Producción y caracterización de un material compuesto reforzado con partículas de AlN en una matriz de aleación de magnesio AZ91E

Abstract

This work focuses on processing and characterization of metal matrix composites of magnesium alloy AZ91E reinforced with high amount (~49 vol. %) of aluminum nitride (AlN) by varying the particle size of the reinforcing material in three different distributions of AlN. Fabrication was made by the infiltration technique without external pressure, using AlN preforms. Preforms with porosities around 51 vol. % were infiltrated with molted AZ91E magnesium alloy 850°C during 12 minutes in argon atmosphere. The produced AZ91E/AlN composites were characterized through scanning (SEM) and electron microscopy, as well as X ray diffraction (XRD). Reinforcement distribution, porosity, and reaction products were evaluated. Results of the mechanical characterization of the composites indicated average values of the elastic modulus of 123 GPa. The coefficient of linear thermal expansion ranges in all three cases are from ≈9.53x10-6 °C-1 to 8.96x10-6°C-1 in the temperature range between 25 °C and 300 °C. Hardness range 343 to 407 HV, it was 343 HV for composite A, 407 for composite by de 385 HV for composite C.

En el presente trabajo se fabricó y caracterizó un material compuesto reforzado con partículas de nitruro de aluminio (AlN) en una matriz de aleación de magnesio AZ91E, haciendo variar el tamaño de partícula del material de refuerzo AlN en tres distribuciones distintas. El material compuesto se fabricó por el método de infiltración espontanea a una temperatura de 850 °C y un tiempo de infiltración de 12 minutos, similares para tres pastillas. Técnicas de microscopia electrónica de barrido, así como difracción de rayos X, fueron empleadas para caracterizar los compuestos AZ91E/AlN producidos, evaluando la distribución del refuerzo, porosidad y productos de reacción. Los resultados obtenidos por microscopía electrónica de barrido mostraron una distribución homogénea del refuerzo libre de productos de reacción entre la matriz y el refuerzo, para los tres casos analizados. Resultados de la caracterización mecánica de los compuestos indicaron valores promedio del módulo de elasticidad alrededor de 123 GPa. El coeficiente de expansión térmica lineal oscila en los tres casos alrededor de ~8.96x10-6°C-1 y 9.53x10-6 °C-1 entre 25 y 300°C. La conductividad térmica se reduce en el rango de 47 a 33 W/mK para el compuesto fabricado con partículas gruesas (compuesto A), de 53 a 36 W/mK para la partícula de tamaño medio (compuesto B) y de 81 a 45 W/mK con tamaño de partícula fina (compuesto C) al incrementar la temperatura de 25°C a 300°C. La dureza osciló entre el rango de 343 a 407 HV, siendo de 343 HV para la más gruesa A, 407 para la de tamaño medio B y de 385 HV para el compuesto con partículas más finas C.