Proceso de caracterización de polvos para obtener mezclas de hierro e itria mediante pulvimetalurgia

Powder characterization process for Yttrium and Iron mixtures developed through powder metallurgy

Actualmente los productos desarrollados para la industria, deben tener propiedades mecánicas adecuadas, y así cumplir con las expectativas de los diseñadores o fabricantes de productos. Por esta razón la industria colombiana está en la búsqueda de implementar y desarrollar procesos tales como la pulvimetalurgia, para elaborar elementos mecánicos con dichas propiedades. Mediante esta investigación se desarrolló un proceso de caracterización de un material compuesto metal cerámico, Hierro - Óxido de Itria, por medio del análisis de composición, tamaño de partícula, dispersión de partícula y propiedades mecánicas. Esto con el fin de tener el conocimiento adecuado para lograr endurecer el metal por dispersión de óxidos y a la vez conservar su capacidad de deformación.

1. Introducción

Actualmente existe gran variedad de productos que se prefieren fabricar mediante pulvimetalurgia debido a las condiciones de trabajo que esta ofrece, como lo son la obtención de geometrías complejas de pequeño tamaño, la reducción de costos en comparación con procesos de fabricación de remoción de material, aleado mecánico entre metales y cerámicos y ventajas en la producción en series cortas [3], [4], [5].

Este trabajo tiene como objetivo final la obtención de una aleación de hierro y óxido de Itrio, que actualmente se investiga a nivel internacional por su aplicación en procesos de deformación en extrusión en caliente obteniendo propiedades de alta ductilidad [5] [2]. Desde la Universidad Nacional, se plantea el inicio de una línea de investigación en esta área, con el fin de obtener los conocimientos necesarios para la elaboración de piezas por procesos de compactación y sinterización.

2. Métodos

Con el fin de obtener mejor control de las propiedades del material, se planteó la caracterización de los polvos, siguiendo estos pasos:

1. Producción de polvos mediante molino de bolas (Pulverisette 5), controlando las variables de tiempo de molienda, cantidad de carga (peso de las bolas y peso del polvo), control de energía de pulverización (velocidad de giro rpm del molino). Se seleccionaron tiempos de molienda de 30, 45 y 60 minutos, con relación de carga de 8/1 y 250 rpm.

2. Caracterización morfológica de los polvos de partida y las mezclas, mediante microscopio electrónico de barrido (SEM), evaluando tamaño promedio de partícula, distribución de tamaño y forma, ver Figura 1.

3. Caracterización de composición de elementos y fases presentes, mediante SEM y difracción de rayos X (DRX) respectivamente.

4. Medición de propiedades mecánicas mediante micro dureza.

5. Obtención de los compactos con prensado mecánico homogéneo longitudinal mediante el molde de compactación diseñado.

6. Obtenido el verde se procede a realizar el sinterizado del material.