Characterization of phase changes during fabrication of copper alloys, crystalline and non-crystalline, prepared by mechanical alloying

Caracterización de los cambios de fases en la fabricación de aleaciones base cobre, cristalinas y no cristalinas, por aleado mecánico

La fabricación de aleaciones en estado sólido tiene muchas diferencias con el proceso de fusión (colada) convencional. En el caso de la molienda de alta energía o aleado mecánico, las trasformaciones de fases de las materias primas son promovidas por una gran cantidad de energía que se introduce mediante impacto con medios de molienda; no hay fusión, pero sí cambios microestructurales que van desde refinamiento microestructural hasta amorfización en estado sólido. En este trabajo se estudia el comportamiento de metales puros (Cu y Ni) y diferentes aleaciones binarias (Cu-Ni y Cu-Zr) sometidas a las mismas condiciones de molienda con el objetivo de analizar el efecto del proceso en metales similares (Cu y Ni) y con solubilidades muy diferentes (Cu-Ni y Cu-Zr). Después de la molienda de alta energía, se analizaron los patrones de difracción de rayos X para determinar cambios en parámetros de red, y calcular las micro-deformaciones y el tamaño de las cristalitas, los cuales fueron calculados por el método de Williamson Hall (W-H), para luego ser comparados con los datos de las imágenes obtenidas por microscopía electrónica de transmisión (MET). Los cálculos muestran una apropiada similitud con las observaciones en MET; sin embargo, en general, las observaciones muestran heterogeneidades que no son consideradas en el método de W-H. De acuerdo a los resultados, en los metales puros se observó mayor cantidad de micro-deformaciones en níquel y fue más abrasivo que el cobre. En las aleaciones binarias, el sistema Cu-Ni formó soluciones sólidas con solubilidad total y las del sistema Cu-Zr mostraron amorfización, en función del contenido de Zr. Los métodos matemáticos no pueden ser aplicados en los casos donde se detecta amorfización debido a que aún no han sido creadas ecuaciones que representen este fenómeno cuando ocurre durante la molienda. Como conclusión se observó que bajo las mismas condiciones de molienda los resultados pueden ser muy diferentes debido al impacto significativo de la composición: el níquel formó fácilmente solución sólida mientras que el circonio incremento la habilidad de formación de vidrios.

Introducción

La posibilidad de fabricar nuevos materiales con nuevas propiedades ha sido uno de los objetivos más importantes en los procesos de aleación mecánica. Más de cincuenta años después de su desarrollo, y más allá de los simples parámetros de fresado, muchos sistemas han demostrado capacidades extraordinarias, nunca obtenidas con otros métodos de fabricación; un ejemplo de ello es la formación de vidrio en sistemas binarios (Benjamin, 1970; Benjamin, 1974; Schwarz, 1986; Davis, 1988; Calka, 1991; Maurice, 1994; Lü, 1998).