Gainazalen ingeniaritza: azal berria materialentzat

Materialak erabakigarriak dira produktuak eraikitzean, aldatzean eta sortzean; beraz, industria gero eta zorrotzagoa da ekoizpenerako erabiltzen dituen materialei dagokienez. Material jasangarriak, prestazio gehiagokoak, oso iraunkorrak eta funtzionalitate berriak dituztenak eskatzen ari dira enpresak. Besteak beste horregatik du halako interesa mundu osoko komunitate zientifikoak material adimendunetan; izan ere, “funtzio ugariko” sistema horien ezaugarriak oso bereziak dira. Gainera, hainbat sektoretako konpainiek (automobilgintza, energia berriztagarriak edo aeronautika) materialei eskatzen dizkieten ezaugarriak aldatu izanak bultzada eman die materialen balioa handitzeko teknologia batzuei.

Materialak ingurunearekin eta beste material batzuekin elkarrekintzan aritzen dira beren gainazalen bidez, eta horrek materialen parte garrantzitsu bihurtzen ditu, bi arrazoi oso desberdinengatik. Batetik, gainazaletan sortzen dira korrosioa, higadura, nekea eta halako fenomenoak, zenbait osagairen bizitza erabilgarria laburtu dezaketenak. Bestetik, gainazalek zehazten dituzte materialen propietate kimiko, elektroniko, optiko edo mekanikoak.

Horregatik sortu zen, 70eko hamarkadaren hasieran, "gainazalen ingeniaritza" terminoa. Gainazalen tratamendu termikoko teknologia tradizionaletan (tenplaketa bidezko gogortzea, nitrurazioa edota karburatzea) aurkitu daitezke gainazalen ingeniaritzaren jatorria eta oinarrizko printzipioak.

Tradizionala eta modernoa elkartzean sortu zen, beraz, diziplina hau. Higadura-fenomenoak tratamendu termikoko teknologia tradizionalen bidez konpontzeko beharrak sortu zuen, eta, funtzio ugariko material berria sortzeko beharrak bultzatuta, bilakaera bat izan zuen.

Gaur egun, materialen zientziaren barruko eremu gisa hartzen da diziplina hori, eta barnean hartzen du teknologia fisiko eta kimikoak gainazala aldatzeko erabiltzea, materialei propietate berriak emateko, beren ezaugarriren bat hobetzeko edo itxura desberdina izateko. Gainazalen ingeniaritzan, beraz, ez dira sartzen deposizioko edo estaldurako teknikak soilik; material gehigarririk gabeko aldaketa fisiko edo kimikoak ere barnean hartzen ditu. Gainazal batean zimurtasun ordenatua sortzeak, esaterako, aldatu egin lezake material baten estetika mate edo distiratsua, bai eta haren gainazal-energia ere. Laburbilduz, gainazalen ingeniaritzak jatorrizko materialak eraldatu egiten ditu, haien "azala" soilik aldatuz.

Ikuspegi industriala eta aplikazioak

Industrian, osagai jakin baterako gainazalak garatu ohi dira. Beraz, irtenbide jakin batzuk garatzen dira, eta zaila da aukera berriak garatzea, arazorik orokorrenak eskalan jartzea eta materialaren portaera aurreikustea izan ohi baitira. 

Karga teknologiko handiko sektore industrial askok (energia, eraikuntza...) maiz erabiltzen dituzte gainazalen tratamendurako teknologien erabilera. Zehazki, zenbait higadura-mekanismori irtenbidea aurkitzeko aplikatzen dituzte (urradura, korrosioa, erosioa, frettinga...); izan ere, uste da materialen korrosioak eta higadurak soilik Barne Produktu Gordinaren (BPG) %4 hartzen duela herrialde industrializatuetan. Garrantzi handia duenez, gainazalen ingeniaritzak aplikazio industrial asko ditu, eta gero eta mota gehiagotakoak. Sektorearen berritze-jarduerak aurrera jarraitzen du, eta hala jarraituko du etorkizunean ere, materialei askotariko propietateak eman nahian, hala nola gaitasun bakterizida, autogarbiketakoa, grafitien aurkakoa, izotzaren aurkakoa edota lurrunaren aurkakoa.

Industriak gainazalen ingeniaritzaren bitartez lortu nahi dituen propietate edo ezaugarriak mota askotakoak dira: propietate optikoetatik hasi eta osasunari lotutakoetaraino, guztiz estetikoak direnak barne. Propietate elektronikoak dira haietako batzuk, hala nola gainazal elektrokromikoen eroankortasuna. Gehiena garatu direnetako batzuk dira propietate optikoak (emisibitate txikiko beira, erradiazio infragorriari pasatzen uzten ez diona), eraikuntzarako, energia fotovoltaikoa sortzeko (oxido garden eroaleak) edota apainketarako (geruza estetikoak) erabiltzen direnak.

Teknologiak ere asko garatu du gainazalen ingeniaritza, materialei propietate tribologikoak emateko. Zenbait sektorek erabiltzen dituzten materialek (automobilgintzak edota aeronautikak, adibidez) ingurune zailetan, bitarteko kimikoen eta marruskadura eta korrosioa bezalako fenomenoen eraginpean, biziari eusteko gaitasuna duten gainazalak behar dituzte.

Gainazalen ingeniaritza IK4-TEKNIKERen

Funtzio ugariko material berriek dakartzaten erronken eta ingurune zailenetan irauteko eskakizunen aurrean, IK4-TEKNIKERek bere espezializazio-filosofia berriaren barruan egin duen etorkizunerako apustuetako bat da gainazalen ingeniaritza. Zentroko zenbait unitate teknologikori aplikatzen zaie lerro hori (Gainazalen Kimika, Gainazalen Fisika, Tribologia, Mikroteknologiak eta Nanoteknologiak eta Ultrazehaztasuneko Prozesuak), eta barnean hartzen du zentro-estrategia eta etorkizuneko ikuspegia ezartzeko behar den ezagutza guztia.

IK4-TEKNIKERek eremu horretako zenbait teknologia ditu: materiala gehitzen duten teknika fisiko eta kimikoak (Physical Vapor Deposition (PVD) eta Sol-gel), materialik gehitzen ez duten gainazalen transformazio kimikoko teknologiak (plasma bidezko elektrodeposizioa) eta materialik gehitzen ez duten gainazalen transformazio fisikoko teknologiak (laserra, nanoinprimaketako litografia, UV fotolitografia). Halaber, karakterizazio-laborategi bat du, gainazalak garatzeko eta baliozkotzeko, industria-ingurunean aplikatu aurreko pauso gisa. IK4-TEKNIKEReko gainazalen ingeniaritzako talde espezializatua diziplina horretako etorkizuneko aukeren bila ari da lanean, eta haren gaitasun teknologikoa eta industriak egiaz behar duena alderatzen ditu, eta zuzenean jotzen du epe labur, ertain eta luzerako beharrak azaltzen dituzten enpresetara. Enpresen eta IK4-TEKNIKERen arteko zuzeneko harreman horrek aukera eman du garapen-helburu espezifikoak zehazteko eta ahalegina epe laburrago batera bideratzeko.

IK4-TEKNIKERek esperientzia handia du gainazalen ingeniaritzaren alorreko proiektuetan, bai estatukoetan bai Europakoetan, bai industrialetan bai ezagutza sortzeko proiektuetan. Eta, orain, bi erronka teknologiko nagusi ditu. Lehenik eta behin, unean uneko irtenbideetan sortutako ezagutza globalizatu nahi du, aukera berriak errazago garatu ahal izateko. Hala, materialen portaera aurreikus daiteke, eta errazagoa da eskalan jartzea. Bestalde, funtzio ugariko materialak garatu nahi ditu zentroak, eta baliteke zenbait teknologia elkartu behar izatea horretarako.

Erronka horien azken helburua da industriaren behar praktikoei erantzutea. Bezeroak azaldutako beharra zenbait teknologiaren bitartez aztertzen du IK4-TEKNIKERek, eta kasu bakoitzerako egokiena zehazten du, prozesuaren industrializazioa kontuan hartuz eta zehaztutako irtenbidearen baliozkotze-protokoloa diseinatuz.