Informe de actividades del proyecto Desarrollo de recubrimientos metálicos y cerámicos para cambios térmicos y tolerantes a la radiación cósmica Dr. José Martín Herrera Ramírez Dra. Ana María Arizmendi Morquecho Dra. Bárbara Bermúdez Reyes Dr. Rafael Vargas Bernal Julio de 2013
Desarrollo de recubrimientos metálicos y cerámicos para cambios térmicos y tolerantes a la radiación cósmica I. MOTIVACION Colaborar con la experiencia del Área de Materiales en el diseño, procesamiento y caracterización de materiales para aplicaciones aeroespaciales. II. OBJETIVOS DEL PROYECTO 1. Formar un Consorcio nacional e internacional competitivo en el tema de recubrimientos metálicos y cerámicos para soportar cambios térmicos y tolerantes a la radiación cósmica. 2. Desarrollar recubrimientos a base de nanoestructuras de matriz metálica y cerámica, resistentes a cambios térmicos y radiación cósmica, para ser aplicados en componentes de misiones espaciales. III. ALCANCES DEL PROYECTO 1. En el corto plazo, los beneficios favorecerán a las instituciones integrantes del Consorcio al interactuar y planear el crecimiento de las capacidades y talento especializado. 2. En el mediano plazo, el sector aeroespacial a nivel nacional se verá beneficiado vía el intercambio de experiencias y proyectos de I+D+i en colaboración con los participantes del Consorcio. 3. En el largo plazo, el sector aeroespacial a nivel nacional y otras industrias afines, se beneficiarán de la capacidad e infraestructura disponible en el país para el desarrollo de procesos y productos propietarios de alto valor agregado. IV. PARTICIPANTES INSTITUCION (Unidad Chihuahua) (Unidad Monterrey) Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (FIME-UANL) Instituto Tecnológico Superior de Irapuato Katon Institute for Innovation and Technology * Investigadores fundadores del Consorcio INVESTIGADOR Dr. José Martín Herrera Ramírez* Dr. Roberto Martínez Sánchez Dra. Ana María Arizmendi Morquecho* Dra. Bárbara Bermúdez Reyes* Dra. Patricia Zambrano Robledo Dr. José Angel Cabral Miramontes M.C. Alonso Romero Jabalquinto Dr. Rafael Vargas Bernal* Dra. Alejandra Chávez Valdez
Retroalimentación capacidades. Requerimientos y mejoras V. METODOLOGIA Entender el problema Entender la necesidad para realizar el proyecto Conocer la posición competitiva del Consorcio y desarrollar etrategias factibles Definir los factores clave requeridos para solucionar el problema Definir la manera en el que el proyecto diferenciará el segmento clave Realizar la prospectiva tecnológica del producto (materiales) Definir las herramientas necesarias Definir las tecnologías y productos que se requieren. Identificar la inversión para mantener la competitivad Realizar la prospectiva tecnológica del proceso (tecnologías) Definir què recursos materiales y humanos e inversiones son necesarias para llevar a cabo el proyecto Resumen y plan de acción Encontrar y someter a evaluación a las convocatorias adecuadas VI. RESULTADOS 1. Reuniones realizadas. Se realizaron reuniones periódicas en los siguientes lugares y fechas: CIMAV-Monterrey, 26 al 30 de noviembre de 2012. CIIIA-UANL y CIMAV-Monterrey, 23 y 24 de enero de 2013. ITESI-Irapuato, 22 de febrero de 2013. ESIME-Ticomán, 9 de marzo de 2013. CIMAV-Chihuahua, 11 de marzo de 2013. San José State University, 5-7 de mayo de 2013. ESIME-Ticomán, 23 de mayo de 2013. CINVESTAV-Querétaro, 24 de mayo de 2013. ININ-Ocoyoacac, Edo. Mex., 20 de junio de 2013. Reunión de Cierre de actividades de la Red CyTE, 26 de junio de 2013.
2. Participación en el proyecto AztecSat. En el mes de noviembre de 2012 y de manera paralela al desarrollo de nuestro proyecto,la ESIME- Ticomán nos invitó a participar en el proyecto AztecSat en la parte de desarrollo de recubrimientos protectores para un CubeSat. En la reunión del 9 de marzo de 2013 realizada en la ESIME- Ticomán, tuvimos una entrevista con el Dr. Pericles Papadopolus, investigador de la San José State University y con la Ing. Alí Guarneros Luna representante del NASA-Ames Research Center. El proyecto AztecSat consiste en la puesta en órbita de un satélite CubeSat con experimentos montados por científicos mexicanos. La participación de nuestro grupo de trabajo inicialmente estaría enfocada al desarrollo de un recubrimiento nanoestructurado de matriz metálica para ser aplicado en la estructura del satélite, la cual sería fabricada de aluminio tipo 6061. Posteriormente hubo interés en recubrir un substrato a base acrílico (Pyralux ), el cual actualmente es empleado en algunos componentesde uso aeroespacial. La contribución del Consorcio es diseñar, desarrollar, caracterizar y evaluar el desempeño de nuevos materiales que incrementen la resistencia de componentes de satélites a la radiación cósmica y estabilidad térmica. 3. Desarrollo de recubrimientos para la estructura de aluminio. La estructura del CubeSat se fabrica de aluminio 6061-T6 (Fig. 1),el cual en condiciones espaciales es poco resistente a la radiación cósmica, por lo que es necesario recubrirla para proteger los componentes electrónicos. En este proyecto se desarrollaron recubrimientos de matriz metálica (Fig. 2). Sus propiedades microestructurales son satisfactorias, es necesario caracterizarlo mecánicamente, estructuralmente y evaluar su resistencia a la radiación cósmica. Cabe señalar que en la reunión de cierre de actividades, se nos informó que el Instituto de Investigaciones Nucleares de la UNAM, cuenta con las técnicas apropiadas para realizar la evaluación a la resistencia a la radiación cósmica. Por lo que se procederá a contactar al responsable de estas pruebas. Fig. 1 Estructura de aluminio de un CubeSat.
Fig. 2 Recubrimientos cerámicos desarrollados. 4. Desarrollo de recubrimientos para el Pyralux. Actualmente este material está siendo caracterizado mediante las siguientes técnicas: SEM-EDXS DTA-TGA DSC (25 C-500 C) FTIR Desgaste Microdureza Angulo de contacto (mojabilidad) Nanoindentación Dilatometría Reología AFM TEM Una vez caracterizado el Pyralux, se procederá al desarrollo del recubrimiento y su posterior caracterización microestructural, mecánica, estructural y su resistencia a la radiación cósmica. VII. ENTREGABLES 1. El grupo de trabajo del proyecto se ha estado consolidando al sumarse más investigadores con experiencia en el tema de recubrimientos y su caracterización. 2. Se tienen colaboraciones con la NASA-Ames Research Center y la San José State University. 3. Se tiene un conocimiento en el área de recubrimientos aeroespaciales y de las condiciones a que serán sometidos. 4. Los esfuerzos se han concentrado en el desarrollo de recubrimientos para la estructura (de aluminio tipo 6061) del CubeSat y para el substrato (Pyralux ) de celdas solares y circuitos electrónicos. Se logró adherir recubrimientos nanoestructurados de dos composiciones químicas sobre substratos de aluminio 6061, empleando las técnicas de espreado térmico y electrodeposición. 5. Se iniciaron los estudios del Pyralux para determinar el tipo de recubrimiento y la técnica de depósito adecuados y competentes para esta aplicación en particular. 6. Está por iniciarse una tesis doctoral conjunta entre CIMAV-Mty y CIIIA-FIME-UANL, relacionada con el desarrollo de recubrimientos para el proyecto del CubeSat. 7. Está en proceso una tesis de licenciatura conjunta UABC-ITESI, relacionada con el desarrollo de sensores para monitoreo del recubrimiento desde el espacio.
VIII. ENTREGABLES A FUTURO 1. Consolidación de un Consorcio Nacional competitivo en el tema de recubrimientos metálicos y cerámicos para soportar cambios térmicos y tolerantes a la radiación cósmica. 2. Posibilidad de publicaciones y patentes. 3. Documentación de una propuesta de proyecto formal para desarrollarse a mediano plazo (1.53 años). 4. Búsqueda de al menos un mecanismo de financiamiento del Proyecto en una primera etapa a nivel nacional para continuar con las investigaciones. 5. Firma de un Convenio de Colaboración y propiedad intelectual entre nuestras instituciones mexicanas y el NASA-AMRC y la San José State University. IX. IMPACTOS 1. Impactos Científicos. Generación de conocimiento en el área de recubrimientos metálicos y cerámicos para aplicaciones aeroespaciales. Esto con el fin de desarrollar recubrimientos que protejan componentes satelitales de cambios térmicos y radiación cósmica. 2. Impactos Tecnológicos. Contar con tecnología mexicana aplicable a Ciencia y Tecnología Espaciales que asegure la vida útil de componentes electrónicos y de comunicación de satélites. 3. Impactos Sociales. Aprovechamiento del conocimiento generado en materia de Ciencia y Tecnología Espaciales para formación de recursos humanos especializados en recubrimientos de uso aeroespacial, así como divulgar a la Sociedad los resultados obtenidos. 4. Impactos Económicos. Al generar Ciencia y Tecnología Espaciales mexicanas, se reducirán los costos en la manufactura de componentes aeroespaciales, además de extender su vida útil en el espacio. A mediano plazo se contará con nuevas tecnologías para el desarrollo, procesamiento y evaluación de estructuras aeroespaciales que sean competitivas a nivel global. X. RECOMENDACIONES 1. Continuar con el proyecto para incrementar el acervo científico y tecnológico en materia de recubrimientos para uso aeroespacial y consolidar el Consorcio. 2. Se recomienda invitar a ingresar a la a los siguientes investigadores:
Dra. Bárbara Bermúdez Reyes, quien desde el arranque de la Red ha estado participando activamente en el Proyecto, así como en otras actividades de la y de la Agencia Espacial Mexicana. M.C. Alonso Romero Jabalquinto, Ingeniero Aeronáutico y Maestro en Manufactura Avanzada, quien recientemente se incorporó al Proyecto aportando su experiencia en Aeronáutica. Atentamente. Dr. José Martín Herrera Ramírez Responsable técnico martin.herrera@cimav.edu.mx Tel. (01 614) 4394827 Cel. 614 486 3665
EVIDENCIA GRAFICA DE LAS REUNIONES REALIZADAS CIMAV-Mty (Nov. 2012) CIIIA-FIME-UANL (Ene. 2013) ITESI-Irapuato (Feb. 2013) CIMAV-Chih (Mar. 2013) ESIME-Ticomán (Mar. 2013), con personal de la AEM, SJSU y NASA-ARC SJSU-San Jose (May. 2013) ESIME-Ticomán (May. 2013) ININ (Jun. 2013)
CARTA DE INTENCION DE LA SAN JOSE STATE UNIVERSITY