Caracterización de densidad de dislocaciones mediante espectroscopía de resonancia ultrasónica no lineal

Abstract

El principal objetivo de esta tesis es sentar las bases protocolares para la utilización del método Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica No Lineal (NRUS, por sus siglas en in- glés) en la caracterización de la densidad de dislocaciones de tres grupos de muestras de diferentes materiales (aluminio de pureza comercial, aluminio puro y cobre puro), cuyos ele- mentos fueron sometidos a diversos tratamientos termomecánicos en función de la distinción de sus respectivas densidades. Esta técnica entrega información acerca de un parámetro de no linealidad que se espera relacionado con la densidad de dislocaciones del medio en que se aplica. Para la validación de los resultados obtenidos, éstos se comparan con la información adquirida mediante la técnica de tiempo de vuelo o pulsos (TOF), que sirve para estimar la velocidad de propagación de ondas en medios elásticos, velocidad que se ha demostrado teórica y experimentalmente relacionada con la densidad de dislocaciones del medio por el que la onda viaja. Dicha técnica es implementada en esta investigación, y los resultados tanto de TOF como de NRUS son comparados con lo estudiado en investigaciones previas, las que utilizaron Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica (RUS), Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Difracción de Rayos-X (XRD), como métodos para la caracteriza- ción de las muestras a estudiar. En el capítulo 1 se exponen los antecedentes, objetivos y principales características de los métodos utilizados en esta investigación. En el capítulo 2 se dan a conocer los fundamentos teóricos que dan base a este trabajo, como son una introducción al comportamiento de osciladores no lineales, a la teoría de elasticidad lineal y a un modelo fenomenológico de la relación tensión - deformación para el caso no lineal. Finalmente se incluye una breve introducción a la teoría de acústica no lineal. En el capítulo 3 se detallan los métodos experimentales y de análisis de datos tanto para pulsos como para NRUS, lo que constituye gran parte de este trabajo. Los resultados se dividen en dos capítulos, el capítulo 4 que expone lo obtenido mediante TOF, y el capítulo 5 donde se observa lo obtenido utilizando la metodología NRUS. En el caso de TOF se observó una tendencia a la disminución de la velocidad de propagación de onda en medios con mayor densidad de dislocaciones, recuperándose lo obtenido mediante RUS. Las medidas evidenciaron además la relación existente entre la frecuencia de excitación y la velocidad de propagación de onda. Mientras TOF excita con señales a una frecuencia 2.5 MHz, RUS lo hace en el rango de 10 a 100 kHz. Lo anterior se traduce en una disminución de hasta un 8% en la velocidad para las medidas TOF comparadas con RUS, lo que es consistente con la teoría planteada por Maurel, Lund, Pagneux y Barra. Por último, los resultados arrojados por este método fueron usados para estimar la diferencia de densidades de dislocaciones entre los elementos de los distintos grupos, obteniéndose aproximaciones acorde con lo medido utilizando XRD. Para NRUS, se termina de desarrollar el método experimental expuesto en el capítulo 3. Las medidas del coeficiente de no linealidad muestran tener relación con la densidad de dislocaciones XRD, obteniéndose que los menores valores del coeficiente tienen correspondencia con las mayores densidades de dislocaciones. Se observan diferencias que van de un 20 % a 180 % en el coeficiente de muestras de un mismo grupo que han recibido diferentes tratamientos, mientras que la utilización de RUS reveló en trabajos anteriores cambios en la velocidad de propagación de ondas transversales cercanos al 1 %. Por último en el Capítulo 6 se presentan las conclusiones, enfatizando los resultados más im- portantes y proponiendo ideas para la prolongación y complementación de esta investigación.