las que se variaba la profundidad de los surcos y la separación entre los mismos en un rango de cuatro valores distintos. Así, este ensayo se planteó de manera que permitiera realizar un análisis estadístico de la influencia de estos dos factores a la mojabilidad. Para llevarlo a cabo se realizaron tres series de medidas de los ángulos de contacto de gotas 4μl depositadas en cada una de las muestras. Tras tomar fotos y medir los ángulos de contacto, se realizó el modelo estadístico mencionado anteriormente. Este concluyó, finalmente, que tanto la profundidad como la separación entre surcos afectaban de manera crítica en la mojabilidad de la muestra. En este ensayo se obtuvieron medidas de ángulo de contacto claramente hidrofóbicas (147°) y otras, por el contrario, muy próximas a los 20° que se extendían por toda la superficie texturada.

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Item ID: 54329
DC Identifier: http://oa.upm.es/54329/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:54329
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 18 Mar 2019 08:14
Last Modified: 15 May 2019 22:30
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