Estudio del proceso de consolidación de polvo de cobre y de nanotubos de carbono mediante el proceso de extrusión angular con sección constante

Abstract

En el presente proyecto se ha intentado consolidar un material compuesto a base de polvo de cobre (tamaño de las partículas inferior a las 160 μm con un d50=50 μm) y nanotubos de carbono tipo múltiple pared (pureza 90%) por el proceso de extrusión angular con sección constante (ECAP). Para alcanzar el objetivo fijado se ha trabajado en varias tareas. En primer lugar, diseñar el proceso de llenado, compactación y procesado por ECAP de polvo de cobre, en segundo lugar, realizar una mezcla de polvo de cobre y nanotubos satisfactoria. Finalmente, una vez que el proceso de consolidación de polvo de cobre se consideró satisfactorio y se contaba con mezclas de polvo de cobre y nanotubos, realizar la consolidación del conjunto por ECAP. En el primer paso, se han diseñado los utillajes necesarios para construir cápsulas para la compactación del polvo en su interior, además de un protocolo de trabajo para sellar la cápsula y realizar una compactación uniaxial del polvo en frío. Las cápsulas se llevaron a consolidar en la matriz ECAP utilizando la ruta Bc a una temperatura de 250 C con un máximo de 4 pases. Se alcanzó un nivel de consolidación por ECAP que se consideró aceptable con un valor de porosidad superficial de 5,76% y 2,50% para probetas procesadas a uno y cuatro pases, respectivamente. Se han realizado diferentes mezclas realizadas por vía mecánica. En primer lugar se realizó una mezcla mecánica en seco mediante molienda con una relación en peso de nanotubos y cobre del 0,2%. Esta mezcla tiene una cantidad de nanotubos muy grande y el proceso es moderadamente energético de manera que los nanotubos rodean completamente las partículas de cobre impidiendo la consolidación. En segundo lugar se realizaron también mezclas mecánicas en solución de etanol tratada en un caso con molienda mecánica y en otro con ultrasonidos con un menor contenido de nanotubos (0,019%). En este caso se ha obtenido un nivel de consolidación por ECAP hasta un pase similar al del polvo de cobre. Los valores de dureza medidos han sido comparables con los obtenidos en investigaciones anteriores. La dureza de la muestras procesada por ECAP parece independiente de la presencia de NTC, aumenta alrededor de un 30% con respecto a la del polvo inicial directamente después del primer pase. Se concluye que el crecimiento de la dureza es debido conjuntamente al proceso de afinamiento del grano. En efecto, un análisis microestructural mediante la técnica EBSD de una muestra contiendo polvo de cobre procesado por ECAP hasta cuatro pases, nos ha ensenado la presencia de subgranos y un tamaño de grano medio muy pequeño de alrededor de 1,33 μm.