Diseño de un proceso de fabricación de un material compuesto de aluminio reforzado con fibra de carbono

Abstract

En el presente proyecto se diseña un proceso para la fabricación de un material compuesto con matriz de Al12Si y refuerzo de fibras de carbono de alto módulo. Se ha escogido el proceso de pulvimetalurgia ya que es uno de los menos investigados para estos materiales. El proceso de experimentación empieza con el mezclado de los materiales. La proporción se mantuvo en todo momento entre el 5% y el 10% en volumen de refuerzo. La medida de las fibras se fijó en 5 mm. Esta longitud se redujo a entre 20 y 150 μm mediante el mezclado con molino planetario. De este modo, la mezcla presentaba mejor homogeneidad en la dispersión. De los diferentes métodos utilizados el que proporciona mejor homogeneidad es el mezclado con molino planetario (400 rpm, 60 min). La siguiente etapa ha sido la compactación, que se ha realizado tanto en frío como en caliente. Los mejores resultados se han obtenido mediante la compactación en caliente (a partir de 500ºC), con una fuerza aplicada de entre 4 y 5 Tm. Las muestras se han mantenido en el horno entre 30 y 50 minutos para asegurar que el material alcanzase la temperatura deseada. Para realizar las compactaciones en caliente ha sido necesario diseñar una matriz de compresión que se ajustase a los requerimientos del proceso (temperatura, presión, cantidad de material, requerimientos geométricos…). Algunas de las muestras se han sinterizado para mejorar la adherencia entre matriz y refuerzo y para conseguir la difusión de los granos de Al12Si Finalmente se ha realizado un análisis metalográfico y fractográfico utilizando el microscopio óptico y el microscopio SEM, así como análisis EDX. El análisis ha revelado que existe poca o ninguna adherencia entre la fibra y la matriz. En los casos que existe, la fibra se adhiere al microconstituyente eutéctico del Al12Si. En cuanto a la porosidad, se ha detectado una disminución de la misma aplicando un rango de temperaturas más elevado (más de 550ºC). Por otro lado, se ha detectado una relación entre la existencia de aglomeraciones de fibras y la localización de porosidades en la muestra. Este hecho pone de manifiesto la importancia de la etapa de mezclado, que es primordial para evitar la formación de estas aglomeraciones. Los estudios mediante EDX revelan la presencia de agujas de un compuesto intermetálico de base hierro en una de las muestras sinterizadas. También revelan la posible existencia de carburo de aluminio en la intercara de algunas de las fibras analizadas.