Fabricación de espumas sintácticas y convencionales de la aleación CuSn

Abstract

This work addresses the fabrication and characterization of syntactic and conventional metallic foams made with the Cu20Sn alloy using the infiltration method. Hollow iron (Fe) spheres were used for the syntactic foams and granular K₂SO₄ particles as a spacer for the conventional foams, both with a size of approximately 3 mm. The porosities obtained were 52% and 64%, respectively. Solubilization heat treatments at 750°C, followed by quenching in water, were performed to modify the microstructure and improve mechanical properties. Characterization was carried out using microscopy, elemental analysis, X-ray diffraction, and mechanical compression tests. The results showed a transformation from the ε phase to the β phase, which contributed to an increase in mechanical strength. In the syntactic foams, heat treatment increased the compressive strength from 195 to 246 MPa and the energy absorption from 79 to 88 MJ/m³. In the conventional foams, the strength increased from 16 to 25 MPa and the energy absorption from 2.9 to 15.26 MJ/m³. Furthermore, the stress-strain curves showed more ductile behavior in the heat-treated foams. Overall, the syntactic foams exhibited superior mechanical performance compared to conventional foams due to the presence of hollow iron spheres, which act as reinforcing elements and improve the material's load-bearing capacity.

Este trabajo aborda la fabricación y caracterización de espumas metálicas sintácticas y convencionales elaboradas con la aleación Cu20Sn mediante el método de infiltración. Se emplearon esferas huecas de hierro (Fe) para las espumas sintácticas y partículas granulares de K₂SO₄ como agente espaciador para las espumas convencionales, ambas con un tamaño aproximado de 3 mm. Las porosidades obtenidas fueron del 52% y 64%, respectivamente. Se realizaron tratamientos térmicos de solubilización a 750 °C, seguidos de temple en agua, con el objetivo de modificar la microestructura y mejorar las propiedades mecánicas. La caracterización se llevó a cabo mediante microscopía, análisis elemental, difracción de rayos X y ensayos mecánicos de compresión. Los resultados mostraron una transformación de la fase ε a la fase β, lo que contribuyó a un incremento en la resistencia mecánica. En las espumas sintácticas, el tratamiento térmico elevó el esfuerzo de compresión de 195 a 246 MPa y la absorción de energía de 79 a 88 MJ/m³. En las espumas convencionales, la resistencia aumentó de 16 a 25 MPa y la absorción de energía de 2.9 a 15.26 MJ/m³. Además, las curvas esfuerzo-deformación evidenciaron un comportamiento más dúctil en las espumas tratadas térmicamente. En conjunto, las espumas sintácticas presentaron un desempeño mecánico superior respecto a las espumas convencionales, debido a la presencia de las esferas huecas de hierro, que actúan como elementos de refuerzo y mejoran la capacidad de carga del material.