Síntesis y caracterización de aleaciones Al-Si preparadas por aleación mecánica

Abstract

Las aleaciones Al-Si presentan propiedades estructurales, mecánicas y eléctricas que son controladas por su aleante principal, composición química y microestructura. En este trabajo aleaciones Al-10, 20, 30, 50 y 70% peso Si fueron sintetizadas por aleación mecánica variando el tiempo de molienda y la concentración de Si: Muestras de Al-20%Si fueron preparadas bajo dos diferentes condiciones de síntesis denominadas M1 y M2, y muestras de Alx%Si (x: 10, 30, 50, 70) fueron preparadas bajo otras condiciones de síntesis; Se estudiaron efectos de la molienda prolongada y del aumento de la concentración de Si sobre la microestructura y propiedades físicas. Los estudios fueron realizados mediante las técnicas de caracterización DRX, TGA/DSC, MEB-EDS, Densidad, Resistividad eléctrica e Impedancia eléctrica en muestras seleccionadas: El análisis de los perfiles de difracción de rayos X evaluados por los software Match!3, FullProf y Dicvol detectaron solo las fases Al-( y Si-(, pertencentes al sistema cúbico con grupo espacial Fm-3m para la fase de Al y Fd-3m para la fase de Si; Las tallas de cristalitos evaluadas por la ecuación de Williamson y Hall alcanzaron tamaños de 30 nm a 70 horas de molienda para M1 y M2, y de 25 a 30 nm a 40 horas de molienda para Al-x%Si independientemente de la concentración de Si; La deformación relativa de red mostro un crecimiento monótono hasta saturación para M1 y M2, y en las aleaciones A-x%Si la aleación de 70% Si mostró tendencia a seguir creciendo para tiempos de molienda mayores de 40 horas, estos comportamientos fueron asociados al incremento de los defectos con la molienda prolongada y a la diferencia de microestructuras en los polvos aleados hipo e híper eutéctico; La solubilidad de Si en Al fue evaluada de las medidas del promedio del parámetro de red de los picos de difracción de mayor intensidad de Al para la muestra Al-20%Si (M1 y M2) y de Al y Si para las muestras Al-x%Si, extendiendo su valor más allá del límite de solubilidad obtenidos por fundición; El efecto tenso-activo del ácido esteárico, como ACP, funciono para tiempos de molienda prolongados (Muestras M2). Los termogramas de DSC reflejaron una única transformación endotérmica en torno a la temperatura eutéctica del sistema Al-Si y cuyos valores de entalpia reflejaron cambios de propiedades físicas; De la deconvolución de las señales de DSC se observó que, la aleación 10% Si consolidada fue la responsable del cambio a la región Al + L y la aleación 70% Si no consolidada fue la responsable del cambio a la región Si + L; El análisis cinético permitió identificar las reacciones deconvolucionadas dominantes y obtener el triplete cinético (K0, Q y F(()), además evidenció que se requiere mayor energía para activar las reacciones que ocurren en torno a la temperatura eutéctica cuando la concentración de Si es mayor. El análisis TGA mostró un ligero incremento en la masa porcentual relativa para M1, atribuido al nivel de oxígeno y al tipo de síntesis. De los estudios de microscopia electrónica de barrido las formas y tamaños de las partículas Al y Si, identificadas por mapeo, fueron observadas y medidas; Los niveles de O, Fe y Cr fueron cuantificados por EDS. Las medidas de densidad para M1 y Al-x%Si, antes y después de recocidas, evidenció los efectos asociados a los procesos de síntesis, de compactación y de sinterización. El estudio de resistividad eléctrica por corrientes de Foucault (Eddy-corrents) permitió reportar resultados “casi inéditos” en cuanto al comportamiento de la aleación Al-20%S (M1) dentro del campo de los materiales compuestos (composite materials) y el estudio de la impedancia eléctrica en muestras Alx%Si se mostró como una técnica novedosa que permitió evaluar efectos de molienda y concentración de Si en el sistema Al-Si.