Evolución microestructural y cambios dimensionales en aleaciones de aluminio durante la primera etapa de la sintetización con fase líquida

Zusammenfassung

#TITULO: Evolución microestructural y cambios dimensionales EN aleaciones de aluminio durante LA primera etapa de LA sinterizacion con fase liquida Resumen: Este trabajo versa sobre el análisis de los fenómenos que provocan la expansión de los compactos, y la formación de porosidad secundaria durante la primera etapa de la sinterización con fase líquida. Para ello, se ha estudiado experimentalmente el comportamiento a la sinterización de mezclas binarias de aluminio atomizado en aire, con partículas elementales y/o aleaciones maestras de los elementos de aleación: Cu, Mg, zn o Pb. Este estudio se ha llevado a cabo mediante el análisis microestructural de las fases que se forman, así como de la generación de la porosidad. Al mismo tiempo, se han realizado medidas de densidad para evaluar la expansión que sufren los compactos. se han elegido condiciones en las cuales, una vez que se alcanzara el equilibrio, todo el aleante estuviera di suelto en la solución sólida de aluminio, (ex-ceptuando para el sistema Al-Pb) . Las observaciones metalográficas y las medidas de densidad han revelado que la morfología de la porosidad secundaria, cuando se si sinteriza en estado sólido, varía con el aleante, y que la expansión de los compactos está determinada por el flujo neto de materia saliente por difusión del área inicialmente ocupada por la partícula de aleante. En cambio, cuando se sinterizan estos mismos sistemas en presencia de una fase líquida transitoria, se ha apreciado, en todos los casos, la formación de po-ros de gran tamaño en las posiciones en las que se encontraban las partículas elementales de aleante. El tamaño de estos poros se relaciona con el tamaño del "charco" del líquido que se forma. La expansión, a su vez, es resultado de la difusión de los elementos de aleación hacia las partículas de Al, ya que cuando se alcanza el eguilibrio todo el aleante queda retenido en la solución de Al. Aquellos líquidos que disuelven más aluminio hasta alcanzar la composición de la línea de liquidus, son los que dejan poros más grandes y los que provocan mayores expansiones. Asimismo, se ha observado que la difusión del aleante en el aluminio se ve fuertemente acelerada debido a la presencia de líquido. Este hecho resulta como consecuencia de que por un lado, al aparecer una fase líquida se incrementa el área de interacción a través de la cual tiene lugar la difusión. Por otro lado, las energías de enlace que mantienen unidos a los átomos en el líquido son menores que en una fase sólida, por lo tanto el "salto" de átomos al sólido desde el líquido es más fácil que desde otro sólido. La dilución del aleante en forma de aleación maestra puede reducir el tamaño de la porosidad secundaria y la expansión que tiene lugar en los compactos tras la primera etapa de sinterización. Se ha comprobado con aleaciones maestras de los sistemas Al-Cu, Al-Mg y Al-Zn que las expansiones y las porosidades que se crean son menores, en casi todos los casos, que las que se obtienen con partículas elementales. Este hecho se relaciona de nuevo, a que la cantidad de líquido transitorio que se forma con las aleaciones maestras es menor que cuan-do se agrega el aleante en forma elemental, ya que en casi todas estas aleacio-nes el aleante sólo funde parcial mente. El sistema Al-Pb se ha sinterizado en condiciones de fase líquida permanente. Los resultados obtenidos con este sistema evidencian que la penetración de lí-quido en las zonas de contacto es un mecanismo posible de expansión del compacto. Si bien las expansiones que se han obtenido no son muy relevantes, pudiera ser que en otros sistemas con otras condiciones de mojado estos valores fueran más importantes. Igualmente, se ha puesto de manifiesto en los resulta-dos obtenidos con este sistema, la necesidad de una solubilidad significativa del Al en el líquido para que tenga lugar la penetración de líquidos a través de las juntas entre partículas y/o de grano de aluminio. The objective of this work was to study the causes and magnitude of swelling during lps of Al-alloys. This study has been done using Al-Cu, Al-Zn and Al-Mg in conditions of transient liquid phase sintering and in sol id state. Moreover, another study has al so been done with the binary system, Al-Pb, in conditions of permanent liquid. in all cases, with the exception of Al-Pb, the temperature and chemical composition were chosen so that after the diffusion of the elements into the Al lattice a complete sol id solution was obtained. The powder compacts were quenched after sintering at 375-555 °C to study the microstructural changes produced, both in the sol id state and after promoting the formation of a liquid. At temperatures slightly below the formation of a liquid, solid state events, driven by the unbalanced diffusivities and sol utilities of the chemical constituents, lead to the formation of different kinds of secondary porosity as a function of the alloying element. For transient liquid phase sintering, the swelling and the secondary pores generated by the different alloying additions, depend on the amount of aluminium required to reach the liquids composition in every alloying system. As a consequence of the alloying additions used in this work, cu produces the largest swelling, followed by Mg and lastly zn. It was shown that for Cu and Mg additions, the formation of empty secondary pores is dependent on the previous formation of a liquid able to mi grate away from the site of the prior alloying parties. The size of the porosity is related to the particle size through the size of the liquid pool. in this study has been demonstrated that the use of master alloys powders reduces the size of secondary pores in the prior alloying particles sites, and the magnitude of swelling because the liquid pools are smaller than with elemental alloying powders.%&/%&/The results obtained with the binary system Al-Pb show that the migration of a wetting liquid through grain boundaries of Al can origin compact swelling and formation of secondary porosity