Tribunal:
     PRESIDENT: GARCÍA CANO, IRENE
     SECRETARI: CALVO MUÑOZ, JESICA
     VOCAL: SORGENTE, DONATO
Resum de tesi: La laminació cònica és un procés de deformació incremental en el qual una xapa o preforma metàl·lica es converteix en una peça axisimétrica buida. Diversos metalls dúctils i aliatges poden ser deformats per laminació cònica, ja sigui en condicions fredes o calentes, i els més comuns inclouen a l'acer, alumini, coure i aliatges de níquel. La forma de les peces processades per laminació cònica pot ser no sols cònica, sinó també còncava, convexa, o una combinació, amb aplicacions variades en indústries com l'aeroespacial, automotriu, i més.El principal enfocament d'aquesta recerca va ser l'estudi del límit de conformat a temperatura ambient del procés de laminació cònica a través d'assajos experimentals i simulacions per elements finits. Tradicionalment, obtenir una peça reeixida depèn en gran manera de l'experiència de l'operador, on les condicions adequades es troben després de diversos intents.D'altra banda, el límit de conformat de qualsevol procés de deformació de metalls és una dada essencial que ajuda a predir l'aparició de defectes amb anticipació, garantint la qualitat del producte final. Per tant, en el present treball es van determinar els mapes de procés per a un acer DC04, un acer inoxidable AISI 420, els aliatges d'alumini AA2024 i AA7075 que endureixen per precipitació, en les quals els límits del procés es van trobar en funció de la reducció de gruix, angle d'atac de la rulina, velocitat de gir i velocitat d'avanç. Les troballes experimentals van revelar una relació convincent entre la màxima reducció de gruix permesa i la relació entre la velocitat d'avanç amb el radi del nas de la rulina. A mesura que augmentava la relació de velocitat d'avanç, la màxima reducció de gruix permesa mostrava una disminució exponencial, descrita per una equació paramètrica.També, es va trobar que la màxima reducció de gruix permesa va ser del 84% per al DC04 i del 80% per a la resta dels materials.A més, s'ha demostrat que les simulacions numèriques són una eina eficient per a predir amb precisió la resposta mecànica i l'aparició de defectes en les operacions de conformat de metalls. Les capacitats de predicció de la simulació numèrica es basen en l'evolució de les variables del model a través del procés, és a dir, desplaçaments, deformació, velocitat de deformació, tensions i perduda de la rigidesa. En aquest treball, es van construir diferents models del procés de laminació cònica amb el programari comercial ABAQUS. Primer, es va comparar l'eficiència de les diferents estratègies i mètodes de solució utilitzats per a modelar el procés. Després, es va proposar un model segmentat més eficient que redueix el temps de càlcul fins a 300 vegades en comparació amb els models convencionals. A més, es van implementar diferents models desacoblats de fractura dúctil a través d'una subrutina (VUMAT). Es va trobar que els models de fractura dúctil poden predir amb les condicions de fallada utilitzant una formulació d'evolució de mal no lineal.Finalment, aquesta recerca millora la comprensió de la deformació del material en el procés de laminació cònica i proporciona un marc per a millorar l'eficiència en els processos de deformació incremental.

Tribunal:
     PRESIDENT: FRANCO URQUIZA, EDGAR ADRIÁN
     SECRETARI: DE SOUSA PAIS ANTUNES, MARCELO
     VOCAL: YANG, YUNXIAN
Resum de tesi: L'acrilonitril-butadiè-estirè (ABS) és un dels termoplàstics més utilitzats i versàtils per la seva tenacitat, resistència química i processabilitat. Aquestes característiques el fan adequat per a diverses aplicacions, com als camps de l'electrònica i l'automoció. Tot i això, la seva inflamabilitat inherent podria limitar-ne l'ús. Per contrarestar-la, els darrers anys s'ha recorregut a la incorporació a l'ABS de retardants de flama a base de fòsfor (PFR), com a alternativa més respectuosa amb el medi ambient que els halogenats. No obstant això, l'ús de PFR té un impacte advers a les propietats mecàniques de l'ABS, limitant-ne l'ús quan es requereix tant seguretat contra incendis com rendiment mecànic. Per tal de resoldre aquest problema, en aquesta tesi es proposen noves estratègies per millorar el comportament mecànic dels compostos PFR-ABS. A més, per fer front al repte actual de promoure solucions més ecològiques, també es van realitzar noves investigacions sobre l'ús de bio-residus de la indústria forestal, com a potencials retardants de flama de base biològica per a ABS.La primera part de la tesi està dedicada a la millora de les propietats mecàniques d'un compost d'ABS, que conté polifosfat d'amoni (APP) i dietilfosfinat d'alumini (AlPi), mitjançant la combinació d'un cautxú de silicona de pes molecular ultraalt (UHMW-SR) i copolímers d'etilè metilacrilat (EMA) amb diferents wt.% d'acrilat de metil (MA). Se'n va analitzar l'efecte sobre la microestructura i el comportament mecànic i davant del foc del compost d'ABS. Es va observar una millora en la interacció interfacial entre les partícules retardants de flama i la matriu d'ABS, així com la mobilitat molecular en presència d'EMA i/o UHMW-SR. Com a resultat, es van observar notables sinèrgies a la resistència a l'impacte. En particular, es va aconseguir un augment del 212% quan es va afegir un 5 wt.% d'EMA, amb un 29 wt.% de MA, i un 2 wt.% d'UHMW-SR a ABS ignífug, mantenint el seu comportament d'autoextingibilitat.Per abordar el desenvolupament de sistemes ignífugs més respectuosos amb el medi ambient per a l'ABS, es va proposar l'ús de pols de suro (C), un bioresidu de la indústria del suro sense valor econòmic, com un possible bioretardant de flama (bio-FR). En primer lloc, per comprendre millor el comportament al foc del C, es va analitzar l'efecte dels components del suro en la descomposició per piròlisi. Es va observar que la suberina té un paper important en la millora de l'estabilitat tèrmica del suro; no obstant això, no va mostrar una capacitat de carbonització significativa, al contrari que la part lignocel·lulòsica del suro. A més, es va analitzar l'efecte de la combinació d'APP amb C sobre la microestructura, l'estabilitat tèrmica i el comportament davant del foc de l'ABS. Només substituint el 3 wt.% d'APP per suro, es va aconseguir una millora òptima de la reacció al foc amb la major eficàcia en la reducció de la taxa d'alliberament de calor (HRR). També es va revelar que la substitució del 20 wt.% d'APP per suro conduïa a un comportament davant del foc similar al de l'ABS amb un 30 wt.% d'APP.A més, per augmentar l'eficàcia del C com a bio-FR, es van empeltar a la seva superfície fragments de fòsfor mitjançant modificació química. La fosforilació del C amb glifosat (Cg), fosfat de trietil (Ct) i dimetil-3-trietoxisilanepropilfosforamidat (Cd) va donar lloc a un contingut de fòsfor registrat de 0,9, 0,3 i 2,4 wt.%, respectivament . En comparació amb el C natural, el suro fosforilat va contribuir a una millora de la resistència a la flama als compostos d'ABS. La millora més significativa es va observar a l'ABS amb un 30 wt.% de Cd, en mostrar un efecte més gran de dilució dels gasos combustibles en la fase gasosa i la formació d'una capa carbonitzada més cohesiva en la fase condensada que va conduir a la reducció de la transferència de calor i massa.

Tribunal:
     PRESIDENT: MARI, DANIELE
     SECRETARI: FARGAS RIBAS, GEMMA
     VOCAL: BOTERO VEGA, CARLOS ALBERTO
Resum de tesi: El nitrur de bor cúbic policristal·lí (PcBN) és un material compost competitiu per a eines de tall que ofereix un excel·lent rendiment en el mecanitzat de materials difícils de tallar (ex. acers temprats, superaliatges, etc.). En la pràctica, el PcBN es recobreix amb una prima capa ceràmica per a evitar o diferir l'aparició de la tribooxidació i el desgast abrasiu. Encara que no hi ha una opinió consolidada sobre els beneficis dels recobriments en PcBN, la bibliografia majorment coincideix en el seu ús en operacions de tornejat dur. La recerca majoritàriament avalua el rendiment funcional de l'eina i els mecanismes de desgast, mentre que la informació relativa a la ciència dels materials del PcBN i del PcBN recobert, comprenent la correlació microestructura - propietats mecàniques, és bastant limitada. En aquest sentit, aquesta tesi se centra en estudiar la duresa, tenacitat a la fractura i resistència al desgast; propietats mecàniques clau que controlen la integritat mecànica i la fiabilitat de l'eina i que estan relacionades amb la resposta de contacte, la resistència a la fractura i la vida útil efectiva de l'eina, respectivament. En primer lloc, s'estudien i caracteritzen quatre substrats diferents dels sistemes de PcBN recoberts, incloent-hi el desenvolupament de protocols de caracterització i assaig. Per a això, la tomografia de feix d'ions focalitzats i la reconstrucció d'imatges en 3D es va utilitzar per a estudiar les característiques microestructurals d'una qualitat de PcBN amb alt contingut en cBN i lligant metàl·lic. Aquest és un mètode potent i útil per a conèixer i comprendre en profunditat les característiques microestructurals dels materials composts de PcBN. Després, es va avaluar les propietats micromecàniques, ja que són clau per a optimitzar el rendiment mitjançant el disseny microestructural. S'implementa amb èxit la nanoindentación d'alta velocitat per a caracteritzar i correlacionar la microestructura amb les propietats mecàniques locals d'aquests materials durs i rígids; utilitzant dues metodologies diferents, 1D i 2D Gaussiana, per a deconvolucionar estadísticament les dades. S'observa que la duresa està relacionada amb el contingut de cBN. Es va emprar un mètode a major escala per a avaluar la resposta a càrregues de contacte. Els graus amb major contingut de cBN i lligant metàl·lic, presenten una major resistència a la nucleació d'esquerdes i una transició més gradual a través dels diferents escenaris de dany degut a la seva major duresa i tenacitat a la fractura. Quant als mecanismes d'enduriment de la fractura, la trajectòria de l'esquerda canvia de propagar a través del lligant ceràmic a la fractura transgranular de les partícules de cBN, en augmentar el contingut de cBN. Molt interessant, la tenacitat a la fractura augmenta per la interacció de l'esquerda amb límits subgranulars o maclats intrínsecs de les partícules individuals de cBN, així com per la desviació de l'esquerda a través de les nanopartícules de cBN disperses en el lligant. Posteriorment, es va caracteritzar diferents sistemes de PcBN recobert (amb diferent naturalesa química i voltatge de polarització), en termes de resistència d'adhesió del recobriment i integritat mecànica dels sistemes recoberts en funció de la microestructura del substrat de PcBN. La resposta mecànica del sistema recobert, avaluada mitjançant indentación Rockwell C i assajos de ratllat, depèn en gran manera de la microestructura del substrat subjacent i, per tant, de la seva correlació intrínseca entre duresa i tenacitat. Finalment, es van utilitzar plaquetes de PcBN recobertes per a fresar un acer per a eines de treball en fred. Es va proposar com un estudi exploratori del rendiment de fresat dels sistemes de PcBN recobert per a avaluar l'inici de la fallada del recobriment sense implicar l'aparició d'altres fenòmens de desgast (e.j. els tèrmics).

Tribunal:
     PRESIDENT: MONTERO MARTÍN, JAVIER
     SECRETARI: DÍEZ ESCUDERO, ANNA
     VOCAL: OLDE DAMINK, LEON
Resum de tesi: Els defectes ossis suposen una càrrega assistencial i una despesa socioeconòmica important i, per tant, hi ha una clara necessitat de desenvolupar noves estratègies d'empelt ossi que tinguin en compte les propietats fisicoquímiques de l'os autòleg per aconseguir tractar els defectes ossis d'una manera més eficaç. Els autoempelts són considerats la opció de referència pel seu excel·lent rendiment biològic. Malgrat això, presenta greus inconvenients ja que requereixen d’una cirurgia addicional per a obtenir- los. Per aquest motiu, les comunitats industrial i científica s'han centrat en el desenvolupament de d'empelts ossis sintètics, aprofitant la facilitat de control químic, estructural i geomètric. La present tesi doctoral es centra en el desenvolupament d'empelts ossis biomimètics personalitzats, incloent la validació clínica i el desenvolupament de noves formulacions de materials amb un millor comportament mecànic. El capítol 1 dóna una visió global de l’estat de l’art de la regeneració òssia i els materials utilitzats com a substituts ossis, posant èmfasi en la necessitat de desenvolupar empelts ossis sintètics personalitzats innovadors. Aquest capítol ofereix una revisió de les tècniques de fabricació additiva i els materials ceràmics utilitzats més freqüentment en l'enginyeria de teixits ossis i les seves estratègies de consolidació. Es presenta la seva transferència a l’entorn clínic, focalitzant-se en els fosfats de calci i en MimetikOss® 3D. El capítol 2 es centra en avaluar el comportament clínic de l'empelt ossi ceràmic imprès en 3D MimetikOss® 3D en un augment vestibular horitzontal. Aquests empelts ossis permeten un encaix perfecte en el lloc quirúrgic sense cap necessitat de fresat addicional, la qual cosa redueix el temps de cirurgia en comparació amb altres tècniques de regeneració òssia (regeneració òssia guiada, blocs estandarditzats). L'empelt ossi està completament osteointegrat i els seus macropors són colonitzats per l'os 10 mesos després de la cirurgia sense signes d'encapsulació. S'aconsegueix una reconstrucció estable en volum, que resulta en una restauració completa del gruix original de la cresta òssia. Els implants dentals es col·loquen sense necessitat de reempeltar i es mantenen estables després d’1 any, demostrant l’eficàcia clínica d'aquests empelts ossis en reconstruccions òssies vestibulars. En el capítol 3 s’estudien diferents maneres d’incorporar PLGA, com a lligant o com a recobriment, a bastides impreses en 3D, aprofitant el seu enduriment a baixa temperatura, per tal de millorar el seu comportament mecànic. L’addició de PLGA millora significativament la tenacitat de l’estructura (increment de 2.6 i 4.2 vegades en flexió incorporant el PLGA com a lligant i com a recobriment, respectivament; i una millora de 8 i 1.6 vegades en compressió, respectivament), alhora que es conserva la viabilitat cel·lular in vitro que presenta el producte MimetikOss® 3D (amb cèl·lules MG-63 i hMSC). La configuració amb PLGA com a lligant és la millor opció pel que fa a la millora en el comportament mecànic i la diferenciació osteogènica (canvi de x2 en expressió d’ALPL). Les proves de fixació per cargolament demostren que les propietats mecàniques millorades augmenten la fixació de les peces en una indicació de fixació complexa a la mandíbula. En el capítol 4 es discuteix l’impacte, les limitacions i els reptes dels empelts biomimètics impresos en 3D. Es demostra que els avenços aconseguits durant aquesta tesi doctoral poden tenir un impacte positiu en cost, temps i rendiment de les futures estratègies basades en empelts ossis. Aquests resultats ajudaran a tractar defectes ossis complexos i de grans dimensions, de manera que beneficiï tant al clínic com al pacient i fomenti una atenció sanitària sostenible basada en biomaterials sintètics i en medicina personalitzada. Aquesta tecnologia ha estat protegida per una sol·licitud de patent, no obstant, encara queda feina abans que pugui ser transferida al mercat

Tribunal:
     PRESIDENT: OLIVER SOLÀ, JORDI
     SECRETARI: GONZÁLEZ COLOMINAS, MARTA
     VOCAL: GASOL MARTÍNEZ, CARLES
Resum de tesi: La tesis que se presenta ha tenido como objetivo profundizar en el entendimiento de la economía circular de los plásticos a través de la ciencia y desde el diseño. Se ha centrado en los residuos procedentes de envases, por ser el sector con mayor contribución y prioritario en la normativa europea para la transición hacia una economía circular de los plásticos, que obliga a que al menos el 50% de sus residuos de plástico esté en disposición de ser reciclados en 2025. Una vez caracterizado el sistema de producción y gestión de residuos mediante el análisis de flujo de materiales (MFA) y el análisis de ciclo de vida (ACV), la segunda parte de la investigación se ha enfocado en entender la fracción mezcla de los residuos y el comportamiento de los materiales obtenidos de su reciclado open loop, mediante una caracterización de los materiales y de su aplicación. Basado en los principios del aprovechamiento en cascada, se ha modelizado un indicador de idoneidad útil para la toma de decisiones de diseño y para la definición de las políticas de circularidad. Los principales resultados indican que la tasa de reciclado en España para el año 2017 (el ultimo con cifras datos disponibles) es del 11%, muy lejos del 50% que obliga la normativa europea y más lejos aún del 70% que declara el organismo oficial encargado de su gestión y recuento. Además, por la alta presencia de plásticos film (aproximadamente el 50% del total de residuos) con muy baja reciclabilidad, se hace difícil mejorar las cifras de manera realista, aunque creciera la recogida selectiva. Para lograrlo, se ha propuesto una alternativa basada en materiales renovables y se ha concluido que, aunque mejoraría de manera la circularidad del sistema, supondría un incremento en las emisiones de GEI y una presión insostenible sobre los recursos forestales. La segunda parte de la tesis se ha centrado en la caracterización de la fracción mezclada de los plásticos, por ser el flujo de materiales que mayor protagonismo adquirirá en un escenario de recogida selectiva masiva, y a la vez por ser la fracción menos conocida. Se han caracterizado los materiales reciclados obtenidos a nivel de composición, de procesos de conformación, de propiedades mecánicas, de impacto ambiental y de características estéticas. A partir de aquí, se ha realizado una investigación del conjunto de aplicaciones que se han comercializado, con el material estudiado, en los últimos 20 años. Se ha realizado una modelización ambiental del reciclado open loop, evaluando la sustitución de diferentes tipos de materiales y comparando con un hipotético reciclado close loop de los plásticos. Los resultados indican, que el desempeño ambiental del reciclado open loop es superior al close loop en casi todos los escenarios y por tanto una alternativa deseable en términos de emisiones de CO2.En el tercer bloque de la investigación se definido el potencial de implementación en mercado del plástico mezcla determinando la idoneidad de las diferentes aplicaciones teniendo en cuenta tanto las credenciales ecológicas, como la estética o la operativa industrial. Los resultados indican, que aplicaciones como la señalización viaria y el embalaje industrial reutilizable son aplicaciones altamente idóneas para los plásticos reciclados mezcla y con un gran mercado potencial. En cambio, se ha detectado un problema importante en términos estéticos y de olor para su uso en productos domésticos. Una vez determinadas las aplicaciones más idóneas y sus respectivas cuotas de mercado, se ha evaluado las consecuencias a escala nacional que tendría la introducción masiva de un nuevo flujo de materiales como es el plástico mezcla reciclado. Los resultados obtenidos indican que el plástico reciclado open loop presenta un potencial de mejora de la circularidad de los plásticos mayor que el reciclado close loop, con un mayor potencial de reducción de emisiones de CO2 y con un mayor mercado potencial

Tribunal:
     PRESIDENT: TORRALBA CASTELLÓ, JOSE MANUEL
     SECRETARI: LLORCA ISERN, NURIA
     VOCAL: CARREÑO GOROSTIAGA, FERNANDO
Resum de tesi: Els aliatges d'alta entropia refractàries (RHEAs) preparades mitjançant aliat mecànic seguides de sinterització per plasma usualment superen el comportament mecànic a alta temperatura de les seves contraparts foses. Malgrat això, escassos estudis han estat realitzats per a entendre els mecanismes de deformació associats a aquests aliatges i les seves particulars microestructures (gra ultrafi i una considerable presència de segones fases). El present treball reporta la síntesi, la caracterització microestructural i el model constitutiu de la RHEA AlCrxFeMoNbTiV2 (x = 0.15, 0.4, 0.8) preparada per metal·lúrgia de pólvores, apuntant a contribuir a la compressió dels mecanismes de deformació darrere del comportament mecànic a alta temperatura de RHEAs obtingudes mitjançant aquesta ruta defabricació, així com a la relació composició-microestructura-propietats de RHEAs.Per a aconseguir això, l'estudi va ser dividit en tres parts. En la primera, es va investigar l'efecte de la composició i el temps de molta sobre l'evolució de la grandària de partícula i microestructura de les pólvores. En la segona part, es va estudiar l'efecte del Cr i d'un tractament tèrmic sobre la microestructura, en termes de formació de fases, la seva distribució, i grandària de gra. En la tercera part, les mostres van ser sotmeses a assajos de compresió entre 950 °C i 1100 °C i entre 0.0005 s-1 i 0.01 s-1, per a així obtenir un model constitutiu de l'esforç de pic. Addicionalment, es va caracteritzar lamicroestructura d'algunes de les mostres deformades en la cerca d'indicis microestructurals dels possibles mecanismes de deformació i estovament operant en el rang d'estudi.Durant l'estudi de molta es va observar que la majoria dels canvis van ocórrer durant les primeres 50 h, conduint a una grandària de partícula mitjana de 7 μm i una microestructura nanoestructurada bcc+hcp. Excepte el Mo, cap dels elements constituents va afectar considerablement la microestructura o la grandària de partícula de la pols molta. Les mostres sinterizadas, fabricades a partir de pólvores moltes per 50 h, efectivament van presentar una microestructura multifásica de gra ultrafi, contenint una matriu bcc rica en V i Mo, fases de Laves riques en Fe i Nb,partícules de Al2O3, i carburs rics en Ti i Nb. Com a referència, una duresa de 1124 HV03 va ser obtinguda en les mostres sinterizades. La grandària de gra mitjà de la matriu va disminuir de 0.40 μm a 0.21 μm amb l'increment del contingut de Cr; no obstant això, les propietats mecàniques a alta temperatura no van ser afectades. D'altra banda, després del tractament tèrmic, la grandària de gra mitjà es va elevar fins a 1.5 μm més sense afectar l'equilibri de les fases presents. De manera contrària al contingut de Cr, el tractament tèrmic va augmentar la resistència de l'aliatge de manera considerable: un esforç de fluencia específic de 98 MPa·g-1·cm³ a 1000 °C va ser obtingut en aquestes mostres, tres vegades el corresponent a les mostres en estat sinterizat.Respecte al model constitutiu, la llei potencial es va ajustar d'excel·lent manera a les dades experimentals, resultant en un exponent igual a 2.45, la qual cosa indica que el mecanisme de lliscament dels limits de gra controla la deformació de la RHEA d'estudi, tal com sol ocórrer en els aliatges tradicionals de gra ultrafi. Addicionalment, es va obtenir una elevada energia d'activació que va aconseguir els 527 kJ·mol-1, associada tant a una alta resistència a l'estovament o bé a la considerable presència de segones fases. En el cas de les mostres tractades tèrmicament, l'escalat i lliscament de dislocacions sembla haver controlat la deformació (almenys a 1000 °C) explicant la major resistència mecànica, la qual cosa va ser atribuït a la major dificultat per al lliscament de vores de gra degut al gra més gruixut que aquestes mostres van presentar.