Estudio de la nanoindentación de recubrimientos delgados SiO₂–TiO₂
DOI:
https://doi.org/10.29105/ingenierias29.100-975Palabras clave:
Nanoindentación, aluminio 6061-T6, SiO2-TiO2, Análisis de Elementos FinitosResumen
Las aleaciones de aluminio son ampliamente utilizadas en aplicaciones estructurales debido a sus buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, presentan limitaciones en resistencia al desgaste y a la corrosión. En este trabajo, se propone el uso de recubrimientos de SiO₂-TiO₂ aplicados mediante la técnica sol-gel para mejorar el comportamiento mecánico y electroquímico de la aleación Al 6061-T6. Se realizaron ensayos de nanoindentación sobre películas depositadas, obteniéndose un incremento del 15.49% en el módulo de elasticidad respecto al sustrato sin recubrimiento. Paralelamente, se desarrolló un modelo numérico basado en elementos finitos (FEM) con geometría axisimétrica 2D para la predicción del proceso de nanoindentación y su distribución de esfuerzos y deformaciones. Los resultados simulados mostraron una buena aproximación con las pruebas experimentales, validando el enfoque computacional como herramienta útil para estudiar el comportamiento mecánico de recubrimientos delgados. Este enfoque integrado ofrece una metodología integral para evaluar la viabilidad de recubrimientos funcionales sobre aleaciones ligeras en aplicaciones aeronáuticas.
Descargas
Citas
1. Gamez, J., Reyes-Osorio, L., Zapata, O., Cabriales, R., Lopez, L., & Delgado-Pamanes, M. (2024). Study of protective hard coatings of SiO2-TiO on aluminum substrates. AIMS Materials Science, 11(2), 200-215. https://doi.org/10.3934/matersci.2024011 DOI: https://doi.org/10.3934/matersci.2024011
2. Musza, A., Ugi, D., Vida, Á., & Chinh, N. Q. (2022). Study of Anodic Film’s Surface and Hardness on A356 Aluminum Alloys, Using Scanning Electron Microscope and In-Situ Nanoindentation. Coatings, 12(10), 1528. https://doi.org/10.3390/coatings12101528 DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12101528
3. Filippov, P., Kiderlen, S., & Koch, U. (2020). Preparation of the Surfaces of High-Purity Polycrystalline Aluminum for the Mechanical Analysis by Means of Nanoindentation. Practical Metallography, 57(6), 397-414. https://doi.org/10.3139/147.110633 DOI: https://doi.org/10.3139/147.110633
4. Liberini, M., De Falco, G., Scherillo, F., Astarita, A., Commodo, M., Minutolo, P., D’Anna, A., & Squillace, A. (2016). Nano-TiO2 coatings on aluminum surfaces by aerosol flame synthesis. Thin Solid Films, 609, 53-61. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.04.025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.04.025
5. Gutiérrez, M., Reyes, L., Bermúdez-Reyes, B., Guerra-Fuentes, L., & Robledo, P. C. Z. (2019). RECUBRIMIENTOS NANOESTRUCTURADOS SIO2-TIO2 EN ALEACIONES DE ALUMINIO 6061-T6. Revista Ciencia UANL, 22(96), 48-53. https://doi.org/10.29105/cienciauanl22.96-3 DOI: https://doi.org/10.29105/cienciauanl22.96-3
6. Zhang, W., Li, J., Xing, Y., Nie, X., Lang, F., Yang, S., Hou, X., & Zhao, C. (2020). Experimental Study on the Thickness-Dependent Hardness of SiO2 Thin Films Using Nanoindentation. Coatings, 11(1), 23. https://doi.org/10.3390/coatings11010023 DOI: https://doi.org/10.3390/coatings11010023
7. Alaboodi, A. S., & Hussain, Z. (2017). Finite element modeling of nano-indentation technique to characterize thin film coatings. Journal Of King Saud University - Engineering Sciences, 31(1), 61-69. https://doi.org/10.1016/j.jksues.2017.02.001
8. Cheng, S., Chen, B., Jian, S., Hu, Y., Le, P. H., Tuyen, L. T. C., Lee, J., & Juang, J. (2022). Finite Element Analysis of Nanoindentation Responses in Bi2Se3 Thin Films. Coatings, 12(10), 1554. https://doi.org/10.3390/coatings12101554 DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12101554
9. Abdulaziz S. Alaboodi, Zahid Hussain, Finite element modeling of nano-indentation technique to characterize thin film coatings. Journal of King Saud University – Engineering Sciences 31 (2019) 61–69 http://dx.doi.org/10.1016/j.jksues.2017.02.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jksues.2017.02.001
10. Ilona Pavlovska et al. Hard TiO2–SiO2 sol–gel coatings for enamel against chemical corrosion. Surface & Coatings Technology 258 (2014) 206–210 http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.09.027 DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.09.027
11. G. M. Pharr, W. C. Oliver, “Measurement of Thin Film Mechanical Properties Using Nanoindentation”, MRS Bull., Vol. 17, No. 7, 1992, pp. 28–33. DOI: https://doi.org/10.1557/S0883769400041634
12. ASM Handbook Committee (1991). "Heat Treating of Aluminum Alloys". Volume 4: Heat Treating. ASM. pp. 871. doi:10.1361/asmhba0001205. https://dx.doi.org/10.1361%2Fasmhba0001205
13. Hatch, John (1984). "Microstructure of Alloys". Aluminum: Properties and Physical Metallurgy. ASM International. pp. 54–104. ISBN 9780871701763.
14. Milton Ohring, “Materials Science of thin films Deposition and Structure”, Rev. Academic Press, Second edition, London, UK, 2002, pp. 718-720.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2026 Alejandra Vallejo, Luis Arturo, Ivan Moreno, Luis Alberto López Pavón
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
