Cobre nanocristalino y ultrafino obtenido por molienda mecánica

Nanocrystalline and ultrafine grain copper obtained by mechanical attrition

Este artículo presenta un método de obtención y caracterización de muestras masivas de cobre con tamaño de grano ultrafino (inferior a 1 µm) y nanocristalino (inferior a 100 nm). La fabricación del cobre se realiza inicialmente por el método de molienda/aleado mecánico, obteniendo un polvo de estructura nanocristalina que posteriormente es consolidado por medio de un proceso de compactación en tibio a alta presión. El cobre masivo es sometido a  caracterización microestructural analizando la evolución del tamaño de grano durante todas las etapas del proceso de fabricación, determinando las condiciones necesarias para desarrollar muestras en una amplia gama de tamaños de grano. La caracterización mecánica indica un incremento en la microdureza hasta valores de 3,40 GPa para el polvo NC sin consolidar. La resistencia a compresión se ve incrementada al reducir el tamaño de grano, obteniendo un límite elástico de 650 MPa para consolidados con tamaños de grano  de ~62 nm.

Introducción

Un material se considera como nanocristalino (NC) si su tamaño de grano está por debajo de los 100 nm. Si el tamaño de grano se halla por encima de 100 nm pero aún en el rango nanométrico, se le considera como material con grano Ultrafino (UFG, del acrónimo en ingles ultra-fine-grain). Estos materiales tienen atractivo interés científico debido a sus inusuales propiedades, que son normalmente atribuidas al refinamiento de grano y a la gran cantidad de límites de éste (Gleiter, 1989).

El estudio de las propiedades mecánicas de estos materiales, junto con el desarrollo de potenciales aplicaciones, requiere de la preparación de una suficiente cantidad de material. Aunque existen diferentes técnicas físicas, químicas y mecánicas para su  obtén ción, hasta ahora los mejores resultados se han logrado por el método mecánico de la severa deformación plástica (SPD, del acrónimo en ingles Severe Plastic Deformation), el cual consiste básicamente en imponer una enorme deformación in situ sobre el material metálico (Rodríguez, 2007). Dentro de este método se incluyen procesos como la molienda mecánica –MM(Koch, 1997; Champion, 2001), presión por canal angular constante –ECAP– (Valiev, 1994), torsión a alta presión –HPT(Jiang, 2000; Zhilyaev, 2003), severa laminación en frío (Saito, 1999) y otros procesos en estado de desarrollo (Valiev, 2006).