Desarrollo de una técnica de espectroscopia de impedancia electroquimica (EIS) para la evaluación dinámica del desgaste en aleaciones biomédicas

Abstract

[ES] Los modelos de desgaste mecánicos para aleaciones biomédicas son especialmente importantes ya que en los entornos corrosivos los efectos combinados se acentúan entre ellos. Este fenómeno se conoce como tribocorrosión. El estudio de la tribocorrosión es difícil debido a la naturaleza de ambos fenómenos causantes. Aunque los fenómenos puedan ser estudiados por separado cuando actúan en conjunto los cambios en la estructura y los mecanismos de control del sistema son mucho más complicados. El objetivo de este proyecto es la obtención de resultados en condiciones dinámicas mediante el uso de técnicas electroquímicas del tipo EIS (espectros de impedancia electroquímica). Para la correcta aplicación de estos métodos es necesario conocer en detalle el sistema estudiado, puesto que el tratamiento de los datos de los espectros requiere de modelos teóricos capaces de ajustarse a los resultados experimentales. Los modelos empleados son conocidos como circuitos eléctricos equivalentes y permiten establecer símiles entre los componentes habituales de un circuito eléctrico y la respuesta electroquímica de los mecanismos presentes en el sistema estudiado. El principal problema de esta técnica es la necesidad de un estado estacionario para la correcta toma de datos. Estas condiciones no se dan en un sistema afectado por la tribocorrosión. Con este problema en mente se ha desarrollado un método experimental capaz de obtener resultados en un sistema que se encuentra en cambio constante. La clave del método reside en el uso de señales compuestas que permiten recoger la información del espectro para un pequeño rango de frecuencias en cada instante de tiempo. Este tipo de señales son conocidas como multisine y se caracterizan por enviar en cada instante una señal compuesta de múltiples senos, cada uno de ellos a una frecuencia distinta. Las medias del espectro se realizan en un reactor electroquímico sobre el cual estará trabajando un tribómetro. Se estudiará el efecto del pH sobre diferentes aleaciones en estas condiciones de trabajo.

[EN] The wear mechanisms models for biomedical alloys are specially important in corrosive media. Systems affected by both mechanical wear and corrosion are under the effect of what is know as tribocorrosion. Althought fenomena like corrosion and wear are studied individually, the combinedd effect of both is difficult to predict with acuracy. This study has as an objective the determination of electrochemical impedance spectra under tribocorrosion mechanisms. Due to the nature of the EIS technic the system requires a stacionary state in order to conduct a proper record of the signals. The electrochemical spectra is adjusted to theoretical models defined as electrical circuits. The individual components of a circuit emulate the behavior of the diferent mechanisms ocurring in the studied system. The key to unravel this problema is in the use of a special definition of the perturbation signal, known as multisine signals. This type of signa lis formed by multiple sines in a range of frequency. The signal recorded as a response to de perturbation will probide with the information needed to determine the impedance spectra for each instant The meassurements are conducted under tribocorrosive conditions. The electrochemical reactor will be subdued to the effect of a tribometer while the spectra is being recorded. The study will be conducted for different alloys under multiple pH conditions.

[CA] Els models de desgast mecànic per a aleatges biomédics son especialment importants ja que en els entorns corrosius els efectes aumenten. Aquest fenomen es coneix com a tribocorrosió L’estudi de la tribocrrosió es difícil, aixo es degut a la natura dels fenomes causants. Encara que aquestos pugan ser estudiats per separat, quan actúen junts esl cambis en l’estructura y els mecanismes de control del sistema es compliquen considerablement. El objectiu del projecte es la determinació de espectres en condicions de tribocorrosió mitjançant l’us de les técniques d’impedancia electroquímica. Per a la correcta aplicació d’aquestos metods es necesari coneixer el sistema estudiat, ya que el tratament de les dades obtesses requereix de models teórics que pugan predeir correctament el comportament físic del sistema. Aquestos models coneguts com a circuitselectrics equivalents permiteixen establir un simil entre les dades experimentals y els componentes electrics del circuit. El principal problema d’aquesta técnica es la necesitat de l’estat estacionari per a la correcta toma de les dades. Aquestes condicions no es donen en un sistema afectat per la tribocorrosió. Coneixent aquest problema se ha desenvolupat un procediment experimental capaç d’obtindre resultats en un sistema en cambi continu. La clave del procediment es l’us de senyals compostes que permiteixen recollir l’informació de l’espectre per a un xicotet Interval de frequencies en cada instant. Aquest tipus de senyal es coneguda com a multisine y es caracteritza per a enviar com a perturbació una senyal composta de múltiples senys, cadascun a una frequencia distinta. El espectre es realitzará en un reactor electroquímic en el qual haurá un tribometré en funcionamient. El efecte del pH s’estudiara per a diferents aleatges.