Fabricación y evaluación de propiedades termofísicas de compuestos de matriz de Mg - AZ91E reforzados con partículas de SiC

Abstract

This work presents the synthesis and thermo-physical properties of metal matrix composites (MMCs) made of magnesium alloy AZ91E reinforced with silicon carbide powder (SiC) of three different average sizes (21 y 7.5 μm). SiC powder was compacted at 77 MPa to achieve green compacts with porosities around 50%. The green compacts were oxidized and sintered in air for a period of 2 hours at 1200°C. Molten AZ91E magnesium alloy was pressureless infiltrated at 750° C into SiC preforms in argon and nitrogen atmospheres. The composites obtained were microstructurally characterized through scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Reinforcement distribution, microstructure, reaction products and physical properties like Rockwell hardness (HRC), density by Archimedes method and elastic modulus were evaluated. Furthermore, coefficient of thermal expansion and thermal conductivity were carried out at temperatures between 27–350°C (300–623 °K). SEM observations showed a homogeneous distribution of reinforcement in the matrix. SiC, Mg, MgO and Mg2Si phases were detected through XRD. Results of physical characterization indicates average values of elastic modulus of 108 GPa and hardness of 28 HRC (286 HV). The thermal conductivity (TC) was into the range of 24 and 92 Wm-1K-1, the previous values varied with temperature and reinforced particle size.

Este trabajo presenta la fabricación y propiedades termofísicas de compuestos de matriz metálica hechos de una aleación de magnesio AZ91E reforzada con polvos de carburo de silicio (SiC) de dos tamaños promedio de partícula (21 y 7.5 μm). El polvo de carburo de silicio fue compactado a una presión de 77 MPa para obtener compactados en verde con porosidad de alrededor de 50%. Los compactados en verde fueron oxidados y sinterizados en aire por un lapso de 2 horas a 1200°C. La aleación de magnesio fundida fue infiltrada sin presión externa a 750°C dentro de las preformas de carburo de silicio en atmosferas de argón y nitrógeno. Los compuestos obtenidos fueron caracterizados microestructuralmente mediante microscopia electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos X (DRX). La distribución de refuerzo, microestructura, productos de reacción y propiedades físicas como dureza Rockwell C (HRC), densidad y módulo de elasticidad fueron evaluados. Además, se llevaros a cabo pruebas de coeficiente de expansión térmica y conductividad térmica a temperaturas de entre 27 y 300°C (300-623 K). Las observaciones en MEB muestran una distribución homogénea del refuerzo dentro de la matriz. Se detectaron fases de SiC, Mg, MgO y Mg2Si a través de DRX. Los resultados de la caracterización física indican valores promedios de módulo de elasticidad de 108 GPa y dureza de 28 HRC (286 HV). La conductividad térmica tiene un rango de 24 a 92 Wm-1K-1, variando con la temperatura y tamaño de partícula.