Producción y caracterización de ensambles híbridos alúmina/acero AISI 410S por el método brazing

Abstract

In this work alumina was brazed to AISI 410S stainless steel using a 70Cu-30Zn wt.% alloy as joining element and a niobium plate as interlayer. The joining process was carried out at constant temperature of 950, 980 and 1010°C, varying the joining time between 5 and 35 minutes, under controlled atmosphere of argon gas. A sandwich type assembly Al₂O₃/Cu-Zn/Nb/Cu-Zn/AISI 410S was used, with and without a silver plating. After the joining process, the samples were cut transversely. The joining interlayer was observed by scanning electronic microscope techniques such as EDS and line scan. The aim was to use the niobium plate, a stable element, as a joining interlayer which was going to be a determinant factor in the interface growth control. The results showed that it was possible joining alumina to AISI 410S stainless steel in the described process, with successful joints at 950, 980 and 1010°C, and different joining times observing the formation of homogeneous diffusion zones. According to the process variables, it was observed that the higher the temperature, the lesser the joining time because the diffusion mechanisms were temperature dependent. The joint was carried out by the inter-diffusion of the elements at the interface.

En el presente trabajo de investigación se realizó la unión disímil alúmina/acero AISI 410S por el método de soldadura fuerte, brazing, utilizando una aleación 70Cu-30Zn % peso como elemento de unión y una lámina de niobio como intercapa de unión; el proceso de unión se llevó a cabo en una atmósfera controlada de gas argón. Las variables de proceso fueron la temperatura y el tiempo de unión. Se utilizaron configuraciones tipo sándwich integradas por alúmina/Cu-Zn/Nb/Cu-Zn/Acero AISI 410S en dos sistemas: con y sin metalizado de plata de las superficies a unir. Se realizaron las uniones metal/cerámico controlando las variables de proceso, para posteriormente ser cortadas de forma transversal. Se utilizó microscopía electrónica de barrido a fin de observar el comportamiento en la formación de la interfase, empleando las técnicas de análisis lineales y mapeos atómicos de los componentes. El uso de la intercapa de niobio representó un factor determinante en el control del crecimiento de la interfase. Se obtuvieron uniones exitosas a las temperaturas de 950, 980 y 1010°C, y diferentes tiempos de unión, en las que se pudo observar la formación de interfases homogéneas tanto entre el metal y el niobio, así como entre el niobio y el cerámico. Es importante notar el comportamiento de las uniones de acuerdo a las variables de proceso: a mayor temperatura de unión, se reduce la cantidad de tiempo de unión requerido, esto debido a que los mecanismos de difusión presentan incrementos en función de la temperatura. Se observó además, la presencia de diferentes fases en la zona de unión formadas a partir de la interacción de los elementos.