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Módulo/Materia

MÓDULO 2. INGENIERÍA DE MATERIALES

MOBIM: Materia Obligatoria de Ingeniería de Materiales

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Descripción/Contenidos

Características de las superficies, Tecnología de vacío, Técnicas de estudio de la estructura superficial, Análisis de la composición superficial, Rugosidad y topografía superficial, Propiedades mecánicas de las superficies, Dureza, Tribología: Fricción, Lubricación, Desgaste adhesivo, Desgaste abrasivo.

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Competencias genéricas

CG1 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios, habitualmente multidisciplinares, relacionados con la caracterización, comprensión, diagnóstico, elección de materiales y diseño y gestión de los procesos de fabricación y tratamiento correspondientes.

CG2 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades económicas, medioambientales, sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CG3 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones (y los conocimientos y razones últimas que las sustentan) tanto oralmente como por escrito, a públicos especializados y no especializados en materiales y procesos de fabricación, de un modo claro y sin ambigüedades, adaptándose siempre a las prácticas y formas de expresión de cada entorno concreto.

CG4 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando, una vez finalizado el máster, de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

CG5 - Que los estudiantes sean capaces de identificar y relacionarse con los foros nacionales e internacionales, centros de investigación, científicos y profesionales, de las áreas de materiales y de procesos de fabricación, especialmente con aquellos grupos que detentan el liderazgo de sus especialidades a nivel nacional e internacional.

CG6 - Que los estudiantes adquieran la formación y destrezas propias de un investigador científico, particularmente su espíritu crítico, su capacidad de identificación, análisis y contraste de las fuentes solventes de información, el método y el rigor a la hora de plantear propuestas, proponer modelos, realizar experimentos y analizar resultados, así como la precisión y la moderación a la hora de emitir juicios.

CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio

CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

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Competencias específicas

CE1 - Que los estudiantes posean conocimientos fundamentales sobre las bases teóricas físicas y químicas de la naturaleza, propiedades y comportamiento de los materiales.

CE3 - Que los estudiantes conozcan y sepan aplicar modelos teóricos y herramientas físicas y matemáticas (incluyendo simulaciones numéricas) al diagnóstico y resolución de problemas, tanto de materiales como de procesos de fabricación.

CE4 - Que los estudiantes conozcan y sepan aplicar las técnicas experimentales necesarias para el análisis y caracterización de los materiales y su comportamiento en servicio.

CE6 - Que los estudiantes interioricen la naturaleza multidisciplinar de la Ingeniería de Fabricación y de la Ciencia de Materiales, siendo conscientes de los distintos conocimientos y tecnologías necesarios para trabajar con éxito en dichos campos.

CE7 - Que los estudiantes no pierdan de vista los aspectos relacionados con gestión, calidad y logística de las decisiones que puedan tomar como resultado de sus análisis de un problema.

CE8 - Que los estudiantes entiendan y sepan evaluar el impacto de sus diagnósticos y decisiones en los contextos económico, ambiental y social.

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Resultados aprendizaje

R1- Identificar y relacionarse con los foros nacionales e internacionales, centros de investigación, científicos y profesionales, relacionados con el análisis, el ensayo y los tratamientos para la mejora de las propiedades de materiales.

R2- Adquirir la formación y destrezas propias de un investigador científico en el campo del análisis, el ensayo y los tratamientos de materiales, como son: espíritu crítico, capacidad de identificación, análisis y contraste de las fuentes solventes de información, método y rigor a la hora de plantear propuestas, proponer modelos, realizar experimentos y analizar resultados, así como la precisión y la moderación a la hora de emitir juicios, entre otros.

R4- Conocer los fundamentos teórico-prácticos de la ingeniería de superficies y los diferentes mecanismos de desgaste.

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Metodología

Metodologías Docentes

Clases Magistrales

Clases Prácticas

Trabajo Autónomo

Tutorías

Actividades Formativas

Actividad Formativa	Nº horas presenciales	Nº horas no presenciales
A1-Clases expositivas / participativas	22,5
A2-Prácticas	7,5
A3-Actividades de aprendizaje cooperativo y realización de proyectos en grupo
A4-Estudio y trabajo autónomo del estudiante		40
A5-Tutorías y pruebas de evaluación		5

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Evaluación

 

Resultados de aprendizaje	Actividad de evaluación	Peso (%)	Carácter recuperable	Nota mínima requerida
R1,R2,R4	Pruebas globales de evaluación de conocimiento (examen tipo test, examen final, etc.).	40	Sí	4
R1,R2,R4	Pruebas de seguimiento continuo (trabajos propuestos, guiones de prácticas, etc.)	10	No	0
R1,R2,R4	Trabajos y presentaciones orales (individuales y/o en grupo)	50	Sí	4

 

 

 

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Temario

Esta asignatura es fundamental para la comprensión de la parte más vital de los materiales como es su superficie. La superficie de los materiales es clave en su comportamiento en servicio, pues interacciona continuamente con su entorno. Los problemas de fatiga, desgaste, fricción, corrosión y oxidación, así como los tratamientos protectores no pueden comprenderse bien sin un conocimiento suficiente de las características superficiales de los materiales. Además las superficies son la parte de los materiales que mejor puede modificarse para darles nuevas funcionalidades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas, biológicas...

Los objetivos de la asignatura son:

• Familiarizar al estudiante con las características de las superficies de los materiales empleados en  ingeniería y las técnicas de análisis y medición actuales.
• Estudiar los problemas de comportamiento en servicio de las superficies de los materiales, prestando especial atención a los problemas tribológicos (fricción y desgaste).
• Introducir las técnicas avanzadas de modificación superficial para la resolución de problemas tribológicos y desarrollo de superficies funcionales, así como las herramientas disponibles para su caracterización, estudio que se profundizará en las otras dos asignaturas de ingeniería de superficies del máster: Tratamientos térmicos y Superficiales y Functional Coatings.

El programa está dividido en 12 temas:

1 - INTRODUCCION A LA INGENIERIA DE SUPERFICIES

• Importancia de las superficies en ciencia e ingeniería de los materiales: vida en servicio y funcionalización de materiales
• Algunos ejemplos de aplicaciones tecnológicas.

 2 - TECNOLOGIA DE VACIO

• Importancia del vacío en el tratamiento y análisis de superficies.
• Grados de vacío: bajo, medio, alto y ultra-alto.
• Tecnología de vacío: estanqueidad, bombas y medidores.

 3 - TECNICAS DE ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA SUPERFICIAL

• Microscopía óptica.
• Microscopía electrónica: SEM y TEM.
• Microscopías de contacto: STM, AFM, etc..

 4 - TECNICAS DE ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA

• Difracción de rayos X: XRD y G-XRD.
• Técnicas alternativas: TEM y EBSD y difracción de neutrones.

 5 - ANALISIS DE LA COMPOSICION SUPERFICIAL

• Clasificación de las técnicas de análisis.
• Espectroscopía RBS.
• Espectroscopía de masas: SIMS.
• Espectroscopías de rayos X: Fluorescencia, EDS.
• Espectroscopías electrónicas: AES y XPS.
• Espectroscopía de descarga luminiscente GD-OES.

 6 - RUGOSIDAD Y TOPOGRAFIA SUPERFICIAL

• Parámetros de rugosidad: Ra, Rq, Rz, Rt, Rsk, Rk, etc. Significado y utilidad.
• Métodos mecánicos y ópticos de medida de la rugosidad.

 7 - PROPIEDADES MECANICAS DE LAS SUPERFICIES

• Contacto Hertziano entre superficies. Indice de plasticidad.
• Dureza superficial. Escalas de uso industrial y métodos de ensayo.
• Microdureza y nanoindentación.

 8 - OTRAS CARACTERISTICAS DE LAS SUPERFICIES

• Espesor de recubrimientos
• Tensiones superficiales.
• Adhesión de recubrimientos.
• Energía superficial.
• Conductividad eléctrica superficial.
• Propiedades ópticas.

 9 - TRIBOLOGÍA: FRICCION

• Objeto de estudio de la Tribología y breve resumen de su evolución histórica.
• Concepto de Fricción. Leyes clásicas que la describen.
• Coeficiente de fricción. Ordenes de magnitud para los sistemas más habituales.
• Métodos de ensayo para medir la fricción.
• Modelos que explican los mecanismos de fricción.
• Fricción en materiales metálicos, cerámicos y poliméricos.

 10 - LUBRICACION

• Propiedades de los lubricantes líquidos. Viscosidad.
• Lubricación hidrodinámica, elastohidrodinámica y de contacto.
• Lubricantes industriales y aditivos.
• Lubricación sólida.

 11 - DESGASTE ADHESIVO

• Tipos de desgaste. Evaluación cuantitativa: coeficiente de desgaste.
• Métodos de ensayo para medir el desgaste.
• Desgaste adhesivo. Regímenes suave y severo.
• Parámetros que influyen en el desgaste adhesivo.
• Desgaste adhesivo en materiales metálicos, cerámicos y polímeros.
• Otros problemas: Tribocorrosión, Fretting.

 12 - DESGASTE ABRASIVO

• Desgaste ocasionado por partículas duras.
• Desgaste abrasivo en materiales metálicos, cerámicos y polímeros.
• Erosión.
• Cavitación.

 13 - NUEVAS TENDENCIAS DE LA CIENCIA DE SUPERFICIES

• Inteligencia artificial aplicada a la ciencia de superficies y a la tribología.
• Superficies funcionales: biomedicina; nuevas fuentes de energía, sostenibilidad, etc.
• Materiales biomiméticos.

 

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Programa de prácticas experimentales

Visita a laboratorios y centros tecnológicos.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

BIBLIOGRAFIA BASICA

[STA01]     Engineering Tribology

                  G.W. Stachowiak & A.W. Batchelor

                  Butterworth-Heinemann,2001 

 

[FEL86]     Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis

                   L. C. Feldman & J. W. Mayer

                   North Holland, 1986

 

[HUT92]    Tribology

                   I. M. Hutchings

                   Arnold, 1992.

 

[LUD96]    Friction, Wear, Lubrication: A Textbook in Tribology

                   K. Ludema

                   CRC Press, 1996

 

[PUE10]    Tecnología de Superficies en Materiales

                   José Antonio Puértolas, Ricardo Ríos, Miguel Castro y J. M. Casals Ed.

                   Editorial Síntesis, 2010.

 

[VAZ00]    Ciencia e Ingeniería de la Superficie de los Materiales Metálicos.

                   A. J. Vázquez y J. J. De Damborenea, Ed.

                   CENIM - CSIC, 2000.

 

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

 

[ALB03]    Láminas delgadas y recubrimientos.

                   J.M. Albella

                   Editorial CSIC, 2003

 

[BHU91]    Handbook of Tribology

                   B. Bhushan & B. K. Gupta

                   Mc Graw-Hill, 1991

 

[PRU94]     Introduction to surface physics

                   M. Prutton

                   Oxford Science Publications, 1994.

 

[RAB95]    Friction and Wear of Materials

                   E. Rabinowicz

                   John Wiley & Sons, 1995 (2^nd edition).

 

[SAR99]     Desgaste de Metales

                   A.D. Sarkar

                   Limusa, 1999.

 

[VIC97]     Surface Analysis

                   J.C. Vickerman

                   Willey, 1997.

 

[WIL94]     Engineering Tribology

                   J.A. Williams

                   Oxford, 1994.

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Idiomas

CASTELLANO

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Lugar de impartición

Aulario UPNA (Campus de Arrosadía, Pamplona)

Consultar la web del Máster:

www.unavarra.es/sites/masteres/industriales/materiales-y-fabricacion/horarios-aulas.html#cCentralUPNA

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