Obtenció i caracterització de materials compostos base alumini reforçats amb partícules ceràmiques de SiC mitjançant molturació mecànica i posterior compactació en calent

Abstract

Les necessitats de la tecnologia moderna, juntament amb les mesures mediambientals cada cop més severes, han dut a la recerca de nous materials d’elevades prestacions que superin les propietats dels materials coneguts fins al moment. A mesura que la mida es redueix al rang nanomètric, els materials mostren propietats mecàniques i físiques diferents, com per exemple l’increment en la resistència mecànica, difussivitat, calor específica i resistivitat elèctrica, comparant-los amb materials de mida de gra convencional. La tecnologia de fabricació de nanopartícules es molt reversible i engloba una gran varietat de tècniques que avarca tres rutes de processament: en fase vapor, líquida i sòlida. Cada mètode te les seves avantatges i inconvenients, encara que la molturació mecànica es un dels mètodes més utilitzats per produir grans quantitats de nanopols [1,2]. La creació de nanopartícules mitjançant molturació per boles, es duu a terme per col·lisions d’elevat impacte, produint una reducció en l’estructura dels materials macrocristal·lins, donant lloc a la formació de nanoestructures cristal·lines per mitjà de deformació plàstica. La pols de la matriu metàl·lica de partida és una pols comercial d’Al12Si de la companyia “Sulzer-metco” reforçada amb pols d’un material ceràmic (SiC) de l’empresa espanyola “Navarro SiC S.A”. Aquesta pols ha estat sotmesa a una molturació mecànica en un Attritor vertical de boles, “Union Process S-1”. Amb la finalitat d’avaluar l’efecte de la presència, proporció, mida i distribució de la fase reforç, les proporcions de MMC (matriu/reforç) analitzades en aquest estudi han estat les següents: 90:10, 80:20 i 70;30, així com de la matriu sense reforç, extraient mostres segons un procés seqüencial acumulatiu, prenent com a temps d’extracció les 15, 25, 30, 35 i 40 hores. Per a cada mostra de pols resultant s’ha efectuat un anàlisi granulomètric mitjançant un analitzador làser de mida de partícula, de la casa Beckman Coulter, model “LS13 320”. La caracterització mecànica s’ha dut a terme mitjançant la utilització d’un microduròmetre Vickers de la casa Struers model “Duramin”, segons especifica la norma ASTM E-384. L’avaluació tribològica s’ha realitzat mitjançant un tribòmetre Pin-on-Disk “CSEM”, en concordança amb la norma ASTM G-99. La caracterització microestructural s’ha dut a terme mitjançant microscòpia òptica, utilitzant un microscopi òptic “LEICA MEF4M” dotat d’un software d’anàlisis de imatge “LEICA Q500MW”, així com un microscopi electrònic (SEM), JEOL model “JSM-5600”. L’anàlisi dels resultats experimentals ha confirmat la viabilitat del procés de molturació “Atrittor” com a mètode de síntesis de MMC’s a partir de fases inicials en forma de pols. Tot i això, no s’ha assolit la mida nanomètrica del reforç en aquest estudi. S’ha demostrat la influència de la mida de la partícula sobre les propietats mecàniques i tribològiques del material i s’ha pogut determinar en quines condicions de molturació s’ha assolit, la menor mida de partícula i les millors propietats.