Fabricación y caracterización de metales porosos de aleaciones de cobre con memoria de forma

A.P. GOMEZ; A. BARUJ; M.T. MALACHEVSKY

Mar del Plata

Congreso; 20º Congreso Internacional de Materiales (SAM-CONAMET 2022); 2022

Sociedad Argentina de Materiales (SAM)

Los materiales celulares metálicos convencionales pueden absorber gran cantidad de energía debido a que se compactan de manera irreversible al deformarse plásticamente. La posibilidad de utilizar esponjas fabricadas con metales con memoria de forma permitiría extender el empleo de materiales celulares a solicitaciones dinámicas con alto nivel de deformaciones de manera reversible.Para lograr buenas propiedades elásticas se necesita un material con tamaño de grano pequeño. Una forma de lograr esto es fabricando las esponjas por pulvimetalurgia empleando formadores de poros. Se eligen partículas de algún material y se mezclan con el metal en polvo o mezcla de metales si es una aleación. Luego se compacta por prensado y se sinteriza bajo la atmósfera adecuada para consolidar la esponja. Las partículas formadoras de poros son eliminadas por disolución o tratamiento térmico dejando un espacio vacío en su lugar, formando así una celda.Presentamos un método para fabricar metales porosos de aleación memoria de forma de composición Cu-14Al-3Ni. Partiendo de polvos de Cu y Ni, y polvo o flakes de Al, se mezclan manualmente con un 1.5 % en peso de PVA+PVB como ligante para facilitar el prensado. Luego de secar la mezcla al aire, se incorpora bicarbonato de amonio como separadores, ajustando la porosidad resultante con la proporción que se agrega. Las muestras cilíndricas se prensan a 700 MPa y luego se sinterizan a 1000 °C en atmósfera de argón, previo efectuar un tratamiento térmico para eliminar el bicarbonato de amonio y el ligante. Una vez sinterizadas, las muestras se encapsulan en argón y se hace un tratamiento de solubilizado en fase β por 48 horas a 900 °C, seguido de un templado en agua para retener la fase con efecto memoria de forma. Las fases presentes en los distintos casos se identificaron mediante difracción de rayos x, siendo las fases martensíticas 18R y 2H las mayoritarias en todos los casos. La morfología de ambas fases se observó en las muestras pulidas en el microscopio de barrido: una forma acicular para la fase 18R y placas más anchas para la 2H. Además se observó que el tamaño de grano medio es del orden de los 20 µm, mucho menor que el que se logra por métodos de fundición. Las transformaciones directa e inversa desde martensita a austenita se evaluaron mediante mediciones de DSC efectuadas a 5 °C/min en atmósfera de argón. La temperatura de transformación de la martensita está influenciada no solo por la composición particular de la aleación sino también por la presencia de segundas fases. Dado que la superficie de los polvos metálicos está recubierta de óxido, se espera que en las muestras existan segundas fases de estos óxidos o combinaciones de los mismos. Estas fases no se detectaron por difracción de rayos x ya que se encuentran en cantidades por debajo del límite de detección. Esto podría explicar la observación de temperaturas de transformación martensítica mayores que las esperadas para la composición estudiada.La caracterización estructural de las muestras de metal poroso se efectuó mediante tomografía de rayos x, utilizando un tomógrafo X-Radia Micro XCT-200. Esto permitió observar mediante reconstrucción volumétrica que el uso de Al en flakes facilita el prensado y posterior sinterizado permitiendo la obtención de cuerpos porosos sin grietas que perjudiquen las propiedades mecánicas. Las celdas presentan una forma irregular similar a la del polvo de bicarbonato de amonio y se encuentran distribuidas en forma homogénea por el material. Mediante procesamiento de imágenes tomográficas se determinó la porosidad y distribución de tamaños de poros para muestras con diferentes proporciones de separadores. Se seleccionaron 3 tipos de muestras: una con la porosidad intrínseca propia de un proceso de sinterizado, fabricada sin agregar bicarbonato de amonio, otra con una porosidad de aprox. 40% y otra de aprox. 50%. Realizamos ensayos de compresión uniaxial a una velocidad de 0.1 mm/min para tener una primera caracterización de las diferencias en el comportamiento mecánico de las muestras con la porosidad. La muestra sin porosidad agregada presenta fluencia en dos pasos, típico de los materiales con memoria de forma. El primer punto de inflexión corresponde a la reorientación de la martensita y el segundo al inicio de la deformación plástica. En el caso de las muestras porosas, las celdas no interfieren con el movimiento de las interfases entre las martensitas y la fluencia en dos pasos no está tan marcada. Ambas muestras porosas presentan un plateau de deformación típico de las esponjas metálicas, aumentando su deformación a una tensión constante, superpuesto al efecto memoria de forma. Se evaluó la formación de grietas durante la compresión comparando slices tomográficas obtenidas antes y después del ensayo. Se discuten los resultados obtenidos.