Tema CECYT 2: MIGUEL BERNAL PERALES

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FABRICACIÓN DE ESPUMAS METÁLICAS POR MEDIO DE POLVOS METALURGICOS.

A.- ESTRUCTURAS ESFÉRICAS HUECAS. Dentro de este método se utilizan esferas huecas de metal. Se observa que al atomizar con un gas inerte se obtienen partículas de metal huecas con diámetros 300 – 1000 µm y densidad relativa de 0.1. Éstas partículas pueden ser clasificadas por métodos de flotación, y consolidadas por HIP (Presión Isostática en caliente), por vació o por sinterizado en la fase líquida. Este método puede ser utilizado preferentemente para algunas aleaciones y evitar las deformaciones que existen en las paredes cuando se utiliza el proceso de HIP y evitar el prolongado tratamiento a altas temperaturas requeridas para tener partículas fuertemente unidas que se obtienen por el método de sinterizado al vació. Súper aleaciones de Níquel puro y Ti- 6Al-4V con densidades relativas de 0.06 pueden ser producidas en el laboratorio usando esta aproximación. El desarrollo para controlar esta técnica de atomización de polvos puede ser económicamente habilitada de estructuras con bajas densidades vía esta ruta

En un método alternativo, las esferas huecas de metal se forman por fusión de un compositor y un precursor que se descompone como TiH2 junto con partículas orgánicas y solventes, las esferas se endurecen por evaporación durante la volatilización al caer desde lo alto de un contenedor. Se calienta posteriormente para evaporar el solvente y las partículas orgánicas. Un tratamiento térmico final descompone el metal híbrido dejando esferas huecas de metal. Esta técnica fue desarrollada en Georgia Tech, y puede ser aplicable a muchos materiales y no solo limitada a híbridos. Como un ejemplo una mezcla de oxido tal como Fe2O3 + Cr2O3 puede ser reducida para crear un acero inoxidable. Un tercer método desarrollado en IFAM, Bremen. Esferas de poliestireno son rotas con un metal líquido y sinterizado, dando esferas huecas de alta uniformidad. La consolidación de esferas huecas da una estructura con mezcla de porosidades

El porcentaje de dos tipos de porosidad y la densidad relativa total pueden estar en un rango dado, variando la densidad relativa de las esferas y extendiendo la densificación durante la consolidación. Se obtiene densidades relativas baja como 0.05, con un tamaño de poro en el rango de 100 µm a 10000 µm.

B.- [LDC] ATRAPAMIENTO DE UN GAS POR EXPANSIÓN. La solubilidad en metales de gases inertes tales como el Argón es muy baja. Las técnicas de metalurgia de polvos han sido desarrolladas para manufacturar materiales con una dispersión de pequeños poros conteniendo un gas inerte a altas presiones. Cuando ese material es calentado posteriormente, la presión en los poros incrementa y los poros se expanden. Este proceso ha sido utilizado por Boeing para crear paneles con capas de bajas densidades (LDC) Ti –6Al - 4V con fracción de poros hasta 50 %. En el proceso, los polvos del metal se sellan en un recipiente, el cual está recubierto. El recipiente se coloca al vació para eliminar al oxígeno, y se introduce argón entre 0.3 a 0.5 MPa, el recipiente es sellado nuevamente y consolidado a una densidad relativa (0.9 - 0.98), por HIP, causando un incremento en la presión de vació. La presión es muy baja debido a la expansión del Ti-6 Al-4V en el cuarto de temperatura, el número de poros presentados en la muestra consolidada es relativamente bajo, y es comparado al número de partículas de polvo originalmente compactadas. Un paso de rolado es introducido para refinar la estructura y crear una

El paso final es la expansión por calentamiento a 900 ° C durante 20 - 30 horas. Este proceso da como resultado componentes con formas de emparedados con una capa que contiene células cerradas de un porcentaje hasta 50% y un tamaño de célula de 10 - 300 µm. Como en los procesos de metalurgia de polvos requiere de muchos pasos para su fabricación, el costo del gas inerte resulta barato, pero el proceso de HIP, y el laminado en multipasos en caliente del titanio pueden ser caro.

C.- [IFAM /ALULIGHT] MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DE ESPUMAS POR MEDIO DE CONSOLIDACIÓN DE POLVOS METALÚRGICOS El proceso consiste en preparar una mezcla de polvo metálico y un agente espumante dispersados en un medio orgánico. El material es montado en una espuma, y después es calentado para formar un sólido con estructura porosa. Las primeras aplicaciones fueron en metales de níquel, hierro, cobre, acero inoxidable y bronces. El aluminio también es un metal en el cual se puede aplicar este método, además es un material con buenas propiedades. El procedimiento para hacer espumas de polvos de Al, consiste en una mezcla de polvos de Al y un agente espumante el cual puede ser un hidruro (por ejemplo hidruro de titanio TiH2 e hidruro de zirconio ZrH2), ácido hidrocloridrico y ácido fosfórico. Luego la mezcla se vierte dentro de los moldes para tomar las formas requeridas. Posteriormente la muestra es curada cerca de 2 horas a 100 ° C. Para el caso del Al no se sinteriza ya que él oxido de Al se forma a la temperatura de sinterización. Muchos grupos han trabajado en estos métodos IFAM en Bremen Alemania, LKR en Radshofen Austria, y Neuman – Alu Marktl Austria. Se representa el Método de IFAM que consiste en mezclar polvos de Al y un agente espumante (hidruro de titanio), los polvos son mezclados y posteriormente compactados y extruídos en forma de platos con una densidad teórica conocida. Estos platos o barras son colocados en un molde cerrado y calentados a la temperatura de fusión del sólido. El hidruro de titanio se descompone creando vació con altas presiones. Esta expansión del material por un flujo en el estado semi-sólido crea una estructura de la forma del molde. Este proceso da como resultado

IFAM ha creado una variante del proceso. Primero se crean paneles por rolado del aluminio o hojas de acero, dentro de una coraza de un material expansible precursor en formas de emparedado, esta estructura es prensada y colocada en un horno para expandir la coraza del precursor, lo cual da un material en forma de panel de espuma metal – precursor. Aunque este método esta en desarrollo, se ha intentado con diferentes tipos de precursores.