Detección y cuantificación de boro y boruros en uniones soldadas de aleaciones ferrosas

FONTANA M.; SCHULZ M.; BOUDARD M.; DI LUOZZO N.; GARBARINO G.

Villa Carlos Paz

Congreso; Reunión de la Asociación Física Argentina; 2020

Asociación Física Argentina

Las aleaciones de los sistemas Ni-Si-B, Ni-Cr-Si-B, Ni-Cr-Fe-Si-B y Fe-Si-B son ampliamente utilizadas como material de aporte en las soldaduras por brazing. Estos se fabrican tanto en forma de polvos como de cintas amorfas. La adición de B y Si tiene como finalidad la depresión del punto de fusión del material de aporte ? y por consiguiente permite llevar a cabo uniones soldadas a menores temperaturas. A su vez, y en particular para las cintas, favorecen la amorfización de las mismas.El B es prácticamente insoluble en los materiales metálicos de uso industrial ? destacándose las aleaciones ferrosas. Por tal razón, las soldaduras por brazing se caracterizan por la presencia masiva de fases intermetálicas en forma de boruros en la juntura.Con el objetivo de reducir y/o eliminar la formación de boruros, se desarrolló la soldadura mediante una fase líquida transitoria (Transient Liquid Phase Bonding, TLPB). Este proceso se caracteriza por la optimización de la interdifusión de los elementos aleantes del metal base y el material de aporte. Esto es de particular importancia para el B proveniente del material de aporte, ya que se favorece su difusión dentro del metal base, haciendo posible que su concentración no supere el límite de solubilidad.Por lo tanto, la correcta caracterización de B es fundamental para el estudio de su difusión y/o formación de boruros y, por consiguiente, del proceso TLPB.En relación con el estudio cuantitativo de gradientes de composición química a través de la juntura, las técnicas usualmente utilizadas ? como la espectroscopia por energía dispersiva de rayos X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) y la microsonda electrónica (Electron Probe Microanalysis, EPMA) no son capaces de detectar B en aleaciones ferrosas dentro de su rango de solubilidad. A tal fin, mediante la radiografía con neutrones o neutrografía se desarrolló una metodología para la medición del coeficiente de atenuación media del B en una matriz ferrosa, para un dado espectro de neutrones. En este trabajo, se presenta tanto la medición experimental de perfiles de B como su validación mediante modelación numérica, haciendo uso del coeficiente de atenuación media anteriormente medido.A su vez, y en los casos donde efectivamente se observan fases intermetálicas en la juntura, poder determinar que estos se tratan efectivamente de boruros es de gran interés. La microscopía electrónica de transmisión (Transmission electron microscopy, TEM) es la técnica más extendida para llevar a cabo esta tarea. Sin embargo, y a excepción de que tenga lugar una presencia masiva, la preparación de muestras de la juntura es muy engorrosa debido a que las fases intermetálicas pueden analizarse únicamente si encuentran dentro de la zona transparente a los electrones de la muestra.Para hacer frente a este inconveniente, se propone determinar la estructura de las fases intermetálicas mediante difracción de rayos X (X-Ray Diffraction, XRD) en transmisión mediante la utilización de un haz focalizado de baja a mediana energía, es decir, menor a 100 keV. Con esta energía es posible obtener un haz transmitido con muestras de un espesor del orden de unas decenas de micrones, las cuales se pueden obtener fácilmente mediante pulido metalográfico. Si a esto le sumamos la focalización del haz con una anchura a media altura (full-width half-maximum, FWHM) de unos pocos micrones, se hace posible seleccionar y caracterizar la región de interés de la juntura con total libertad. Como resultado, en este trabajo también se presenta la implementación de esta metodología para la detección de los intermetálicos presentes en las soldaduras realizadas.