Aleado mecánico del Sistema Cu-Zn-Al.

F. SESMA; F. GENNARI; J. ANDRADE GAMBOA; J. PELEGRINA

Rosario

Congreso; 2011 - SAM-CONAMET; 2011

SAM

El diagrama de fases Cu-Zn-Al es complejo e interesante desde diferentes aspectos. En particular, la fase beta, cuya estructura es cúbica ordenada del tipo L21, es de interés en el estudio de materiales con memoria de forma [1]. El proceso usualmente empleado para la producción de esta aleación involucra métodos tradicionales de metalurgia con altas temperaturas. La fase así obtenida es retenida a temperatura ambiente por enfriamiento rápido. Sin embargo, no se conoce si esta fase es estable en el diagrama ternario a bajas temperaturas y si su formación es posible por métodos pulvimetalúrgicos, permitiendo evitar la fusión de los metales. En este contexto, la molienda mecánica emerge como una alternativa a los métodos tradicionales de formación de aleaciones, permitiendo producir materiales nanoestructurados de composición homogénea, a temperatura ambiente, mediante etapas sucesivas de fractura y soldadura en frío de los polvos metálicos [2]. Esa homogeneidad que se logra, redundaría además en un mejor control de la transición que posibilita la memoria de forma de estas aleaciones.En el presente trabajo se realizó la molienda mecánica buscando producir la aleación de com-posición Cu-18,4 at%Zn-13,7 at%Al. Se partió de limaduras de Cu y Zn, y de láminas de Al de 2 mm2 de área y 0,05 mm de espesor. Se exploraron distintos caminos de molienda, a saber:1- Se procesaron solo los elementos Cu y Zn, retirando material cada determinados lapsos para realizar difractogramas de rayos X (Figura 1). Esto permitió establecer las fases presentes y los parámetros de red, con lo que se detectó el fin de la evolución por molienda (Figura 2). A continuación se agregó el Al y se repitió el procedimiento anterior hasta llegar al producto final.2- Se procedió en forma similar a la del punto anterior, procesando primero el Cu y el Al, y agregando al final el Zn.3- Se molieron los tres elementos simultáneamente.4- Se molieron cantidades de Cu y de Zn para producir la fase en la aleación binaria (compo-sición equiatómica). Luego se agregaron cantidades de Cu y de Al para alcanzar la composición del ternario.Se utilizó un molino de baja energía Uni-Ball-Mill II que tiene una cámara cilíndrica de unos 20 cm de diámetro y 29 mm de altura. En ella se colocaron siete bolas de acero de 25 mm de diámetro y 10 g de material, resultando en una relación de masas bolas/polvo del orden de 47. El eje de rotación de la cámara es horizontal, y de esa manera las bolas caen sobre el material produciendo la fractura y la soldadura necesarias para el aleado. La atmósfera utilizada fue de Ar a una sobrepre-sión de 5 atmósferas. Se extrajeron 200 mg de material para realizar los difractogramas de rayos X entre 25° y 100° de 2, en pasos de 0,02° y 1 s de integración. Se utilizó grasa de vacío para adherir el polvo al portamuestras.El producto final en todos los casos consistió en una mezcla de fases: la y la cúbica de cara centrada que es rica en Cu, llamada . El camino de molienda que menos tiempo consumió fue el 3, dando en 80 horas un producto que no evoluciona y que tiene un 35% de fase . En los casos 1, 2 y 4 el producto final tenía una menor cantidad de fase . El camino más lento fue el 2.Se realizaron tratamientos térmicos hasta 550°C usando un calorímetro diferencial y a 800°C en un horno resistivo bajo atmósfera inerte. En todos los casos se observó el aumento de la proporción de fase, llegándose a obtener un 88% de esa fase en una muestra recocida a 800°C durante un día.Referencias1. Ahlers M. Martensite and equilibrium phases in Cu-Zn and Cu-Zn-Al alloys. Progress in Materials Science 1986; 30:135-186.2. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling. Marcel Dekker; 2004.