Modelado de la interacción de interfases de solidificación con partículas de diferentes formas y conductividades térmicas

AGALIOTIS, E. M.; MARIO ROBERTO ROSENBERGER; ARES, A.E.; SCHVEZOV, C. E.

Buenos Aires

Encuentro; , VI Reunión de la Asociación Argentina de Cristalografía (AACr).; 2010

La forma de la interfase en un material que se está solidificando se puede ver afectada por la presencia de partículas en el seno del fluido. El grado de deformación de la interfase depende de las propiedades, la naturaleza y la morfología de la partícula, el fundido, el sólido y los campos [1-4]. Debido a este hecho, la partícula puede ser atrapada por la interfase antes de lo predicho por los modelos simples, en los cuales no se contemplan la deformación de la interfase. El presente análisis resulta de importancia en el proceso de solidificación al momento de seleccionar posibles agentes nucleantes. Se estudió la forma de la interfase en las cercanías de la partícula en función de la forma de la partícula y de las propiedades térmicas de la partícula, el fluido y el sólido. Para ello, modelaron y simularon diferentes formas de partícula: esférica, cilíndrica, cónica y semiesférica con la parte plana hacia la interfase. Para la simulación se empleó un modelo de simetría axial. El campo térmico es resuelto empleando el método de elementos finitos. Los resultados indican que cuando la partícula es aislante, con respecto al fluido, se generan interfases convexas, cuando la partícula es conductora se producen interfases cóncavas y cuando partícula e interfase tienen igual conductividad térmica las interfases resultan planas, independientemente de la forma de la partícula. Combinando esos resultados con la forma de la partícula se observa que en el caso de la partícula aislante, es decir en el caso de una interfase convexa, la interfase se deforma tocando a la partícula en el centro en todos los casos estudiados. En cambio, cuando la partícula es conductora, es decir en el caso de una interfase cóncava, la interfase toca a la partícula no esférica en los bordes de la cara plana, por tal motivo el atrapado se produce antes y con presencia de material líquido en el centro. Este hecho explicaría la generación de poros en la solidificación de materiales con partículas no esféricas en el seno del líquido.