Estudio de la amorfización y consolidación mediante sinterización por resistencia eléctrica de polvos metálicos

Abstract

Las investigaciones de ingenieros y científicos de materiales han estado continuamente dirigidas a mejorar las propiedades y el comportamiento de los materiales. Mejoras importantes de propiedades mecánicas, químicas, y físicas han sido alcanzadas por modificaciones químicas y por mejora de los métodos de tratamiento de los materiales. Sin embargo, las demandas cada vez más exigentes (mayor ligereza, resistencia, rigidez y economía) de los materiales tradicionales han conducido a diseñar y desarrollar nuevos materiales avanzados. Estos avances han venido de la mano de diversas técnicas, logrando el conocimiento y desarrollo de nuevas aleaciones y la modificación de la microestructura de las mismas, dando lugar al novedoso mundo de los materiales nanoestructurados, el desarrollo de nuevos tratamientos termomecánicos, e incluso la obtención de materiales con estructuras no cristalinas obtenidas artificialmente. Hacia esta última posibilidad se encamina el trabajo llevado a cabo en esta Tesis Doctoral. De entre las diversas técnicas posibles para la obtención de dicha estructura amorfa o desordenada (enfriamiento rápido, deposiciones en fase vapor, tratamientos mecánicos…) se ha trabajado en el procesado pulvimetalúrgico por aleado mecánico de las aleaciones estudiadas. La principal novedad de esta Tesis Doctoral no radica en la obtención del material amorfo, que en los casos de tratamientos mecánicos se hace en forma de polvo, sino en el procedimiento de consolidación de estos polvos, encaminado a preservar la estructura amorfa de los mismos. El estudio del procesado pulvimetalúrgico del aluminio ha sido una de las principales líneas de investigación del Grupo de Investigación en el que se enmarca la presente Tesis Doctoral. En el año 1992 se presentó la Tesis titulada “Procesado pulvimetalúrgico de aluminio de alta resistencia obtenido por aleado mecánico”, que sirvió como punto de partida a esta línea. Con posterioridad, en los años 2002 y 2003 se defendieron otras Tesis Doctorales donde la mejora de dicho procesado, y de las propiedades obtenidas en los materiales obtenidos, fue el principal objetivo. Por otra parte, la consolidación de diversos tipos de polvos, entre ellos aluminio y hierro, mediante la técnica de sinterización por resistencia eléctrica fue abordada inicialmente en la Tesis Doctoral del año 2003 titulada “Modelado de la sinterización por resistencia eléctrica bajo presión de polvos metálicos”. Este trabajo fue el precursor de futuras investigaciones en esta otra importante línea de trabajo para el Grupo de Investigación de Metalurgia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Sevilla. Finalmente, y aunque no ha sido objeto de estudio detallado, se ha tratado más recientemente por algunos miembros del Grupo de Investigación el estudio de las propiedades de algunas aleaciones en estado amorfo. No sólo en un ámbito cercano al de la presente Tesis Doctoral se han abordado los temas anteriormente mencionados. La comunidad científica ha prestado gran atención a todos ellos, aunque no en tantas ocasiones desde un punto de vista conjunto. Por otra parte, son tantas las variables de los mencionados procesos de amorfización y consolidación por técnicas eléctricas que difícilmente se habrá abordado la temática de la presente Tesis en estudios anteriores. El objetivo fundamental de la presente Tesis Doctoral es el desarrollo de un proceso de fabricación de compactos de base aluminio y de base hierro, a través de la ruta pulvimetalúrgica, partiendo de polvos previamente amorfizados mediante aleado mecánico, así como el estudio de sus propiedades mecánicas, para los compactos de base aluminio, y eléctricas y magnéticas para los de base hierro. El proceso a estudiar empleará el aleado mecánico en un molino de alta energía para la obtención del polvo amorfizado, y la técnica de sinterización por resistencia eléctrica para la obtención de los compactos. El móvil de esta investigación es la confianza en que esta rapidísima técnica de consolidación sea capaz de preservar el carácter amorfo de los polvos de partida, o al menos sea capaz de mantener una estructura nanocristalina tras la consolidación. Más allá de la consecución de los mencionados compactos, son sus propiedades las que motivan el presente estudio. El estado amorfo se caracteriza por una estructura interna completamente desordenada, sin la existencia de límites de grano ni ordenamiento cristalino de largo alcance, donde se constata una apreciable mejora de las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista magnético, el carácter amorfo introduce isotropía, siendo conocido que la dureza magnética final de los compactos depende fuertemente de la existencia de límites de grano, por pequeños que sean éstos. Al mismo tiempo, el desorden reinante que constituye la estructura amorfa proporciona un deseable alto valor de la resistencia eléctrica.