Infiltración y caracterización de compósitos TiB2/Al-Cu

Abstract

Al and Al-Cu metal matrix composites reinforced with 50% volume of TiB2 particles (titanium diboride) were synthesized and characterized by the capillary infiltration technique. The composition of the matrix alloy varied from pure Al, Al-2Cu, Al-4Cu and Al-8Cu by weight. A characteristic of TiB2 is its acceptable wettability with liquid aluminum and its alloys, a desirable feature in pressureless infiltration for the manufacture of composites. Its physical and thermophysical properties are of interest in the preparation of new materials with functional applications. TiB2/Al, TiB2/Al-2Cu, TiB2/Al-4Cu and TiB2/Al-8Cu composites with residual porosity less than 3% were obtained. The high degree of densification of the composites strengthens its mechanical and functional capabilities. By means of compressibility tests, the optimum compaction pressure of green bars was determined and pre-sintered prior to infiltration. A thermodynamic study of the TiB2/Al-Cu system at the working temperature and atmosphere conditions indicates the formation of the intermetallic Al2Cu. The presence of this phase was verified by microscopic examination, chemical microanalysis and x-ray diffraction. Al-Cu matrix composites consist of a TiB2 reinforcement homogeneously dispersed in the Al matrix containing less than Cu in solution and Al2Cu precipitates. The amount of this phase increases with the Cu content in the matrix alloy. It was found that the hardness of the composites increases with the Cu content. However, the elastic modulus and thermal expansion show no significant effect with the matrix composition. The elastic modulus of the composites increased by three times with respect to the pure Al and the thermal expansion decreased by half with respect to the same.

Se sintetizaron y caracterizaron compósitos de matriz metálica de Al y Al-Cu reforzados con 50% volumen de partículas de TiB2 (diboruro de titanio), mediante la técnica de infiltración capilar. La composición de la aleación matriz varió de Al puro, a Al-2Cu, Al-4Cu y Al-8Cu en peso. Una característica del TiB2 es su aceptable mojabilidad con aluminio líquido y sus aleaciones, característica deseable en la infiltración sin presión para la fabricación de los compósitos. Sus propiedades físicas y termofísicas son de interés en la preparación de nuevos materiales con aplicaciones funcionales. Se lograron compósitos del tipo TiB2/Al, TiB2/Al-2Cu, TiB2/Al-4Cu y TiB2/Al-8Cu con porosidad residual menor al 3%. El alto grado de densificación de los compósitos fortalece sus capacidades mecánicas y funcionales. Mediante ensayos de compresibilidad se determinó la presión óptima de compactación de barras en verde que fueron presinterizadas previo a la infiltración. Un estudio termodinámico del sistema TiB2-Al-Cu a las condiciones de temperatura y atmósfera de trabajo, indican la formación del intermetálico Al2Cu. La presencia de esta fase se comprobó por examinación microscópica, microanálisis químicos y difracción de rayos-x. Los compósitos de matriz Al-Cu consisten de un refuerzo TiB2 homogéneamente disperso en la matriz de Al con un contenido menos de Cu en solución, y precipitados Al2Cu. La cantidad de esta fase incrementa con el contenido de Cu en la aleación matriz. Se encontró que la dureza de los compósitos incrementa con el contenido de Cu. Sin embargo, el módulo elástico y expansión térmica no muestran efecto significativo con la composición de la matriz. El módulo elástico de los compósitos incrementó en tres veces respecto del Al puro y la expansión térmica disminuye por mitad respecto del mismo.