Electrochemical process for the manufacturing of titanium alloy matrix composites

Proceso electroquímico para la fabricación de compuestos de matriz de aleación de titanio

El artículo presenta un nuevo método para la síntesis de precursores de compuestos de matriz de aleaciones de titanio mediante un proceso electroquímico en cloruro cálcico fundido. El cátodo de la célula se fabricó a partir de polvos de óxidos metálicos y partículas cerámicas de refuerzo, que se prensaron y sinterizaron en forma de disco, y el ánodo a partir de grafito. El proceso tuvo lugar a 850 °C, en dos etapas, a 2,7 / 3,2 V: la ionización del oxígeno en los óxidos y la reducción con el calcio formado por electrólisis del óxido de calcio alimentado en el electrolito. Los precursores compuestos obtenidos, en forma de esponja metálica, se consolidaron mediante prensado y sinterización. Se realizaron análisis químicos y estructurales de las muestras de materiales compuestos.

INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos de matriz de titanio (TMC) representan una categoría de materiales en perspectiva con aplicaciones potenciales en muchos campos importantes como las construcciones aeroespaciales, la industria del automóvil, las estructuras navales, los objetos deportivos y domésticos, y otros.

Un material compuesto de matriz de titanio está constituido por una matriz de titanio o aleación de titanio y materiales de refuerzo, que suelen ser cerámicas en forma de partículas o fibras [1]. Los materiales compuestos de matriz de titanio combinan las buenas características mecánicas como resistencia, ductilidad, tenacidad y tolerancia al daño de las aleaciones de titanio con la alta resistencia, rigidez y resistencia a la fluencia de los refuerzos cerámicos (es decir, carburo de silicio, boruro de titanio, carburo de titanio, etc.).

A los refuerzos se debe una reducción de la densidad de los compuestos respecto a la aleación matriz. Las aleaciones de titanio utilizadas como matrices en TMC son de diferentes tipos, elegidos por sus altas propiedades específicas: alta resistencia mecánica a la tracción y a la fatiga, módulo de Young elevado o buena resistencia al calor. Así, varias aleaciones actuales utilizadas como matriz son: TiAl6V4, TiAl5Sn2,5, TiAl8Mo1V1,0, TiFe4,3Mo7,0Al1,4V1,4, etc.

Los refuerzos adecuados para TMC relacionados como siendo utilizados o investigados en estudios científicos, son: boro recubierto de carburo de silicio como fibras continuas; titaniodiboruro, carburo de titanio, carburo de silicio, óxido de aluminio y otras partículas cerámicas. Los refuerzos en TMC amplían el rango de temperatura de funcionamiento del titanio de 300 °C ÷ 400 °C hasta 600 °C. Las principales aplicaciones del TMC son en construcciones aeronáuticas como materiales estructurales y como componentes para motores, trenes de aterrizaje, etc. Estos materiales de alto rendimiento suelen utilizarse en construcciones de automoción, como motores de automóviles, componentes de trenes de transmisión o componentes de maquinaria en general. Existen varios métodos de fabricación de TMC que se presentan en procesos y patentes conocidos.