La neutrografía como herramienta para la medición cuantitativa de gradientes de boro en aleaciones ferrosas

N.DI LUOZZO; M. BOUDARD; M. FONTANA; M. SCHULZ; B. ARCONDO

La Plata

Jornada; 102º Reunión de la Asociación Física Argentina; 2017

La union mediante una fase lquida transitoria (Transient Liquid Phase Bonding, TLPB) es una tecnica quese presenta como una opcion a los procesos tradicionales de soldadura, en particular a las realizadas tanto pordifusion en estado solido como por brazing. La misma ha demostrado sus potencialidades en lo que respecta a laspropiedades mecanicas de las piezas unidas - tanto en ensayos de traccion como de exion - en una variedad dealeaciones, destacandose los aceros. Entre los materiales de aporte que se utilizan para llevar a cabo las unionespor TLPB, se destacan las cintas metalicas amorfas utilizadas habitualmente para las uniones por brazing debidoa su alta disponibilidad y a su facil manipulacion - a pesar de su espesor de unas pocas decenas de micrones.En particular, para la union de piezas de acero - es decir, el metal base - se han utilizado exitosamente comomaterial de aporte cintas de los sistemas Ni-Si-B, Ni-Cr-Si-B, Ni-Cr-Fe-Si-B, y Fe-Si-B. El principal objetivo delas uniones por TLPB es alcanzar la nalizacion de la solidicacion isotermica de la brecha lquida formada entrelas piezas a unir. La solidicacion isotermica esta controlada por la interdifusion entre los elementos aleantesdel material de aporte y del metal base. Por consiguiente, el estudio de la cinetica de la solidicacion isotermicase encuentra ntimamente ligado con el de los gradientes de composicion qumica en la union y el metal baseadyacente a la misma. Para el estudio cuantitativo de gradientes de composiciones qumicas en aleaciones, tanto laespectroscopia por energa dispersiva de rayos X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) como la microsondaelectronica (Electron Probe Microanalysis, EPMA) se utilizan de manera extensiva. Sin embargo, existen muchoscasos en donde no es posible alcanzar resultados satisfactorios - tanto cuantitativamente como cualitativamente- con estas tecnicas. Entre ellos, se destaca la deteccion de B en una matriz de Fe - es decir, el caso habitualde las uniones por TLPB utilizando cintas de los sistemas anteriormente mencionados. Como alternativa al EDSy EPMA, tanto la autorradiografa neutronica (Particle Tracking Autoradiography, PTA) como la espectrometrade masas de iones secundarios (Secondary ion mass spectrometry, SIMS) se han utilizado exitosamente, perounicamente de manera cualitativa. Por otro lado, utilizando de manera combinada la microscopa electronica debarrido y transmision y la espectroscopia electronica de perdidas de energa, fue posible relevar cuantitativamenteperles de B en aceros, pero a traves de distancias inferiores a 10 nm. Entre las propiedades fsicas a destacardel B, se encuentra su seccion transversal de captura de neutrones termicos, con una atenuacion por unidad delongitud casi dos ordenes de magnitud superior a la del Fe. Esta propiedad fsica del B en relacion al Fe puedeobservarse claramente por neutrografa. Mediante este ensayo se registra una imagen de la atenuacion que sufreun haz colimado de neutrones al atravesar una muestra, la cual se forma sobre una placa sensible a los neutronesen el rango de energa de interes. Teniendo presente lo anterior, se estudiaron uniones por TLPB de piezas deaceros utilizando como material de aporte cintas de Fe-Si-B. En particular, la distribucion del B en la union y enel metal base adyacente al mismo. Gracias al fuerte contraste entre la atenuacion del B y el Fe, y al tama~no delpixel de las imagenes obtenidas, es posible relevar perles de B de manera cuantitativa, con una precision espacialen la escala micrometrica, y a traves de distancias en la escala milimetrica.