IV SEMINARIO INTERNACIONAL NANOCIENCIAS Y
NANOTECNOLOGIAS, LA HABANA 2012
CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE
RECUBRIMIENTOS NANOMETRICOS DE CROMO EN
COMPOSITES METAL-POLÍMERO SUJETOS A DEFORMACIONES
UNIAXIALES
E. Zumelzu.1, Dr Ing., Investigador Materiales Avanzados
1 Instituto de Materiales, Universidad Austral de Chile, Casilla 567,
Valdivia, Chile; ezumelzu@uach.cl Fono:56-63-221335
C. Angulo1, C. Cabezas2, R.Ugarte2, J. Lisboa3
2 Instituto de Química, Universidad Austral de Chile, Casilla 567, Valdivia,
Chile
3 Comisión Chilena de Energía Nuclear, CHEN, Santiago, Chile.

Figura 1.
Composite: metal- polímeros, sustratos de cromo y PET (Corus).

BACKGROUND
* Deformaciones uniaxiales pueden generar defectos
superficiales en el acero
• Daños en el sustrato nanometrico de cromo y en el
recubrimiento polimérico, que hacen perder su capacidad de
protección al acero.
• Pueden generarse pérdida de adhesión entre los sustratos lo
que afecta el desempeño real de estos composites .

BACKGROUND
*Hay divergencias respecto si el recubrimiento polimérico se
desliza sobre el sustrato de cromo del acero en las
deformaciones
*Lo que podría ser con restricciones a nivel microscópico en
contacto con el oxido metálico
*O bien evidenciando cambios de rugosidad en la superficie
del acero que alteran la topografía del sustrato y
recubrimiento

BACKGROUND
• Las deformaciones de los granos del acero afectarían la
orientación de la estructura molecular del polímero
protector,
• También alterando la superficie del composite, hipótesis
que queremos comprobar con un conjunto de técnica
mecánicas y de caracterización.

BACKGROUND
*Deformaciones de los distintos sustratos del composite ante
esfuerzos de tracción, si bien responden a un mismo
comportamiento de alargamiento, pero mostrando
microestructuras diferentes,
* Afectarían además de la superficie del acero también al
espesor del recubrimiento polimérico, aspecto muy
importante en la protección de la base metálica .

OBJETIVOS
*Estudiamos el comportamiento del sustrato de cromo de
espesor manométrico, en función de deformaciones
plásticas uniaxiales
• Asociando en su conjunto los cambios en el acero base y
evaluando los cambios morfológicos en un polímero
protector de un material composite metal-polímero
• Esto es relevante en el comportamiento potencial de
estos composites multicapas.

OBJETIVOS
• Conocer y correlacionar aspectos fundamentales, a
nivel de baja dimensión, que se relacionan con su
estructura.
• Conocer el efecto de las deformaciones, y determinar
los mecanismos físico-químicos involucrados, que
permitan saber sobre la susceptibilidad a la
degradación ante medioambientes agresivos.

METODOLOGIA EXPERIMENTAL
• Un conjunto de 60 probetas metal-polímero, de espesor 0.20
mm, norma ASTM 370 standard, se ensayan mecánicamente en
deformación uniaxial.
• El sustrato de cromo es del orden de 10-15 mg/m2, con espesores
promedios de 20 nm, depositados electrolíticamente sobre el
acero.
• La caracterización de los cambios morfológicos de los sustratos
muestras se efectuó por microscopia electrónica de barrido (SEM)
y por microscopia de fuerza atómica (MFA).

METODOLOGIA EXPERIMENTAL
• Los ensayos mecánicos fueron realizados estudiando
deformaciones en el rango de 5-25% en la zona de deformación
plástica
• Antes de proceder a los ensayos mecánicos, se determinó la
calidad de la adherencia interfacial entre el sustrato cromado y el
recubrimiento protector PET, mediante inducción magnética y
ultrasónico utilizando un equipo K. Deutsch, L 2041 CTM, según
norma EN ISO 2178 .

RESULTADOS Y DISCUSION
Figura 2.
Análisis químico de superficie chapa de acero ECCS
sin recubrimiento PET, por espectroscopia XPS.

RESULTADOS Y DISCUSION
Figura 3. Figura 4.
Barrido ultrasónico que Mapa distribución espesor
evidencia defectos a nivel de recubrimiento PET sobre
interfase polímero-cromado sustrato de cromo

RESULTADOS Y DISCUSION
Figura 5.
Curvas de tensión-deformación a) probetas con 0,0113
mm/mm, correspondiente a un 25% deformación corregida y
b) máxima a la rotura bajo condiciones carga extrema.

RESULTADOS Y DISCUSION
Figura 6. Figura 7.
Morfología fino sustrato Detalle de la morfología de
cromo sobre acero, SEM x fisuramiento del sustrato de cromo,
5000. por la deformaciónuniaxial . SEM x
5000)

RESULTADOS Y DISCUSION
Figura 8. Figura 9.
Caracterización de una Marcas en el polímero asociado
banda de Lüders, generada a cambios en el sustrato de
por la deformación del cromo (Cr2O3) subyacente, que
acero y sustrato en representan orientación de los
elongación máxima. SEM x granos en bandas de 45 grados
30000. por la deformación en 25% del
material.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Figura 10. Figura 11.
Morfología superficial ECCS, Morfología sustrato MFA, modo
AFM modo de contacto de contacto, 400 * 100 nm.
resolución 500 * 500nm

RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Figura 12. Figura 13.
Bandas de 10 % deformación de Bandas características
los granos orientación en 45 deformación de granos que
grados de la dirección de se replican en el sustrato de
deformación, resolución 5 * 5 cromo, MFA, resolución 1
µm. µm *500 nm (foto 10%
deformación, probeta 5, 500
nm_3d, archivo MFA).

RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Figura 14. Figura 15.
20% deformación muestras que 20% deformación, muestra con
dan lugar a bandas con imagen tridimensional de las
distorsiones angulares, MFA bandas con distorsión angular
resolución 5 * 5 µm. por la inclinación de los granos,
MFA resolución 1 µm * 250 nm.

CONCLUSIONES
• La doble función del sustrato de cromo, proteger
catódicamente al acero y lograr una buena unión química con el
recubrimiento PET se ve alterada bajo deformaciones extremas
que comienzan a ser significativas del 20% en zona plástica.
• Las deformaciones de Lüder en el acero y los cambios de
orientación de los granos, cambian la textura cristalina, lo que
lleva a microfisuras del sustrato de cromo.
• Estas microfisuras, a medida que se incrementa la deformación
del composite tienen variaciones angulares respecto de la
dirección de deformación bajo las cargas mecánicas afectando
la adhesión con el polímero.

CONCLUSIONES
• A nivel nano por MFA, las microfisuras del cromado son
visibles pues se proyectan como defectos subyacentes al
polímero PET, en que quedan de manifiesto cambios de
textura y cambios en la superficie que afectan la funcionalidad
de las multicapas del composite (SEM).
• Las deformaciones uniaxiales en aceros ECCS recubiertos con
PET para aplicaciones en envases, limitarán su desempeño
potencial, por pérdidas de adherencia entre sustratos,
degradación de la barrera catódica ante medios electrolíticos
agresivos y por tanto su integridad como material composite.

GRACIAS
AGRADECIMIENTOS
Al Programa Fondecyt de CONICYT, Chile, por el financiamiento brindado al
presente Proyecto N° 1100386 y a la Universidad Austral de Chile.