Fabricación y caracterización de compuestos de matriz metálica AZ91/SiC y sus precursores

Abstract

In the present work, metal matrix composite materials (MMC) were manufactured, using locally manufactured AZ91 magnesium base alloy, with different amounts (in volume percent) of SiC powder as reinforcement material. Composites were manufactured using the stir casting route. For which a device, designed and manufactured locally, was used, such device allowed to maintain a good agitation of the MMC in liquid state, control the manufacturing temperature and be able to quickly cool down the manufactured materials in the mold; all this within a high purity argon atmosphere, seeking to control magnesium oxidation and to reduce the formation of unwanted interfaces between the matrix and the reinforcement. Two types of MMC were manufactured. The first, with particles coated with a layer of SiO2, to reduce the formation of undesirable interfaces; and the second, with uncoated SiC particles; in both cases, controlling the manufacturing parameters, to later compare both types of manufactured composite materials. MMCs were made with 5, 10 and 15% reinforcement by volume in both cases. Wetting studies of the AZ91 base matrix were carried out on SiC and SiO2 substrates, to determine the best manufacturing temperature of the MMC, finding that above 750ºC the wetting occurs after 3 minutes. The manufactured composite materials were physically and mechanically characterized. As a physical characterization, the density was measured by the Archimedes method, finding densities between 1,805 and 2,022 g/cm3 and maximum porosities of 6.02% by volume, where the highest porosities were observed in the MMCs with higher percentages of reinforcement.

En el presente trabajo de investigación se fabricaron materiales compuestos de matriz metálica, utilizando la aleación base magnesio AZ91 la cual fue fabricada en el laboratorio, con diferentes cantidades (en % de volumen) de SiC en polvo como material de refuerzo. Los materiales compuestos fueron fabricados usando la ruta de fundición con agitación. En este proceso se utilizó un dispositivo diseñado y fabricado por el equipo de investigación, el cual permitió mantener una buena agitación del CMM en estado líquido, controlar la temperatura de fabricación y poder enfriar rápidamente los materiales fabricados en el molde; todo esto dentro de una atmósfera de argón de alta pureza, buscando controlar la oxidación del magnesio y reducir la formación de interfases no deseadas entre la matriz y el refuerzo. Se fabricaron dos tipos de CMM, los primeros con partículas recubiertas de una capa de SiO2, para reducir la formación de interfases indeseables; y los segundos con partículas de SiC sin recubrir, en ambos casos, controlando los parámetros de fabricación, con el objetivo de comparar más adelante, ambos tipos de materiales compuestos fabricados. Se fabricaron CMM con 5, 10 y 15% de refuerzo en volumen en ambos casos. Se realizaron estudios de mojado de la matriz base AZ91 sobre sustratos de SiC y SiO2, para determinar la mejor temperatura de fabricación de los CMM. Se pudo determinar que el mojado se produce después de 3 minutos por encima de los 750ºC. Los materiales compuestos fabricados, se caracterizaron física y mecánicamente. Como caracterización física, se midió la densidad por el método de Arquímedes, en los compuestos se registraron densidades entre 1.805 y 2.022 g/cm3 y porosidades máximas de 6.02% en volumen, donde las mayores porosidades se observaron en los CMM con mayores porcentajes de refuerzo.