Solidification of the Al alloy composite reinforced with graphite particles

Solidificación del compuesto de aleación de Al reforzado con partículas de grafito

El objetivo del trabajo fue analizar la solidificación del composite de matriz de Al reforzado con partículas de grafito y determinar la influencia de estas partículas en la cinética de solidificación de los composites metálicos. Se utilizó la aleación AlMg10 como matriz de los composites ensayados. Los ensayos abarcaron materiales compuestos que contenían un 10 %, 20 % y 30 % de partículas de grafito, producidas en un proceso de dos etapas con el método de mezcla mecánica. Las pruebas de solidificación se realizaron mediante el método de análisis térmico derivado (ATD). La introducción de partículas cerámicas en la matriz modificó la cinética de solidificación de la aleación.

INTRODUCCIÓN

El conjunto de propiedades físicas favorables de las aleaciones de aluminio (baja densidad, alta conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia a la corrosión) y las buenas propiedades tecnológicas permiten su amplio uso en tecnología. Tanto las aleaciones de aluminio de fundición como las de forja, a pesar de una serie de propiedades favorables, presentan una serie de desventajas que no pueden eliminarse mediante los procesos tradicionales de fabricación y su tratamiento térmico. Las desventajas de las aleaciones de aluminio incluyen, entre otras, la baja dureza y la escasa resistencia a la abrasión [1]. Una de las formas de mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio es reforzarlas con partículas cerámicas [2].

Las propiedades de los materiales compuestos metálicos reforzados con partículas cerámicas dependen no sólo de las características de las partículas introducidas, sino también de su proporción en volumen y de su distribución en la matriz [3,4]. La distribución viene determinada en gran medida por la interacción de las partículas con el frente de cristalización y los procesos de humectación de la cerámica por el metal líquido [5-8].

Cuando las partículas se humedecen, es posible que la fase cristalina se nuclea en la superficie de las partículas, de lo contrario, el refuerzo es forzado la mayoría de las veces fuera del frente de cristalización. Está determinado por el ángulo de contacto extremo que permite la nucleación heterogénea, que es de 120°. Por debajo de este valor, las partículas se convierten en el lugar de nucleación de los cristales. También se ve favorecida por la posibilidad de adsorción de átomos de elementos de aleación en la superficie cerámica, lo que a su vez conduce a la formación de capas de transición que conservan su estructura incluso después de la refundición del composite. Esto se pone de manifiesto, entre otras cosas, por la estabilidad en suspensión de las partículas de Al A₂O₃ y SiC en el aluminio y la posibilidad de refundir el compuesto varias veces. Estos dos mecanismos de cristalización están determinados en gran medida por la velocidad de cristalización.  En el caso de una velocidad de cristalización elevada, las partículas se distribuyen uniformemente en la matriz, sin que se produzca una segregación clara del refuerzo en el composite.