Factibilidad de Recubrir Aceros con un Material Compuesto Rico en TIB2 Mediante Síntesis por Combustión

Abstract

Los materiales compuestos cerámicos están siendo utilizados en nuevas aplicaciones estructurales y en piezas de maquinarias de alto desempeño, donde se busca estabilidad térmica y química, resistencia a la abrasión y a la corrosión, tanto en situaciones a altas temperaturas como a temperatura ambiente. La síntesis por combustión (CS) es un método que aprovecha la energía liberada durante la reacción, de ciertos elementos iniciales, para la síntesis de cerámicos, intermetálicos o compuestos de ingeniería, pudiendo así disminuir el tiempo de producción y el consumo de energía necesario para la creación de nuevos materiales.

En este trabajo de título se utilizaron polvos de ferro-titanio y ferro-boro, dentro de una atmósfera de Argón para lograr una reacción CS, donde se buscó aprovechar la energía liberada por la reacción para producir un material compuesto y unirlo a un sustrato de acero de bajo carbono mediante el uso de un metal de aporte de aleación Cu-Ni. De esta forma, se realizó una soldadura dura exotérmica o, más comúnmente conocido, brazing exotérmico.

El material producido fue caracterizado mediante micrografía óptica, difracción de rayos X, ensayo de desgaste, pruebas de micro y macro dureza. Las micrografías ópticas mostraron una unión metalúrgica entre el material compuesto y el sustrato de acero mediante la formación de una capa intermetálica; también se observó una zona de infiltración del metal de aporte que produce una densificación localizada del material producido. Los perfiles de microdureza presentaron un rápido aumento de la microdureza Vickers dentro de un rango de 1,5-2 mm desde el sustrato de acero hacia el recubrimiento, alcanzando finalmente una meseta de dureza de 973 ± 277 HV0,2. Las pruebas de macro-dureza Rockwell entregaron valores que van desde 20,9 y 46,8 HRA en la zona del compuesto sintetizado puro, mientras que la región infiltrada posee una dureza promedio de 55,8 HRA. El ensayo de desgaste entregó tasas de pérdida de material en el rango 0,13 - 0,45 mg/m. Los análisis de difracción de rayo X mostraron la presencia de TiB2 y Fe, y así como óxidos y nitruros de titanio y Fe dentro del material producido.

Se concluyó que es factible utilizar la energía de síntesis por combustión de una mezcla de polvos de ferro-titanio y ferro-boro para producir un material compuesto rico en TiB2 y lograr un recubrir un sustrato de acero. Adicionalmente, se obtuvo que la reacción en una atmósfera de Argón tiene una capacidad exotérmica baja, alcanzando temperaturas no superiores a los 1850ºC.