Compuestos de matriz metálica rica en Zn, con alto contenido de Al y componentes estructurales de compuestos intermetálicos de Cu – Zn y Cu – Al particulados

J.A. Aragónª, J.R. Miranda^b, I. Hilerioª, D. Muñozª, R. Hernándezª, V. Cortésª y A. Altamiranoª

ª Área de Ciencia de los Materiales, Depto. de Materiales, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco

^bDepto. de Electrónica, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, Av. San Pablo N° 180, Col. Reynosa Tamaulipas, 02200 México, D.F., e–mail: alja@correo.azc.uam.mx, jrmt@correo.azc.uam.mx

Recibido el 21 de septiembre de 2006
Aceptado el 16 de marzo de 2007

Resumen

El objetivo principal de este trabajo es establecer si es factible elaborar, a partir de polvos, materiales que tengan la composición de la aleación eutectoide Zn – 22 %p Al, con diferentes contenidos de Cu y cuyas características estructurales permitan definirlos más apropiadamente como materiales compuestos de matriz metálica y componentes estructurales particulados. Los objetivos secundarios son: determinar por comparación si dichos materiales son más resistentes que sus aleaciones homólogas, elaboradas por colada convencional y homogeneizadas; establecer los grados de reforzamiento alcanzados, el tiempo de sinterizado y contenido de Cu mínimos, utilizados en este trabajo, para los cuales se forman los componentes estructurales, y el tiempo necesario para la formación de la liga eutectoide como la matriz. Se comenzó con la elaboración de briquetas, por compactación simple y una carga de 16 toneladas; las cantidades de Cu usadas fueron el 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 3, 5 y 7 % del peso de cada muestra. Se procedió con su sinterizado durante tres distintos tiempos – 15, 75 y 210 minutos – en una atmósfera de Ar a los 357°C. Fueron también manufacturadas por colada las aleaciones homólogas y se homogeneizaron después durante 100 horas a los 360°C. La caracterización se efectuó con las técnicas metalográficas, de microanálisis con EDS, difracción de rayos X, pruebas de microdureza Vickers y de dureza Rockwell B. Como resultado se logró obtener materiales compuestos con componentes estructurales de intermetálicos CuZn₅, CuZn₂ o CuAl₂ particulados, desde los primeros 15 minutos de proceso y para todos los contenidos de Cu. Los mecanismos microscópicos asociados con la formación de estas partículas, permiten deducir que las matrices metálicas no tendrán totalmente la estructura tipo perlita, sin importar el tiempo de su sinterizado. Las resistencias a la deformacion plástica de los materiales resultan mayores que las de sus aleaciones homologas. Las resistencias máximas se obtienen en los materiales con 0.5 y 3 %p Cu. Los grados de reforzamiento máximos se logran con un contenido de Cu del 0.25 %, y entre el 3 y 5 % en peso, con magnitudes respectivas de 556 y 280 en unidades de porcentaje.

Descriptores: Materiales compuestos de matriz metálica de Zn – Al – Cu; componentes estructurales de CuZn₅; CuZn₂ y CuAl₂; metalurgia de polvos.

Abstract

The primary target of this work is to establish if it is feasible to elaborate, from powders, materials that have the composition of the Zn –22 %wt Al eutectoid alloy, with different contents of Cu and whose structural characteristics allow defining them more appropriately like composite materials of metallic matrix and particulate structural components. The secondary targets are: determining by comparison if these materials are more resistant than their homologous alloys, processed by conventional casting and later homogenized; to establish the degrees of relative reinforcing, the minimum Cu content and minimal sintering time, used in this work, for which the structural components are formed, and the possible time for the formation of alloy with eutectoid composition as the matrix. It was begun with the briquette processing, by simple compaction and a load of 16 tons; the quantities of Cu used were 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 3, 5 and 7% of the weight of each sample. It was come with his sintering during three different times – 15, 75 and 210 minutes – in an atmosphere of argon at 357°C. Also, the homologous alloys were manufactured by casting and homogenized later during 100 hours at 360°C. The characterization took place with the metallographic, microanalysis by EDS and X ray diffraction techniques, and tests of micro–hardness Vickers and hardness Rockwell B. It was managed to manufacture composite materials with structural components of CuZn₅, CuZn₂ or CuAl₂ intermetallic compounds, since the first 15 minutes of process and for all cooper contents used. The micro–mechanisms associated with the formation of these particles, allow deducing that the metallic matrices will not have totally the perlitic structure, not concerning the time of their sintering. The resistances to plastic deformation are greater than those from their homologous alloys. The maximum resistances are obtained in the materials with 0.5 and 3 %wt Cu. The maximum degrees of reinforcing are reached with a 0, 25 %wt cooper content, and between 3 and 5 % in weight, with respective magnitudes of 556 and 280 in percentage units.

Keywords: Zn – Al – Cu metallic matrix composite materials; CuZn₅; CuZn₂ and CuAl₂ structural components; powders metallurgy.

PACS: 81.20.Ev; 81.20.Jz; 81; 61.20.Lc

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Agradecimientos

Se agradece a la M. en C. Dulce V. Melo su apoyo en la preparación de las muestras de polvos y en la compactación de las mismas; al jefe y personal diverso del área de Construcción del Depto. de Materiales de la UAM – Azcapotzalco, el préstamo y apoyo en el uso de la prensa Forney; a la I.Q. Eva R. García – ayudante de profesor en el área de Química de Materiales en la UAM – Azcapotzalco –, la realización de los análisis por EDS, y a la Dra. Marisela Mauver, profesora – investigadora de la misma área, la autorización y disponibilidad extrema para la realización de dichos análisis. Finalmente, al Dr. A. García Borquez del Depto. de Ciencia de Materiales de la ESFM – IPN, su contribución en la obtención e interpretación de los resultados de la difracción de los rayos X.

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