Estudi d’un nou mètode de consolidació ultra-ràpid de pols de metall nanocristal·lina

Abstract

En el següent treball fi de màster es presenta l’estudi d’un nou mètode de consolidació de la pols de Fe pur per obrir una nova via de treball amb l’objectiu final de millorar les propietats mecàniques del Fe. La pols de partida és prèviament processada per mòlta mecànica d’alta energia mitjançant un molí de boles planetari per formar una estructura grans nanocristal·lins (1-100 nm, nanograns o 100-500 nm grans ultra-fins) basant-se en la Deformació Plàstica Severa (DPS) del material. La consolidació es duu a terme per via de sinteritzat ultra-ràpid d’aquesta pols de metall per un procés d’escalfament per bobina d’inducció i amb un temps total de permanència en la cambra de sinterització molt petit. A raó d’una velocitat d’escalfament de 100°/s i desprès un manteniment de 20 segons, s’aconsegueix obtenir una bona unió metal·lúrgica entre les partícules de pols, evitar el creixement excessiu del gra cristal·lí nanomètric i alhora obtenir una fracció de gra micromètric crescut (òptimament entre un 30-40% del volum), s’obté una estructura bimodal, que és l’estructura òptima en que s’aconsegueix el compromís entre ductilitat i tensió màxima. Per tal d’optimitzar tot el procés i fer-lo més eficient, s’estudia pas a pas cada part del procés per separat; paràmetres que afecten a la mòlta mecànica de la pols de Fe i al refinament del gra, pre-consolidació de la pols de metall per compactació en fred i calent (a diferents temperatures) i sinterització també a diferents temperatures. Amb aquest nou mètode s’aconsegueix augmentar dràsticament el límit elàstic del Fe pur nanoestructurat en comparació al Fe pur convencional (de 300 a 1200 MPa) i aconseguir, a certes condicions, bon equilibri entre ductilitat i tensió màxima (1270-950 MPa per deformacions de 0,025-0,14).