Calibración y medición de perfiles de B en aleaciones ferrosas por neutrografía

FONTANA M.; DI LUOZZO N.; SCHULZ M.

Santa Fe

Congreso; Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

Asociación Física Argentina

Entre los materiales de aporte que se utilizan para llevar a cabo las uniones mediante una fase líquida transitoria (Transient Liquid Phase Bonding, TLPB), se destacan las cintas metálicas amorfas debido a su espesor de unas pocas decenas de micrones - que le confieren una fácil manipulación. En particular, para la unión de piezas de acero al C - es decir, el metal base - se han utilizado exitosamente cintas de los sistemas base Fe - Fe-Si-B, y base Ni - Ni-Si-B, Ni-Cr-Si-B y Ni-Cr-Fe-Si-B.Como la cinética de solidificación en los procesos TLPB está controlada por la interdifusión entre los elementos aleantes del material de aporte y del metal base, su estudio se encuentra íntimamente ligado con el de los gradientes de composición química en la juntura.Para su estudio, se hace necesaria la detección y medición de concentraciones de B en una matriz de Fe. Tanto la autorradiografía neutrónica como la espectrometría de masas de iones secundarios se han utilizado exitosamente, pero únicamente de manera cualitativa. Por otro lado, fue posible relevar cuantitativamente perfiles de B en aceros, pero a través de distancias inferiores a 10 nm.Entre las propiedades físicas a destacar del B, se encuentra su sección transversal de captura de neutrones térmicos, con una atenuación por unidad de longitud casi dos órdenes de magnitud superior a la del Fe. Esta propiedad física del B en relación al Fe puede observarse claramente por neutrografía.Teniendo presente lo anterior, se estudiaron las junturas de uniones TLPB de piezas de acero al C mediante esta técnica, utilizando como material de aporte cintas del sistema Fe-Si-B. Gracias al tamaño del píxel de las imágenes obtenidas, es posible relevar perfiles de B con una precisión espacial en la escala de las decenas de micrones, y a través de distancias en la escala milimétrica.Para la determinación de un patrón de referencia, una de las piezas soldadas fue tratada térmicamente a una temperatura para la cual la solubilidad de B en Fe es bien conocida - 11 ppm B a 930ºC. Mediante una corta permanencia a esta temperatura, en una fracción de la juntura se pudo obtener la convergencia de la concentración de B hacia la de equilibrio, contrastando fuertemente con aquella que no lo alcanzó. De esta manera fue posible asociar una determinada atenuación de un haz policromático de neutrones con su composición química, y en consecuencia utilizarla como medida patrón.