Estudio de la viabilidad de adicionar magnesio a aleaciones pulvimetalúrgicas de titanio, para la obtención de productos densos y/o porosos

Abstract

[ES] Una de las aleaciones de interés creciente, pero al mismo tiempo más complejas de obtención son las aleaciones Ti-Mg, pues ambos elementos presentan puntos de fusión con temperaturas muy dispares y es por ello que su obtención por técnicas de fusión resulta casi imposible. En el presente trabajo vamos a realizar la obtención de aleaciones Ti-Mg mediante técnicas convencionales de metalurgia de polvos mezclando los polvos elementales en cantidades de 5 y 10% en peso, que serán compactados y posteriormente sinterizados. Es la sinterización la operación más delicada pues la utilización de alto vacío y la volatilidad del magnesio obliga a estudiar los parámetros principales de temperatura y tiempo de manera que pueda obtenerse una sinterización en fase líquida, adecuada para obtener el material con unas propiedades mecánicas de acuerdo a las posibles aplicaciones a desarrollar. Entre éstas cabe señalar la posibilidad de aplicación como biomaterial parcialmente biodegradable por las propiedades del mismo magnesio. Es por ello que también se explorará el efecto de la adición de estos contenidos de magnesio en la aleación beta base Ti-34Nb que forma parte de gran parte de las aleaciones de titanio beta desarrolladas en los últimos años. Uno de los más importantes parámetros a considerar en este grupo de aleaciones es su comportamiento frente a corrosión, por lo que se realizarán ensayos de corrosión electroquímica, principalmente, y se estudiarán los mecanismos que suceden en estos ensayos para establecer el efecto que la adición del magnesio presenta en la estabilidad de la capa pasiva del titanio. Debido a la alta reactividad del magnesio, superior al Ti, se estudiará la formación de posibles óxidos de magnesio, así como su estabilidad frente a la corrosión. La adición del Mg en la aleación Ti-34Nb permitirá variar tanto el comportamiento mecánico como químico variando su solubilidad en ambos elementos que conforman la aleación. Por ello, será fundamental que el estudiante elabore los protocolos necesarios para la obtención de estas aleaciones mediante técnicas pulvimetalúrgicas, así como los ensayos de caracterización a realizar. En este sentido, el trabajo se centrará en la caracterización microestructural que permitirá obtener la distribución de fases, como en el comportamiento frente a corrosión mediante ensayos potenciodinámicos y de impedancia electroquímica. Con la variación de la temperatura de sinterización se obtendrá la sublimación de gran parte del magnesio, dando como resultado, materiales porosos, tanto de titanio prácticamente puro como de la aleación Ti-Nb, que serán caracterizados, igualmente, microestructural y químicamente. En el trabajo, el estudiante elaborará un presupuesto completo necesario para la ejecución del trabajo.

[EN] One of the alloys of growing interest, but at the same time more complex to obtain, are the Ti-Mg alloys, since both elements have melting points with very different temperatures and that is why their obtaining by fusion techniques is almost impossible. In the present work we are going to carry out the obtaining of Ti-Mg alloys by means of conventional powder metallurgy techniques, mixing elemental powders in quantities of 5 and 10% by weight, which will be compacted and subsequently sintered. Sintering is the most delicate operation since the use of high vacuum and the volatility of magnesium forces to study the main parameters of temperature and time so that a sintering in liquid phase can be obtained, suitable to obtain the material with adequate mechanical properties for the possible applications to be developed. Among these, it is worth noting the possibility of application as a partially biodegradable biomaterial due to the properties of magnesium itself. For this reason, the effect of the addition of these magnesium contents in the beta base Ti-34Nb alloy, which is part of a large part of the beta titanium alloys developed in recent years, will also be explored. One of the most important parameters to consider in this group of alloys is their behaviour against corrosion, so electrochemical corrosion tests will be carried out, mainly, and the mechanisms that occur in these tests will be studied to establish the effect that the addition of Magnesium presents in the stability of the passive layer of titanium. Due to the high reactivity of magnesium, higher than Ti, the formation of possible magnesium oxides will be studied, as well as its stability against corrosion. The addition of Mg in the Ti-34Nb alloy will allow varying both the mechanical and chemical behaviour by varying its solubility in both elements that make up the alloy. Therefore, it will be essential for the student to develop the necessary protocols to obtain these alloys using powder metallurgical techniques, as well as the characterization tests to be carried out. In this sense, the work will focus on the microstructural characterization that will make it possible to obtain the distribution of phases, as well as on the behaviour against corrosion through potentiodynamic and electrochemical impedance tests. With the variation of the sintering temperature, the sublimation of a large part of the magnesium will be obtained, resulting in porous materials, both of practically pure titanium and Ti-Nb alloy, which will also be characterized, microstructurally and chemically. At work, the student will prepare a complete budget necessary for the execution of the work.