Study of process parameters on aluminium foam formation in the Al-6Si-3Mg alloy

Estudio de los parámetros de proceso en la formación de espuma de aluminio en la aleación Al-6Si-3Mg

El objetivo de esta investigación fue estudiar los parámetros del proceso que promueven la formación de espuma mediante la inyección de N₂ en la aleación fundida Al-6Si-3Mg wt % con adiciones de partículas de carburo de silicio (SiC). Se propuso un diseño experimental, en el que los contenidos de partículas de SiC fueron 0, 10, 30 y 50 % en peso, y el sobrecalentamiento se definió como ΔT= T_F - T_L , donde T_L es la temperatura de liquidus y se determinó por el método de la curva de enfriamiento y las temperaturas de formación de espuma se seleccionaron como T_F a 630, 610, 580 y 570 °C. El caudal y la presión del soplado de aire fueron constantes, 2,0 lt/min y 4,0 atm, respectivamente. La formación de espuma sólo fue posible en dos condiciones experimentales, 10 % en peso de SiC a ΔT > 12 °C y 30 % en peso de SiC a ΔT > 10 °C. Las espumas obtenidas en estas condiciones fueron estables, mientras que con otras condiciones de experimentación se produjo coallesencia de burbujas. Por último, se concluyó que la formación de espuma se producía con contenidos de SiC inferiores al 30 % en peso de SiC y temperaturas ligeramente superiores al liquidus.

INTRODUCCIÓN

Las espumas de aluminio pueden producirse mediante varios procesos, como la inyección de gas (burbujeo) y la agitación de un agente espumante (por ejemplo, TiH₂) en un metal fundido [1]. Estos materiales se caracterizan por tener una baja densidad combinada con buenas propiedades mecánicas, como la absorción de energía [2, 3], la permeabilidad a los fluidos [4] y el aislamiento acústico [5, 6]. De ahí que su uso haya aumentado como nuevo material de ingeniería [7, 8]. Sus aplicaciones incluyen escudos resistentes a impactos [9], filtros, intercambiadores de calor [10], biomateriales [1 1], piezas espaciales [12] y electrodos porosos [13].

En la actualidad, existen varios métodos de producción de espuma de aluminio recogidos en la bibliografía, Banhart J. [14, 15]. El método de producción define el tipo de espuma obtenida, su densidad, el tamaño y la morfología de las células y la microestructura [16].

Las espumas metálicas son materiales formados por células, en las que su esqueleto es el metal sólido filtrado con burbujas de aire o gas, y pueden ser hasta cinco veces más fuertes que la madera, y tener un peso de una décima parte de su sólido respectivo [17,18]. La producción de espumas de aleaciones a base de aluminio mediante inyección de gas implica diferentes variables del proceso, como el tiempo de mezcla, la composición química, la temperatura y la viscosidad del metal fundido, la velocidad del agitador, el flujo de gas, la concentración y el tamaño de las partículas de cerámica [19]. El objetivo de este trabajo era explorar la viabilidad y las condiciones de proceso más favorables para la producción de espumas de aluminio por inyección de N₂.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparación de la aleación

La aleación Al-6Si-3Mg se preparó fundiendo lingotes de Al99,8 % en peso, Al - 12 % en peso de Si, y Mg 98,0 % en peso en un crisol de carburo de silicio en un horno eléctrico abierto. El SiC se tamizó previamente separando partículas de -25 µm. Las mezclas se prepararon manteniendo la aleación a 750 °C durante 30 minutos, añadiendo a continuación el SiC mientras se agitaba a 1.200 rpm con una hélice doble de acero inoxidable previamente recubierta y montada en sentido contrario, Figura 1, para conseguir una eficaz incorporación de las partículas de carburo.