Tribunal:
     PRESIDENT: GARCÍA CANO, IRENE
     SECRETARI: CALVO MUÑOZ, JESICA
     VOCAL: SORGENTE, DONATO
Resumen de tesis: La laminación cónica es un proceso de deformación incremental en el cual una chapa o preforma metálica se convierte en una pieza axisimétrica hueca. Varios metales dúctiles y aleaciones pueden ser deformados por laminación cónica, ya sea en condiciones frías o calientes, y los más comunes incluyen al acero, aluminio, cobre y aleaciones de níquel. La forma de las piezas procesadas por laminación cónica puede ser no solo cónica, sino también cóncava, convexa, o una combinación, con aplicaciones variadas en industrias como la aeroespacial, automotriz, y más.El principal enfoque de esta investigación fue el estudio del límite de conformado a temperatura ambiente del proceso de laminación cónica a través de ensayos experimentales y simulaciones por elementos finitos. Tradicionalmente, obtener una pieza exitosa depende en gran medida de la experiencia del operador, donde las condiciones adecuadas se encuentran después de varios intentos.Por otro lado, el límite de conformado de cualquier proceso de deformación de metales es un dato esencial que ayuda a predecir la aparición de defectos con anticipación, garantizando la calidad del producto final. Por lo tanto, en el presente trabajo se determinaron los mapas de proceso para un acero DC04, un acero inoxidable AISI 420, las aleaciones de aluminio AA2024 y AA7075 que endurecen por precipitación, en las cuales los límites del proceso se encontraron en función de la reducción de espesor, ángulo de ataque de la rulina, velocidad de giro y velocidad de avance. Los hallazgos experimentales revelaron una relación convincente entre la máxima reducción de espesor permitida y la relación entre la velocidad de avance con el radio de la nariz de la rulina. A medida que aumentaba la relación de velocidad de avance, la máxima reducción de espesor permitida mostraba una disminución exponencial, descrita por una ecuación paramétrica. También, se encontró que la máxima reducción de espesor permitida fue del 84% para el DC04 y del 80% para el resto de los materiales.Además, se ha demostrado que las simulaciones numéricas son una herramienta eficiente para predecir con precisión la respuesta mecánica y la aparición de defectos en las operaciones de conformado de metales. Las capacidades de predicción de la simulación numérica se basan en la evolución de las variables del modelo a través del proceso, es decir, desplazamientos, deformación, velocidad de deformación, tensiones y perdida de la rigidez. En este trabajo, se construyeron diferentes modelos del proceso de laminación cónica con el software comercial ABAQUS. Primero, se comparó la eficiencia de las diferentes estrategias y métodos de solución utilizados para modelar el proceso. Después, se propuso un modelo segmentado más eficiente que reduce el tiempo de cálculo hasta 300 veces en comparación con los modelos convencionales. Además, se implementaron diferentes modelos desacoplados de fractura dúctil a través de una subrutina (VUMAT). Se encontró que los modelos de fractura dúctil pueden predecir con las condiciones de fallo utilizando una formulación de evolución de daño no lineal. Finalmente, esta investigación mejora la comprensión de la deformación del material en el proceso de laminación cónica y proporciona un marco para mejorar la eficiencia en los procesos de deformación incremental.

Tribunal:
     PRESIDENT: FRANCO URQUIZA, EDGAR ADRIÁN
     SECRETARI: DE SOUSA PAIS ANTUNES, MARCELO
     VOCAL: YANG, YUNXIAN
Resumen de tesis: El acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) es uno de los termoplásticos más utilizados y versátiles por su tenacidad, resistencia química y procesabilidad. Estas características lo hacen adecuado para diversas aplicaciones, como en los campos de la electrónica y la automoción. Sin embargo, su inflamabilidad inherente podría limitar su uso. Para contrarrestarla, en los últimos años se ha recurrido a la incorporación en el ABS de retardantes de llama a base de fósforo (PFR), como alternativa más respetuosa con el medio ambiente que los halogenados. Sin embargo, el uso de PFRs tiene un impacto adverso en las propiedades mecánicas del ABS, limitando su uso cuando se requiere tanto seguridad frente al fuego como altas prestaciones mecánicas. Con el fin de resolver este problema, en la presente tesis se proponen nuevas estrategias para mejorar el comportamiento mecánico de los compuestos PFR-ABS. Además, para hacer frente al reto actual de promover soluciones más ecológicas, también se realizaron nuevas investigaciones sobre el uso de bio-residuos de la industria forestal, como potenciales retardantes de llama de base biológica en ABS.La primera parte de la tesis está dedicada a la mejora de las propiedades mecánicas de un compuesto de ABS, que contiene polifosfato de amonio (APP) y dietilfosfinato de aluminio (AlPi), mediante la combinación de un caucho de silicona de peso molecular ultra alto (UHMW-SR) y copolímeros de etileno metilacrilato (EMA) con diferentes wt.% de acrilato de metilo (MA). Se analizó su efecto sobre la microestructura y el comportamiento mecánico y frente al fuego del compuesto de ABS. Se observó una mejora en la interacción interfacial entre las partículas retardantes de llama y la matriz de ABS, así como en la movilidad molecular en presencia de EMA y/o UHMW-SR. Como resultado, se observaron notables sinergias en la resistencia al impacto. En particular, se consiguió un aumento del 212% cuando se añadió un 5 wt.% de EMA, con un 29 wt.% de MA, y un 2 wt.% de UHMW-SR en ABS ignifugado, manteniendo su comportamiento auto-extinguible.Para abordar el desarrollo de sistemas ignífugos más respetuosos con el medio ambiente para el ABS, se propuso el uso de polvo de corcho (C), un bio-residuo de la industria del corcho sin valor económico, como un posible bio-retardante de llama (bio-FR). En primer lugar, para comprender mejor el comportamiento al fuego del C, se analizó el efecto de los componentes del corcho en su descomposición por pirólisis. Se observó que la suberina desempeña un papel importante en la mejora de la estabilidad térmica del corcho; sin embargo, no mostró una capacidad de carbonización significativa, al contrario que la parte lignocelulósica del corcho. Además, se analizó el efecto de la combinación de APP con C sobre la microestructura, la estabilidad térmica y el comportamiento frente al fuego del ABS. Sustituyendo únicamente el 3 wt.% de APP por corcho, se consiguió una mejora óptima de la reacción al fuego con una elevada eficacia en la reducción de la tasa de liberación de calor (HRR). También se determinó que la sustitución del 20 wt.% de APP por corcho conducía a un comportamiento frente al fuego similar al del ABS con un 30 wt.% de APP.Además, para aumentar la eficacia del C como bio-FR, se injertaron en su superficie fragmentos de fósforo mediante modificación química. La fosforilación del C con glifosato (Cg), fosfato de trietilo (Ct) y dimetil-3-trietoxisilanepropilfosforamidato (Cd) dio lugar a un contenido de fósforo registrado de 0,9, 0,3 y 2,4 wt.%, respectivamente. En comparación con el C natural, el corcho fosforilado contribuyó a una mejora del comportamiento al fuego en los compuestos de ABS. La mejora más significativa se observó en el ABS con un 30 wt.% de Cd, al mostrar un mayor efecto de dilución de los gases combustibles en la fase gas y una formación de una capa carbonizada más cohesiva en la fase condensada que condujo a la reducción de la transferencia de calor y masa.

Tribunal:
     PRESIDENT: MARI, DANIELE
     SECRETARI: FARGAS RIBAS, GEMMA
     VOCAL: BOTERO VEGA, CARLOS ALBERTO
Resumen de tesis: El nitruro de boro cúbico policristalino (PcBN) es un material compuesto competitivo para herramientas de corte que destaca por su alto rendimiento en el mecanizado de materiales difíciles de cortar (ej. aceros endurecidos, superaleaciones, etc.). En la práctica, el PcBN se recubre con una película cerámica para evitar y prolongar la aparición de la tribooxidación y el desgaste abrasivo. Aunque no hay una opinión consolidada sobre los beneficios de los recubrimientos en PcBN, la bibliografía mayormente coincide en su uso en operaciones de torneado en duro. La mayoría de las investigaciones evalúan el rendimiento funcional de la herramienta y los mecanismos de desgaste, mientras que la información relativa a la ciencia de los materiales del PcBN y del PcBN recubierto, comprendiendo la correlación microestructura - propiedades mecánicas, es bastante limitada. En este sentido, esta tesis se centra en estudiar la dureza, tenacidad a la fractura y resistencia al desgaste; propiedades mecánicas clave que controlan la integridad mecánica y la fiabilidad de la herramienta y que están relacionadas con la respuesta de contacto, la resistencia a la fractura y la vida útil efectiva de la herramienta, respectivamente. En primer lugar, se estudian y caracterizan cuatro sustratos distintos de los sistemas de PcBN recubiertos, incluyendo el desarrollo de protocolos de caracterización y ensayo. Para ello, la tomografía de haz de iones focalizados y la reconstrucción de imágenes en 3D se usó para estudiar las características microestructurales de una calidad de PcBN con alto contenido en cBN y ligante metálico. Éste es un método potente y útil para conocer y comprender en profundidad las características microestructurales de los materiales compuestos de PcBN. Después, se evaluó las propiedades micromecánicas, ya que son clave para optimizar el rendimiento mediante el diseño microestructural. Se implementa con éxito la nanoindentación de alta velocidad para caracterizar y correlacionar la microestructura con las propiedades mecánicas locales de dichos materiales, duros y rígidos, utilizando dos metodologías diferentes, 1D y 2D Gaussiana, para la deconvolución estadística de los datos. Se observa que la dureza está relacionada con el contenido de cBN. Se empleó un método a mayor escala para evaluar la respuesta a cargas de contacto. Los grados con mayor contenido de cBN y ligante metálico, presentan una mayor resistencia a la nucleación de grietas y una transición más gradual a través de los diferentes escenarios de daño debido a su mayor dureza y tenacidad a la fractura. En cuanto a los mecanismos de tenacidad de fractura, la trayectoria de la grieta cambia de propagar a través del ligante cerámico a la fractura transgranular de las partículas de cBN, en aumentar el contenido de cBN. Muy interesante, la tenacidad a la fractura aumenta por la interacción de la grieta con límites de subgrano o maclas intrínsecas a las partículas individuales de cBN, así como por la desviación de la grieta a través de las nanopartículas de cBN dispersas en el ligante. Posteriormente, se caracterizaron diferentes sistemas de PcBN recubierto (con diferente naturaleza química y voltaje de polarización), en términos de resistencia a la adhesión del recubrimiento e integridad mecánica de los sistemas recubiertos en función del ensamblaje microestructural del sustrato de PcBN. La respuesta mecánica del sistema recubierto, evaluada mediante indentación Rockwell C y ensayos de rayado, depende en gran medida del ensamblaje microestructural del sustrato subyacente y, por tanto, de su correlación intrínseca entre dureza y tenacidad. Por último, se utilizaron plaquitas de PcBN recubiertas para fresar un acero para herramientas de trabajo en frío. Se propuso como un estudio exploratorio del rendimiento de fresado de los sistemas de PcBN recubierto para evaluar el inicio del fallo del recubrimiento sin implicar la aparición de otros fenómenos de desgaste (e.j. los térmicos).

Tribunal:
     PRESIDENT: MONTERO MARTÍN, JAVIER
     SECRETARI: DÍEZ ESCUDERO, ANNA
     VOCAL: OLDE DAMINK, LEON
Resumen de tesis: Los defectos óseos suponen una carga asistencial y un gasto socioeconómico importante y, por eso, existe una necesidad de desarrollar nuevas estrategias de injerto óseo que tengan en cuenta las propiedades fisicoquímicas del hueso autólogo, para conseguir tratar los defectos óseos de una manera más eficaz. Los autoinjertos se consideran el estándar de referencia debido a su excelente comportamiento biológico. No obstante, presentan graves inconvenientes, requerido de una cirugía adicional para su obtención. Por este motivo, las comunidades industrial y científica se han centrado en el desarrollo de injertos óseos sintéticos, aprovechando su capacidad de control químico, estructural y geométrico. La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de injertos óseos biomiméticos y personalizados, incluyendo la validación clínica y el desarrollo de nuevas formulaciones de materiales con comportamiento mecánico mejorado. En el capítulo 1 se presenta el estado del arte en el campo de la regeneración ósea y los materiales utilizados como sustitutos óseos, enfatizando la necesidad de injertos óseos sintéticos personalizados innovadores.Este capítulo describe las técnicas de fabricación aditiva y los cerámicos frecuentemente empleados en la ingeniería de tejido óseo y sus estrategias de consolidación. Se presenta su transferencia al mundo clínico, haciendo hincapié en el fosfato de cálcico y MimetikOss® 3D. El capítulo 2 se centra en evaluar el comportamiento clínico del injerto óseo cerámico personalizado MimetikOss® 3D en un aumento vestibular horizontal. Los injertos óseos impresos en 3D permiten un ajuste perfecto en el lecho quirúrgico sin necesidad de fresado adicional, lo que reduce el tiempo de la cirugía en comparación con otras técnicas de reconstrucción ósea (regeneración ósea guiada, bloques estándar). El injerto óseo está completamente osteointegrado y sus macroporos son colonizados por hueso 10 meses después de la cirugía sin signos de encapsulación. Se logra una ganancia ósea estable que resulta en una restauración completa del grosor original de la cresta ósea. Los implantes dentales se mantienen estables 1 año después, lo que demuestra la relevancia clínica de estos injertos óseos en los aumentos óseos vestibulares. En el capítulo 3 se estudian diferentes maneras de incorporar PLGA, como ligante o como recubrimiento, a los andamios auto fraguados impresos en 3D, aprovechando su endurecimiento a baja temperatura, para mejorar su rendimiento mecánico. La adición de PLGA mejora la tenacidad de los andamios (con un aumento de x2.6 y x4.2 en la flexión para el PLGA como ligante y como recubrimiento, respectivamente; y una mejora de x8 y x1.6 en compresión, respectivamente), preservando la viabilidad celular in vitro de MimetikOss® 3D (con células MG-63 y hMSC). La configuración con PLGA como ligante es la mejor opción por lo que respecta a la mejora en el rendimiento mecánico y la diferenciación osteogénica (aumento de x2 de expresión génica de ALPL). Las pruebas de atornillabilidad demuestran que las propiedades mecánicas mejoradas aumentan la capacidad de fijación de los andamios en una indicación de fijación compleja en mandíbula. En el capítulo 4 se analiza el impacto, las limitaciones y los desafíos de los injertos óseos biomiméticos impresos en 3D y la transferencia al mercado la nueva tecnología. Se demuestra que los avances realizados en esta tesis doctoral pueden tener un impacto positivo en términos de costo, tiempo y rendimiento de las futuras soluciones de injertos óseos. Esto ayudará a tratar defectos óseos grandes y complejos de una manera que beneficie tanto al médico como al paciente y fomente una atención sanitaria sostenible basada en biomateriales sintéticos y en medicina personalizada. Esta tecnología ha sido protegida por una solicitud de patente, sin embargo, aún queda trabajo por hacer antes de que pueda ser transferida al mercado.

Tribunal:
     PRESIDENT: OLIVER SOLÀ, JORDI
     SECRETARI: GONZÁLEZ COLOMINAS, MARTA
     VOCAL: GASOL MARTÍNEZ, CARLES
Resumen de tesis: 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
Resumen de tesis: Las aleaciones de alta entropía refractarias (RHEAs) preparadas mediante aleado mecánico seguidas de sinterización por plasma de chispa usualmente superan el comportamiento mecánico a alta temperatura de sus contrapartes fundidas. A pesar de esto, escasos estudios han sido realizados para entender los mecanismos de deformaci ón asociadas a estas aleaciones y sus particulares microestructuras (grano ultrafino y una considerable presencia de segundas fases). El presente trabajo reporta la síntesis, la caracterización microestructural y el modelo constitutivo de la RHEA AlCrxFeMoNbTiV2 (x = 0.15, 0.4, 0.8) preparada por metalurgia de polvos, apuntando a contribuir a la compresión de los mecanismos de deformación detrás del comportamiento mecánico a alta temperatura de RHEAs obtenidas mediante esta ruta de fabricación, así como a la relación composición-microestructura-propiedades de RHEAs.Para lograr esto, el estudio fue dividido en tres partes. En la primera, se investigó el efecto de la composición y el tiempo de molienda sobre la evolución del tamaño de partícula y microestructura de los polvos. En la segunda parte, se estudió el efecto del Cr y de un tratamiento térmico sobre la microestructura, en términos de formación de fases, su distribución, y tamaño de grano. En la tercera parte, las muestras fueron sometidas a ensayos de compresión entre 950°C y 1100°C y entre 0.0005 s-1 y 0.01 s-1, para así obtener un modelo constitutivo del esfuerzo de pico. Adicionalmente, se caracterizó la microestructura de algunas de las muestras deformadas en la búsqueda de indicios microestructurales de los posibles mecanismos de deformación y ablandamiento operando en el rango de estudio.Durante el estudio de molienda se observó que la mayoría de los cambios ocurrieron durante las primeras 50 h, conduciendo a un tamaño de partícula promedio de 7 µm y una microestructura nanoestructurada bcc+hcp. Salvo el Mo, ninguno de los elementos constituyentes afectó considerablemente la microestructura o el tamaño de partícula del polvo molido. Las muestras sinterizadas, fabricadas a partir de polvos molidos por 50 h, efectivamente presentaron una microestructura multifásica de grano ultrafino, conteniendo una matriz bcc rica en V y Mo, fases de Laves ricas en Fe y Nb, partículas de Al2O3, y carburos ricos en Ti y Nb. Como referencia, una dureza de 1124 HV03 fue obtenida en las muestras sinterizadas. El tamaño de grano promedio de la matriz disminuyó de 0.40 µm a 0.21 µm con el incremento del contenido de Cr; sin embargo, las propiedades mecánicas a alta temperatura no fueron afectadas. Por otra parte, después del tratamiento térmico, el tamaño de grano promedio se elevó hasta 1.5 µm más sin afectar el equilibrio de las fases presentes. De manera contraria al contenido de Cr, el tratamiento térmico aumentó la resistencia de la aleación de manera considerable: un esfuerzo de fluencia específico de 98 MPa·g-1·cm3 a 1000 °C fue obtenido en estas muestras, tres veces el correspondiente a las muestras en estado sinterizado.Respecto al modelo constitutivo, la ley potencial se ajustó de excelente manera a los datos experimentales, resultando en un exponente igual a 2.45, lo que indica que el mecanismo de deslizamiento de borde de granos control ó la deformación de la RHEA de estudio, tal como suele ocurrir en las aleaciones tradicionales de grano ultrafino. Adicionalmente, se obtuvo una elevada energía de activación que alcanzó los 527 kJ·mol-1, asociada tanto a una alta resistencia al ablandamiento o bien a la considerable presencia de segundas fases. En el caso de las muestras tratadas térmicamente, el escalado y deslizamiento de dislocaciones parece haber controlado la deformación (al menos a 1000 °C) explicando la mayor resistencia mecánica, lo cual fue atribuido a la mayor dificultad para el deslizamiento de bordes de grano debido al grano más grueso que estas muestras presentaron.