Enhancing hardness and wear resistance of ZrSiO4-SnO2/Cu10Sn composite produced by warm compaction and sintering

Mejora de la dureza y la resistencia al desgaste del compuesto ZrSiO4-SnO2/Cu10Sn producido por compactación en caliente y sinterización

Esta investigación se centra en la mejora de la dureza y la resistencia al desgaste del material compuesto ZrSiO₄- SnO₂/Cu10Sn. En esta investigación, se utilizó como refuerzo la arena de relave SnO₂ dominada por ZrSiO₄ y SnO₂. Los materiales compuestos de Cu10Sn con 0, 5, 10, 15 y 20 % en peso de arena de residuos de SnO₂ se fabricaron mediante compactación en caliente de doble acción seguida de sinterización. Los resultados muestran que el mayor valor de dureza y el menor índice de desgaste de los materiales compuestos se obtuvieron añadiendo un 15% en peso de arena de estéril SnO₂. Además, la tasa de desgaste del material compuesto de matriz Cu10Sn muestra una disminución significativa con el aumento de la cantidad de arena de decantación SnO₂  debido a la presencia de partículas duras.

INTRODUCCIÓN

El CuSn es el metal no ferroso más comúnmente utilizado para rodamientos, juntas, ejes, piezas de desgaste, etc. [1, 2]. Últimamente, este material se refuerza a menudo añadiendo otras materias para aumentar su resistencia. Se ha informado de que elementos como Al₂O₃, Cr, Ag y toba volcánica mejoran la durabilidad, resistencia, dureza, comportamiento lubricante y resistencia al desgaste de los compuestos de matriz de cobre [2-4]. Además, en los últimos años se han examinado las propiedades mecánicas de los refractarios cerámicos, como los materiales compuestos de matriz metálica (MMC) no ferrosos reforzados con ZrSiO₄, con diversas técnicas para mejorar la dureza, la resistencia a la tracción final y la resistencia al desgaste [5, 6]. Los primeros estudios han demostrado la baja tasa de fricción y desgaste de los compuestos de bronce reforzados con ZrSiO₄ producidos mediante pulvimetalurgia (PM) con un método de compactación en frío de prensado simple [6].

La PM es un proceso de conformado tradicional que genera piezas con forma próxima y sin necesidad de procesos de mecanizado [7]. Además, la tecnología PM se refiere a la alta utilización de material para reducir el coste del proceso de fabricación [8], y también puede controlar el nivel de porosidad del material compuesto.

El método de compactación en caliente se ha investigado intensamente en las últimas décadas para lograr una mayor compactación en verde y densidades sinterizadas de los materiales compuestos de matriz metálica (MMC).  La compactación en caliente es un método tradicional para mejorar la compresibilidad del polvo metálico en materiales PM [9]. En este método, con la misma presión en la compactación en frío, la densidad relativa será mayor.