Resistencia al creep de aleaciones Cu-Ta obtenidas por molienda reactiva

Abstract

En la presente Tesis se estudia la formación in situ de dispersoides en una aleación de Cu-Ta producida por molienda reactiva y extrusión en caliente. Además, se estudia el efecto que producen los dispersoides sobre la resistencia al ablandamiento y la resistencia al creep. En aplicaciones tales como interruptores de alto rendimiento, intercambiadores de calor, motores eléctricos, cables, y electrodos para soldadura se requiere un material que exhiba alta conductividad térmica y eléctrica, junto a una adecuada resistencia mecánica a las temperaturas de operación. El cobre satisface las primeras solicitaciones; sin embargo, presenta una importante disminución de su resistencia mecánica cuando aumenta la temperatura de trabajo. Un mecanismo que ha probado ser efectivo para mejorar el comportamiento mecánico del cobre a altas temperaturas es la incorporación de nanopartículas cerámicas o metálicas en la matriz. Estos dispersoides dificultan el creep, ya que se requiere un esfuerzo adicional para separar las dislocaciones de la interfase dislocación-matriz, cuando esta interfase es incoherente o semicoherente. Adicionalmente, anclan los límites de grano, dificultando el deslizamiento de los bordes de grano. Para generar los nanodispersoides, se empleó molienda reactiva y extrusión en caliente para dispersar de manera homogénea partículas de tantalio en la matriz de cobre y generar dispersoides de carburo de tantalio, usando hexano como fuente de carbono y líquido de molienda. Estos dispersoides, acompañados de un refinamiento microestructural en la matriz metálica compuesta y de un aumento de la densidad de dislocaciones, produjeron un aumento de la resistencia mecánica al ablandamiento y a la deformación a altas temperaturas (773 K, 973 K y 1123 K). El material se caracterizó por medio de espectroscopia de emisión óptica, fluorescencia de rayos X, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y microdureza Vickers. El efecto del tiempo de molienda se analizó pasadas 10, 20 y 30 h en un material compuesto con una composición nominal de Cu-5 %vol. TaC. Al aumentar el tiempo de molienda, se observó un aumento sistemático de la densidad de dislocaciones y de carbono, así como una disminución del tamaño de cristalita. El material molido durante 30 h fue extruido en caliente y mostró una densidad de 9.037 kg m-3 (98.2% densificación) y una resistencia de ablandamiento de 204 HV; sin embargo, después de un recocido a 1023 K durante 1 h la microdureza mostró una abrupta caída. El análisis de microscopía electrónica de transmisión mostró la presencia de nanodispersoides carburo de tantalio (Ta4C3), los cuales cumplen con la función de endurecer la matriz por dispersión y ayudan a mejorar el desempeño cuando se somete la matriz metálica compuesta a ensayos de esfuerzo constante y alta temperatura (773 K, 973 K y 1123 K).