Estudio de las propiedades de mojabilidad de una superficie metálica nanotexturizada con radiación láser

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se estudiaron las propiedades de la mojabilidad de micro y nanotexturas generadas en dos superficies metálicas con un láser de fibra con pulsos de nanosegundos. Se texturizó la superficie del acero AISI 304 y el titanio Ti6Al4V mediante diferentes modos de patrones de radiación láser, se generaron dos tipos de texturas, micro-patrones sobre el acero AISI 304 y micro-canales en el titanio Ti6Al4V. Se realizó el estudio las características de la mojabilidad de los tipos de texturas generadas sobre la superficie de estos materiales. Estudios de perfilómetro y microscopía de barrido electrónico se llevaron a cabo para evaluar la rugosidad de las muestras generadas con el tratamiento láser, así mismo se realizaron mediciones del ángulo de contacto de cada una de las muestras tratadas. Se llevaron a cabo mediciones periódicas para estudiar el cambio de la mojabilidad a lo largo del tiempo, se encontró que con el tiempo las superficies redujeron su mojabilidad es decir pasaron de estado hidrófilico a estado hidrofóbico. Se utilizó la técnica de espectrometría de dispersión de energía de rayos X para estudiar los cambios químicos generados por la exposición al aire, los resultados mostraron que la composición química de la superficie juega un papel importante en las propiedades de mojabilidad de las superficies tratadas con radiación láser. Finalmente se demostró que es posible reducir el tiempo de transición de estado hidrófilico a hidrofóbico utilizando un tratamiento térmico, con esto se logró obtener superficies no mojables en un lapso relativamente corto. Este trabajo de tesis brinda una alternativa de texturización de superficies más limpia y eficiente. Además, establece un gran número de datos de referencia para nuevas aplicaciones donde se necesite controlar las propiedades de mojabilidad. ABSTRACT: In this work, the wettability properties of micro and nanotextures on two metallic surfaces generated with a fiber laser with nanosecond pulses were studied. The surface of AISI 304 steel and titanium Ti6Al4V were textured using different modes of laser radiation regimes, two types of textures were generated, micro-patterns on AISI 304 steel and micro-channels on titanium Ti6Al4V. The wettability characteristics of the generated textures on the surface of these materials were studied. Studies of profilometry and electron scanning microscopy were carried out in order to evaluate the roughness of the samples generated with the laser treatment, as well as the wettability contact angle of each of the generated samples. Periodically measurements were made to study the change of wettability over time, it was found that the surfaces reduced their wettability properties, Therefore, the surfaces from the hydrophilic to hydrophobic state. The Energy-dispersive X-ray spectroscopy technique was used to study the chemical changes that exposure to air causes, the results showed that the chemical composition of the surface is an important factor in the wettability properties of surfaces treated with laser radiation. Finally, it was demonstrated that it is possible to reduce the transition time from hydrophilic to hydrophobic state using a thermal treatment; with this treatment, it was possible to obtain non-wettable surfaces in a relatively short period of time. This work provides a cleaner and efficient surface texturing alternative. In addition, it establishes a large number of reference data for new applications where it is necessary to control the wettability properties.