Obtención y caracterización de una aleación de Aluminio reforzada con nanopartículas mediante la técnica de Procesamiento por Fricción Agitación (PFA)

Abstract

La técnica de Procesamiento por Fricción Agitación (PFA) o FSP por sus siglas en inglés, puede alterar la microestructura de una aleación metálica generando un refinamiento de grano en el material, cerrando porosidades de procesos previos, y generando texturas cristalográficas que pueden modificar la respuesta tribológica, mecánica o física del material base. Esta técnica también se está considerando apropiada para la introducción de agentes reforzantes que alteran las propiedades físicas y mecánicas del material. En este trabajo se propone el uso de PFA para la introducción de Nanotubos de Carbono de Multicapas (NTCMC) como modificador de propiedades para un aluminio AA1100. Se plantea una metodología diferente a la encontrada en las referencias para la introducción de los nanotubos de carbono y se caracterizan algunas propiedades mecánicas y físicas del material modificado. Los resultados de caracterización microestructural indican que los nanotubos de carbono se introdujeron adecuadamente en el interior del material usando la metodología propuesta en este trabajo y se observó que su distribución se vio influenciada directamente por la geometría de la herramienta y el número de pases utilizados. Las propiedades mecánicas y tribológicas estudiadas con las pruebas de esclerometría, tracción y dureza demuestran que el material compuesto tiene alteraciones gracias a la ejecución de la técnica, siendo la más significativa, la reducción del 47% en el coeficiente de fricción en un par aluminio AA1100- acero inoxidable AISI304. Por otro lado, Las propiedades magnéticas, estudiadas en una prueba de magnetización de muestra vibrante, muestran como el material base es un material isotrópico, pero las alteraciones que genera la técnica de PFA modifica la respuesta, convirtiéndolo en un material anisotrópico. Adicionalmente, la introducción de los NTCMC, contribuye a que estas alteraciones sean más notorias.

Abstract: The technique of friction stir processing (FSP), can alter the microstructure of a metal alloy generating a grain refinement in the material and porosity closing porosities of previous processes, generating crystallographic textures that can modify the tribological, mechanical or physical response of the base material. This technique is also being considered appropriate for the introduction of reinforcing agents which alter the physical and mechanical properties of the material. In this work the introduction of multi-layer carbon nanotubes (MWCNT) as a modifier of properties for an AA1100 aluminum using PFA is proposed. A methodology for the introduction of carbon nanotubes is raised and some mechanical and physical properties of the modified materials are characterized. Microstructural characterization results indicate that the material is altered by the volumetric of the tool, high temperature, plastic deformation and because the Carbon nanotubes modify the properties of the Al alloy. Meanwhile, mechanical and tribological properties studied with stress-strain testing, hardness testing and scratch test shows that the composite material has disturbances through the implementation of the technique, changing its deformation, tensile strength and coefficient of friction. The magnetic properties, studied by VSM equipment shown as the base material is an isotropic material, but that alterations generating by FSP technique modifies the response in Aluminum alloy becoming anisotropic and the introduction of NTCMC, contributes to the alterations are more noticeable.