Entrevista a Carlos Lorenzana, responsable de Innovación y Transferencia del Centre de Projecció Tèrmica (CPT)

Oficialmente el CPT se constituyó en 1994 con el soporte de la empresa Carburos Metálicos (hoy parte de Air Products) aunque el equipo investigador había empezado a trabajar con las tecnologías de proyección en los años 80. El soporte inicial de Carburos Metálicos hoy continúa a través del suministro de los gases.

Las tecnologías de proyección térmica han evolucionado tanto a nivel técnico como de concepto. Se han consolidado tecnologías como el HVOF, con equipos de mejores prestaciones, y han aparecido nuevos procesos como la Proyección Fría (Cold Gas Spraying) que han revolucionado los principios mismos de la familia de tecnologías. Esto nos obliga a mantener actualizado nuestro parque de equipos de proyección, lo que nos permite ser referente para la industria.

El núcleo del CPT lo constituyen el profesor José María Guilemany, catedrático del departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Barcelona (UB) y el doctor Juan Ramón Miguel. De ellos fue la tarea de poner en marcha el centro y de hacerlo crecer a través de los contratos generados con empresas. Como centro con vocación formadora, el CPT ha formado a más de 25 doctores en el área de materiales e ingeniería de superficies y se ha esforzado por retener el máximo talento, compitiendo en duras condiciones con las posibilidades que ofrece la industria. Así, hoy el CPT cuenta con un equipo de 11 doctores, cuatro de ellos profesores permanentes de la UB, que nos permite gestionar un volumen considerable de proyectos de I+D propios y en colaboración con empresas. Parte de este equipo, entre los que me incluyo, cuenta además con experiencia industrial, que es básico para mantener un diálogo fluido con la industria y a cumplir de manera eficaz con sus requerimientos a nivel de I+D. Además, contamos con dos técnicos especialistas que dan soporte en las tareas de laboratorio y en fieles a la tradición de formación contamos actualmente con diez investigadores en formación trabajando en diferentes líneas de investigación.

El CPT se creó con una clara vocación de agente de transferencia tecnológica. Como especialista en tecnologías de proyección térmica, nuestro objetivo ha sido el de contribuir a fomentar la explotación de estas tecnologías de ingeniería de superficies por la comunidad industrial del país. Así las empresas usuarias de estas tecnologías encuentran en el CPT un centro de referencia para la optimización de sus procesos y el desarrollo de nuevos productos y procesos, mientras el resto de la comunidad encuentra un partner en su paso a las nuevas tecnologías o desarrollar una nueva idea o aplicación para sus productos.

Este objetivo nos empuja a acentuar el esfuerzo de internacionalización, manteniendo una estrecha colaboración en red con los otros principales centros de investigación e industrias de referencia a nivel europeo, a través de la participación en proyectos financiados por la Unión Europea y la pertenencia a organizaciones como la European Thermal Spray Association (ETSA) y el Club du Cold Spray. Para poder mantenernos como punta de lanza a nivel científico es importantísimo mantener el esfuerzo en el objetivo de formación que ya hemos comentado antes.

Los recubrimientos de proyección térmica, y en general la ingeniería de superficies, buscan la modificación de las propiedades superficiales de un componente, para adecuarla a su entorno sin detrimento del material que constituye el componente. Pensemos que en la superficie de un componente tienen lugar fenómenos como la corrosión y el desgaste y muchas veces los componentes se diseñan para ser fabricados en un material que no sólo deba cumplir con la solicitación mecánica, sino además con la solicitación de superficie, que en muchas ocasiones requiere propiedades contrapuestas. Un ejemplo muy clásico sería el de un componente de acero inoxidable. Sólo la superficie del componente debe ser resistente a la corrosión y sin embargo todo el componente se fabrica en acero inoxidable. Una solución sería fabricar un componente en acero al carbono, que cumple las especificaciones mecánicas, y recubrirlo con una fina capa de acero inoxidable, que será quien resista la corrosión.

La proyección térmica permite depositar ‘casi cualquier material’ sobre ‘casi cualquier substrato’. Materiales de recubrimiento pueden ser metales y sus aleaciones, cerámicos, materiales compuestos de matriz metálica y polímeros. Al ser tecnologías ‘frías’ desde el punto de vista del substrato, éstos pueden ser metales, cerámicos o incluso poliméricos. A diferencia de otras tecnologías, las técnicas de proyección térmica se caracterizan por poder depositar un rango de espesor muy amplio, que va de las pocas micras a varios milímetros, en función de la técnica y el material. Esto permite que se utilicen no sólo para la modificación superficial sino también para la recuperación de piezas dañadas o fuera de tolerancia.

Las tecnologías de proyección térmica encuentran aplicación en un gran número de sectores. En los mercados donde estas tecnologías tienen mayor implantación, los sectores tractores son la industria aeronáutica, la industria del papel y las artes gráficas, las plantas incineradoras de residuos, el sector hidroeléctrico y el de aerogeneradores, el de turbinas de gas, el de fabricación de herramientas, las centrales térmicas, el de motores de combustión interna, el sector de energía solar, el sector de hidráulica y bombas, el sector textil y la industria metalúrgica.

Uno de los usos más importantes de los recubrimientos de proyección térmica es la protección contra el desgaste. En estas aplicaciones se utilizan cerámicas técnicas y, sobre todo, composites de matriz metálica, como el WC-Co o el WC-CoCr. Aquí, las fases de carburo duro (WC) presentan una excelente resistencia contra el desgaste abrasivo y erosivo y se insertan en una matriz dúctil de cobalto. La protección contra la corrosión es también muy importante. Recubrimientos de aluminio o zinc, aplicados incluso a grandes estructuras como puentes o estructuras offshore, o recubrimientos de superaleaciones para protección contra la corrosión a alta temperatura, como en el sector de la generación de energía. En aplicaciones como barrera térmica, los materiales cerámicos son excelentes aislantes térmicos y eléctricos. También poseen la oxidación y buena resistencia al desgaste. Estas características son muy útiles en los componentes del motor y de la turbina, como recubrimientos de barrera térmica. Permiten aumentar la temperatura de trabajo del motor y así su eficiencia.

Y entre los sectores más activos que demandan nuevas aplicaciones están el de tecnologías de energía, la industria del papel y artes gráficas, bombas e hidráulica, el sector de máquina-herramienta, la industria química, la de automoción, el sector textil, el de procesado del plástico, la industria aeroespacial, la de petróleo, la de construcción y la tecnología médica, sector en el que se están desarrollando nuevos recubrimientos que mejoran la capacidad de osteointegración de las prótesis, reduciendo el tiempo de hospitalización de los pacientes.

¡Con mucho esfuerzo y con mucha imaginación! Mantener una trayectoria estable durante más de 15 años ha sido y es un reto difícil. Hay que tener en cuenta que aunque parte de la Universidad de Barcelona, somos un centro que debe autofinanciarse. Nuestra fuente de ingresos principal son proyectos con empresas, sean de financiación pública o privada. La Universidad presta soporte a nivel de espacios y Air Products continúa subvencionando ciertos consumibles del centro. Pero la fuente principal son los proyectos con empresas. Así que dedicamos un esfuerzo considerable a la política activa de acercamiento a las empresas.

Aunque trabajamos en proyectos de financiación 100% privada, la realidad de este país sigue siendo que la iniciativa de las empresas para afrontar proyectos de I+D depende todavía en gran medida de las posibilidades de financiación pública. Y las administraciones y los mecanismos en que las empresas pueden obtener ayudas para la realización de I+D cambian, así que dedicamos mucha imaginación a ayudar a nuestros clientes a definir un proyecto que pueda cubrir sus expectativas y también las de la administración.

Creo que en un periodo de ajustes como el que vivimos se están haciendo esfuerzos tanto desde la Administración Autonómica como Estatal para continuar fomentando el I+D en las empresas, aunque con fórmulas orientadas cada vez más hacia la financiación y no a la subvención. En mi opinión, esta política hará que las empresas se vuelvan más exigentes en los beneficios que pueden obtener de los resultados de la investigación, ya que aumentan su riesgo, y forzará a los centros a mejorar todavía más el servicio. No es una mala política siempre que la administración, que por el contrario reduce su riesgo, no recorte e incluso incremente las partidas, punto que no se está cumpliendo.

En concordancia con los sectores de aplicación de las tecnologías, nuestras principales líneas han sido el desarrollo de recubrimientos resistentes a medios agresivos como el desgaste, la erosión y la corrosión, así como la modificación de propiedades eléctricas o térmicas en superficie. Así se ha trabajado, entre otras, en nuevas formulaciones de materiales compuestos de matriz metálica resistentes al desgaste, recubrimientos poliméricos reforzados con cerámica para resistencia al desgaste mejorada, recubrimientos autolubricados y de bajo coeficiente de fricción y recubrimientos resistentes a la oxidación a alta temperatura. En los últimos años, se ha puesto un énfasis especial en el desarrollo de materiales inteligentes y nanoestructurados, ya que precisamente en este campo, de creciente interés, las tecnologías de proyección térmica prometen soluciones industrializables. Así, se ha desarrollado un nuevo método para la obtención de recubrimientos cerámicos nanoestructurados a través de rutas metaestables y recubrimientos metálicos nanoestructurados por tecnologías de deformación.

También la funcionalización de superficies en propiedades diferentes al desgaste, corrosión y resistencia térmica está adquiriendo más y más peso específico en las nuevas líneas de investigación. De este modo, se han estructurado cuatro grandes áreas en que se están llevando a cabo nuevos desarrollos, que hemos denominado como Coatings for Life, recubrimientos con bioactivos mejorados para aplicaciones biomédicas; `Coatings for Energy`, para aplicaciones en pilas de combustible y energía eólica; `Coatings for Green Chemistry`, para aplicaciones en catálisis; y `Coatings for Sensors`, nanorecubrimientos para aplicaciones en sensórica.

Mantenemos acuerdos de confidencialidad muy estrictos en algunos de los proyectos en que trabajamos actualmente, así que me gustaría destacar el proyecto ‘Supersonic’, en el que trabajamos desde 2009. Es un proyecto financiado por la Unión Europea, en el que participamos 11 socios de 9 países, tanto centros de investigación como empresas privadas. El concepto básico científico y tecnológico del proyecto es el uso de material de partida nanoestructurado para obtener recubrimientos también nanoestructurados con propiedades mejoradas. La mayor novedad del proyecto consiste en la utilización de materiales reactivos segregados para que la energía química residual almacenada en el interior del material pueda contribuir a la presencia de fenómenos de sinterización durante el proceso de formación del recubrimiento. Los recubrimientos desarrollados se dirigen a la industria aeronáutica, mecánica y biomédica, que tienen participación en el proyecto. En el CPT, realizamos la parte de innovación en la fabricación y optimización de los recubrimientos.

En los proyectos que se realizan en colaboración con empresas, me atrevería a decir que en una tasa superior al 80%. Y en este tipo de proyectos, los que no llegan al mercado suelen serlo por razones de oportunidad o de costes para la propia compañía, no por aspectos tecnológicos o científicos.

Los proyectos internos tienen un ciclo de maduración para el mercado más largo, ya que suelen ser desarrollos más básicos. Por tanto, no siempre encuentran una aplicación inmediata en la industria, aunque alimentan el pool de tecnologías que podemos ofrecer a las empresas y que acaban transformándose en proyectos con empresa, a nivel nacional o internacional.

Intentamos mantener unos mecanismos de vigilancia tecnológica y de mercado activos para saber cuáles son las demandas. En función de estas necesidades, trabajamos con un pool de ideas amplio que se va renovando continuamente. Luego, en función de la financiación disponible o de las capacidades en recursos humanos, unas llegan a desarrollarse completamente y a otras se les pasa su oportunidad, aunque intentamos que sean las menos.

Destacaría dos proyectos de distinta índole.

Uno en el que acompañamos a una empresa del sector de rodillos papeleros en el tránsito de la tecnología del cromo duro, que está amenazada hace ya años por los problemas medioambientales que conlleva, a la proyección térmica de alta velocidad (HVOF), que supone una alternativa ecológica y con propiedades mejoradas. Fue un proyecto llave en mano para el diseño y la integración del nuevo proceso en su línea de producción, incluyendo la formación de personal.

Otro en el que se desarrollaron recubrimientos resistentes al desgaste y a la corrosión a alta temperatura para las centrales de tratamiento de residuos urbanos. El proyecto partía del laboratorio y acabó con la instalación de los nuevos componentes en la propia central.

Pues refleja de manera bastante fidedigna la situación de la industria de la proyección térmica a nivel estatal. La cuota de mercado española a nivel europeo es pequeña, pero las empresas del sector son absolutamente competitivas a nivel europeo. En investigación, la situación es similar. Algunas universidades españolas tienen grupos que trabajan con alguna tecnología de proyección térmica, aunque sólo el CPT es un centro dedicado exclusivamente al desarrollo de esta familia de tecnologías. La calidad de nuestro trabajo de investigación nos equipara a los otros centros de referencia europeos, concentrados especialmente en Alemania. Así, a propuesta de la ETSA, hemos organizado en 2011 el primer Cold Spray Summer School, en el que han participado 30 alumnos de 9 países, y que ha contado con el soporte económico de Air Products. Además, en 2014, Barcelona acogerá por primera vez, a través del CPT, el International Thermal Spray Conference, ITSC, que es el congreso de referencia a nivel mundial en el campo de la proyección térmica, lo que supone un reconocimiento explícito de la ETSA y la DVS, German Welding Society a la labor realizada por nuestro centro.

Como decía anteriormente, nos esforzamos por mantenernos actualizados a nivel de equipos de producción de recubrimientos, ya que no podemos estar tecnológicamente por detrás de las empresas a las que ofrecemos servicios. Así, hoy podemos presumir de ser el único centro en el Estado que cuenta con instalaciones de las principales tecnologías de proyección térmica: HVOF, plasma, arco eléctrico, llama y proyección fría, siendo el único centro en todo el estado que dispone de esta última tecnología. En este último caso tenemos el único equipo disponible en todo el territorio nacional. Todos estos equipos son industriales, lo que nos permite ofrecer un proceso de industrialización prácticamente directo para los resultados obtenidos en los proyectos de I+D.

Alrededor de este núcleo tecnológico hemos construido una serie de laboratorios para la caracterización de los materiales y recubrimientos obtenidos por nosotros o por nuestros clientes, con equipos adaptados a los estándar ASTM que exige la industria de proyección térmica cuando es necesario. Así disponemos de un completo laboratorio metalográfico, equipado con microscopios ópticos y electrónicos, que nos permite caracterizar la microestructura y composición elemental. También disponemos de un laboratorio para caracterización de propiedades mecánicas, equipado para caracterizar desde nivel de nanoescala hasta nivel de macroescala. Un laboratorio de caracterización de corrosión, tanto a través de ensayos normalizados de niebla salina como con ensayos electroquímicos acelerados. Y un laboratorio para caracterización de propiedades tribológicas, es decir, medir el desgaste de los materiales, tanto abrasivo, como por fricción como erosivo, a varias temperaturas.

Además, hemos incorporado recientemente un nuevo laboratorio para la fabricación de materias primas, especialmente orientado a la obtención de nanomateriales, a través de técnicas molturación criogénica, que nos permite obtener materiales metálicos nanoestructurados, o a través de técnicas de consolidación de nanopartículas por spray dryer, especialmente indicado para la obtención de aglomerados cerámicos. Este nuevo laboratorio nos permite incrementar nuestra capacidad de actuar sobre las propiedades de los materiales de partida y ofrecer estos resultados no sólo a la industria de la proyección térmica sino a otros sectores, como la sinterización, el SPS, etc.

Para las empresas del sector, en general pymes, es importante disponer de un centro de referencia que disponga de los recursos técnicos y de personal de las que ellas suelen carecer, para desarrollar sus nuevos procesos. Además de este aspecto puramente técnico, es muy importante poder acompañarles a través de la ‘maraña’ administrativa de la financiación pública de la I+D. En ambos aspectos nos esforzamos.

Y es que la I+D es siempre un trabajo en equipo. Las empresas saben ‘el qué’: qué necesitan, qué les pide o les pedirá el mercado. Nosotros sabemos ‘elcómo’: el cómo llegar a la solución tecnológica que cumpla con sus objetivos. Por eso mantenemos una actitud receptiva. Cualquier idea, cualquier pregunta, y de cualquier sector, es bienvenida. Nosotros nos esforzamos por encontrar la respuesta adecuada. En ocasiones, la respuesta será hacer una sencilla prueba de concepto. En ocasiones la respuesta será plantear un proyecto de investigación. En ocasiones existirá suficiente know-how para transferir de manera inmediata. Y en ocasiones la respuesta será que nuestra tecnología no es capaz de satisfacer la demanda. Pero es este diálogo fluido con la empresa la que consideramos la mejor vía para seguir avanzando en el desarrollo de nuevas soluciones. Así que animamos a todas las empresas que tengan un ‘qué’ a retarnos a encontrar un ‘cómo’.