Characterization of aluminum silicon/short carbon fiber composites fabricated by novel thixomixing method

Resumo

Los compuestos de matriz metálica (MMC) son ampliamente utilizados en diferentes aplicaciones y ofrecen una alta relación resistencia-peso. En esta tesis se ha desarrollado un nuevo método de conformación en estado semisólido de materiales compuestos en base aluminio con fibras cortas de carbono (Cs f ). Las aleaciones de aluminio en estado semisólido presentan características tixotrópicas cuando son agitadas. La tensión de cizalla provocada por la alta viscosidad repercute en la distribución uniforme y eficaz de las fibras en el constituyente eutéctico, sin daños físicos o químicos graves. Para este proceso, denominado thixomixing, se ha diseñado un prototipo mezclador, con el cual se han estudiado las aleaciones A356, A357 y la aleación hipereutéctica 4047. La óptima distribución del Cs f se ha obtenido en las siguientes condiciones: en torno al 48% de fracción sólida y 100 rpm de velocidad de mezclado. La deposición de silicio o de compuestos intermetálicos en la superficie de la fibra mejora su mojabilidad en el aluminio y proporciona relativamente buena adherencia. Los materiales compuestos base alumino extruidos y sometidos a tratamiento térmico T6 tuvieron una mejoría en torno al 24% de su resistencia mecánica. El análisis fractográfico indica una fractura de carácter d¿uctil, dando como resultado la presencia en la superficie fracturada de hoyuelos y el desprendimiento de algunas fibras. La evaluación mediante ensayos de ultramicrodureza mostró una relativamente buena adherencia fibra-matriz después del tratamiento térmico. Para evaluar las características tribológicas se utilizó como matriz la aleación de aluminio hipereutéctica (4047) reforzada con fibras de carbono. Este material compuesto mostró un bajo coeficiente de fricción debido al carácter lubricante del Cs f . Se ha realizado un diseño de experimentos utilizando el método Taguchi para analizar el efecto de la velocidad de deslizamiento, la carga aplicada y la fracción de volumen de los Cs f en las propiedades tribológicas del material compuesto Al/Cs f . El porcentaje de contribución de cada parámetro se determinó mediante análisis de varianza. Los resultados han indicado que el material compuesto presenta mejores propiedades tribológicas que la matriz debido al carácter lubricante del Cs f . La ausencia de fibras en el canal de desgaste demuestra la buena adherencia entre fibras y matriz. En la superficie del canal de desgaste se observó la presencia de una capa coherente y adherente rica en grafito. Los ensayos electroquímicos se realizaron en las tres aleaciones y en los tres materiales compuestos Al/Cs f , con y sin tratamiento térmico T6. El Cs f , las partículas de Si y los compuestos intermetálicos de hierro actúan como cátodo en una matriz de aluminio anódica, formando pares galvánicos. La densidad de corriente de corrosión es menor en las aleaciones sin reforzar en comparación con los materiales compuestos.