Estudio Sobre la Densidad de Dislocaciones y Constantes Elásticas en Aluminio Policristalino Mediante Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica

Abstract

El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un protocolo experimental que permita medir de manera muy precisa las constantes elásticas en muestras de un mismo material pero que difieren significativamente en densidad de dislocaciones. En particular se plantea como objetivo la medida de velocidades del sonido con un error menor al 0,1 % en muestras de aluminio policristalino comercial 1100 que fueron preparadas con distintas densidades de dislocaciones con una diferencia de hasta dos órdenes de magnitud. Con este propósito en mente, se utiliza el método experimental llamado Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica, el cual es reportado como una técnica muy precisa bajo ciertas condiciones. Los detalles de los objetivos y las bases de la técnica experimental son expuestos en el capítulo 1. La técnica de Espectrosopía de Resonancia Ultrasónica consiste en encontrar las constantes elásticas de un sólido mediante las vibraciones mecánicas de éste al registrar las frecuencias a las cuales resuena. Para entender como se comporta el material bajo éstas circunstancias, se repasa en el capítulo 2 los fundamentos de la elasticidad lineal y las bases matemáticas de los métodos computacionales utilizados. En el capítulo 3 se explica la metodología experimental. Se detallan los cuidados que deben considerarse para elegir y preparar las muestras, así cómo posicionarlas en el montaje experimental. En general se estipulan los cuidados que se deben tener para lograr una toma de datos exitosa, así como los pasos a seguir para su posterior análisis. En el capítulo 4 se presentan los resultados. Una primera aproximación consiste en asumir que las muestras de aluminio poseen simetría isótropa, lo cual entrega resultados acordes con lo reportado anteriormente para la constante C44 y no así para C11, el cual es aproximadamente 25 % menor. Hay dos posibilidades para explicar esta discrepancia, ya sea el número de frecuencias medidas no es suficiente o el material es ligeramente anisótropo. En ambos casos se concluye que más frecuencias deben ser medidas. Tras un cuidadoso análisis se concluye que las muestras son ligeramente anisótropas, en particular presentan isotropía transversa. Esto se debe a la fabricación de las muestras de aluminio, realizadas por extrusión, lo que induce una forma de grano policristalino alargada en la dirección del eje mayor de las muestras paralelepípedas. Con éstas consideraciones se determinan las velocidades longitudinal y transversal en función del número de las muestras, lo cual se piensa es en el orden creciente de la densidad de dislocaciones. Se presentan resultados que demuestran una clara tendencia a disminuir para la velocidad transversal tal como se predice en la teoría de A. Maurel, V. Pagneux, F. Lund y F. Barra. Las medidas de velocidad longitudinal tienen errores mayores lo que no permite concluir respecto a su comportamiento. En el capítulo final se presentan las conclusiones de esta tesis enfatizando los puntos más importantes y relevantes de los resultados del capítulo anterior. Se comentan algunas ideas para realizar como trabajo futuro de esta tesis.