Estudio del efecto modificador del Na proveniente del NaCl sobre la morfología del Si en una aleación Al-Si hipoeutéctica

Study of modifier effect of sodium arising from NACL upon the morphology of Silicon in an hypoeutectic AL-SI alloy

Este trabajo comprende el estudio del efecto del sodio proveniente del NaCl (halita), sobre la morfología del Si eutéctico en una aleación Al-Si hipoeutéctica vaciada. La fusión se llevó a cabo en dos hornos, el primero a combustión de gas LP con crisol de grafito para incrementar el contenido de Si en la aleación, de 0.13 a 5% en peso utilizando silicio metálico con una pureza de 99.35%, y el segundo de resistencias eléctricas con el mismo tipo de crisol, para controlar la temperatura a 750 °C. El material fundido fue vaciado en moldes de arena shell, diseñados para evitar impurezas e interacciones en las zonas de estudio. Para añadir la sal al baño metálico, se usaron dos técnicas: una con insuflación mediante gas argón y la otra por gravedad, en ambos casos se manejaron tres cantidades de sal, 0.5, 1.5 y 2.5% en peso respectivamente, pulverizada y precalentada a 150 °C durante 60 min. Mediante análisis químico se determinó el contenido de NaCl en la sal siendo de 99.5% en peso, con este dato se calculó la cantidad teórica de sal necesaria. Las muestras obtenidas fueron analizadas metalográficamente, evidenciando la modificación morfológica del Si eutéctico en la escala #2 a #4 de acuerdo a la literatura, presentando los mejores resultados las muestras con 1.5 y 2.5% de sal agregada por gravedad. Finalmente, mediante microscopia electrónica de barrido se caracterizaron los precipitados presentes en las muestras.

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones de aluminio vaciado constituyen en términos de tonelaje el segundo grupo más grande de consumo de metales, después de las aleaciones de fierro vaciado [1] y en particular las tipo Al-Si son ampliamente utilizadas en la industria automotriz, estructuras aerospaciales y aplicaciones militares, debido a sus buenas propiedades mecánicas, bajo peso, buena soldabilidad, buena conductividad térmica, relativamente alta resistencia a alta temperatura, excelente resistencia a la corrosión, así como excelente fluidez al vaciado [2]. Debido a la evolución de las microestructuras durante el proceso de solidificación, la microestructura no solamente determina las propiedades mecánicas, sino que también define los límites del diseño de vaciado, la colabilidad de la aleación y la susceptibilidad a la formación de defectos [3]. La forma del Si eutéctico juega un papel muy importante en las propiedades mecánicas de las aleaciones Al-Si, particularmente en su resistencia a la elongación, incrementando su ductilidad mediante el refinamiento estructural del silicio eutéctico cuya fase es inherentemente frágil; sin embargo, su morfología se modifica de placas aciculares gruesas a una estructura fibrosa (similar a un alga marina) o laminar fina, mediante la adición de pequeñas cantidades de los elementos de la familia IA, IIA y tierras raras de la tabla periódica, o bien con velocidades de enfriamiento altas [4, 5]. El estroncio, sodio y antimonio son los tres elementos modificadores más utilizados comercialmente para tratar las aleaciones fundidas de Al-Si [4], K. Nogita y colaboradores [6] han reportado la modificación del eutéctico Al-Si con Ba, Ca, Y y Yd, proponiendo sus mecanismos de solidificación.