Caracterización de piezas porosas de Ni para aplicaciones aeroespaciales

Abstract

Este trabajo nace con la finalidad de caracterizar mechas porosas fabricadas a partir de polvo de níquel que forman parte de los Loop Heat Pipes (LHP). Los LHP son unos dispositivos empleados para refrigerar sistemas y están basados en la capilaridad generada en las mechas que posibilita la circulación del fluido refrigerante, sin necesidad de bomba hidráulica. En primer lugar se expone una breve introducción para explicar cómo son estas mechas porosas y su aplicación en la industria aeroespacial. Las distintas mechas estudiadas se fabricaron con la técnica del freeze-casting variando el tamaño de partícula (tres tamaños: S, M y L), tres temperaturas de enfriamiento (10oC, 25oC y 40oC) y tres temperaturas de sinterización (600oC, 700oC y 800oC). A continuación, se explican cada uno de los ensayos que se han realizado para dicha caracterización: ensayo de capilaridad y ensayo de Arquímedes; así como la preparación metalográfica (empastillado, corte, desbaste y pulido) de las mechas para poderlas llevar luego al microscopio. Tras hallar las imágenes por microscopía se han procesado las imágenes con el programa ImageJ. Finalmente, se ha caracterizado su comportamiento mecánico con el ensayo de compresión. Los resultados obtenidos de la experimentación han permitido hallar la relación entre la cantidad de agua que es capaz de absorber cada pieza (capilaridad), la porosidad, la densidad aparente y el tamaño de poro con las variables comentadas de tamaño de partícula y temperaturas de enfriamiento y sinterización. Posteriormente, se ha estudiado si realmente la microestructura tiene relación con los resultados experimentales obtenidos (ensayo de Arquímedes y capilaridad) comparando los valores teóricos de capilaridad con los obtenidos experimentalmente. Finalmente, se ha realizado un ensayo a compresión en las mechas obtenidas al enfriar a 25oC y sinterizar a 800oC para determinar la relación entre las características de la estructura porosa que producen distintos tamaños de partícula y la resistencia a compresión de la muestra. Tras analizar todos los resultados, la mecha que mejor compromiso alcanza entre todas las características es la S/25/600.

The purpose of this project is to characterize nickel porous wicks that are part of the Loop Heat Pipes (LHP). LHPs are devices used to cool systems based on the capillarity generated by the wicks that allows the circulation of the coolant, without the need for a hydraulic pump. First, a brief introduction is presented to explain how these porous wicks operate and their application in the aerospace industry. The different wicks studied were manufactured using the freeze-casting technique, changing the particle size (three sizes: S, M and L), three cooling temperatures (10oC, 25oC and 40oC) and three sintering temperatures (600oC, 700oC and 800oC). Then, each of the tests that have been carried out are explained: capillarity test and Archimedes test and the metallographic preparation (filling, cutting, grinding and polishing) of the wicks so that they can later be viewed with the microscope. After obtaining the images with the microscope, they have been processed with the ImageJ program. Finally, the mechanical behavior of the wicks has been characterized with the compression test. The results obtained from the experimentation have allowed to find the relation between the capillarity, the porosity, the apparent density and the pore size of the wicks with the variables of particle size (S, M, L), cooling temperatures and sintering temperatures. Afterwards, it has been studied whether the microstructure is really related to he experimental results obtained (Archimedean test and capillarity). Then, the theoretical capillarity values have been compared with those of the test. Finally, the results of the compression test of the wicks with a cooling temperature of 25oC and a sintering temperature of 800oC have been obtained. The purpose of these essays is to find the relation between the particle size and the compressive strength of the sample. After analyzing all the results, the wick that exhibits the best results to its application is S/25/600.