Producción y caracterización de uniones disímiles alúmina/AISI410S por difusión en fase líquida usando un elemento de unión 45Cu-55Ti

Abstract

The steel / alumina joint by using a joint element, whose melting point is lower than that of the main components, presents different difficulties such as, differences in thermal expansion coefficients, wetting problems of the filler metal on the ceramic, excessive atomic interdiffusion of the elements and formation of fragile phases. The present project focused on the realization of dissimilar Al2O3 / AISI 410S joints using a filler metal 45Cu55Ti (at.%). The alumina compacts were made from powders of α-Al2O3, obtaining compacts with an average of 96% densification. The joints were made in a horizontal tube furnace at different temperatures (970 to 1010 ° C) and at different times (5 to 35 minutes) in order to evaluate the microstructural evolution at the interface. The interface was characterized by the scanning electron microscopy technique by punctual, linear and mapping analysis; for which it was necessary to follow a careful preparation,by roughing and polishing, of the surface to be analyzed. The high diffusion of Fe to the filler metal was observed, finding phases in the reaction zone adjacent to the alumina where this element is present from temperatures and low times. It was observed that the presence of Ti and Fe at the interface increases as it approaches the steel, meanwhile the Cu content decreases. Cu content decreases dramatically in the reaction zone adjacent to steel. In addition, the effect of temperature on the increase in the thickness of the interface was observed by linear analysis, as well as on the diffusion of Fe to the joint element. The formation of fragile phases significantly affected the strength of the joint, since the maximun strength reached was 9.72 MPa and corresponds to a joint made at 980 °C and 25 minutes of holding time.

La unión acero/alúmina mediante la utilización de un elemento de unión, cuyo punto de fusión es más bajo que el de los componentes principales, presenta diferentes dificultades como son, las diferencias en los coeficientes de expansión térmica, problemas de mojado del material de aporte sobre el cerámico, excesiva interdifusión atómica de los elementos y formación de fases frágiles. El presente proyecto se enfocó en la realización de uniones disímiles Al2O3 /AISI 410S utilizando un elemento de unión 45Cu55Ti (% at.). Los compactos de alúmina se realizaron a partir de polvos de α −Al2O3, obteniendo compactos con un promedio del 96 % de densificación. Las uniones fueron realizadas en un horno de tubo horizontal a diferentes temperaturas (970 a 1010 °C) y a diferentes tiempos (5 a 35 minutos) con el fin de evaluar la evolución microestructural en la interfase. La interfase se caracterizó por la técnica de microscopía electrónica de barrido mediante análisis puntual, lineal y mapeo; para lo cual se debió seguir una preparación cuidadosa, mediante desbastado y pulido de la superficie a analizar. Se observó la alta difusión del Fe hacia el elemento de unión, encontrando fases en la zona de reacción adyacente a la alúmina, donde este elemento se encuentra presente desde temperaturas y tiempos bajos. Se observó que la presencia del Ti y el Fe en la interfase incrementa a medida que se acerca al acero, mientras que el contenido del Cu decrece. El contenido del Cu decrece drásticamente en la zona de reacción adyacente al acero. Además, mediante análisis lineal se observó el efecto de la temperatura sobre el incremento del espesor de la interfase, así como en la difusión del Fe hacia el elemento de unión. La formación de fases frágiles afectó considerablemente la resistencia de la unión, ya que la máxima resistencia alcanzada fue de 9.72 MPa y corresponde a una unión realizada a 980 °C y 25 minutos de tiempo de permanencia.