Nanocristales de cobre

INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 30 No. 1, ABRIL DE 2010 (141-145)

Cobre nanocristalino y ultrafino obtenido por molienda mecánica
Nanocrystalline and ultrafine grain copper obtained by mechanical attrition
Rodolfo Rodríguez Baracaldo1, Jose Antonio Benito2 y José María Cabrera3 RESUMEN

Este artículo presenta un método de obtención y caracterización de muestras masivas de cobre con tamañode grano ultrafino (inferior a 1 μm) y nanocristalino (inferior a 100 nm). La fabricación del cobre se realiza inicialmente por el método de molienda/aleado mecánico, obteniendo un polvo de estructura nanocristalina que posteriormente es consolidado por medio de un proceso de compactación en tibio a alta presión. El cobre masivo es sometido a caracterización microestructural analizando laevolución del tamaño de grano durante todas las etapas del proceso de fabricación, determinando las condiciones necesarias para desarrollar muestras en una amplia gama de tamaños de grano. La caracterización mecánica indica un incremento en la microdureza hasta valores de 3,40 GPa para el polvo NC sin consolidar. La resistencia a compresión se ve incrementada al reducir el tamaño de grano, obteniendo unlímite elástico de 650 MPa para consolidados con tamaños de grano de ~62 nm. Palabras clave: cobre, severa deformación plástica, grano nanocristalino y ultrafino, molienda mecánica.
ABSTRACT

This article presents a method for the sample preparation and characterisation of bulk copper having grain size lower than 1 μm (ultra-fine grain) and lower than 100 nm grain size (nanocrystalline). Copper isinitially manufactured by a milling/alloying mechanical method thereby obtaining a powder having a nanocrystalline structure which is then consolidated through a process of warm compaction at high pressure. Microstructural characterisation of bulk copper samples showed the evolution of grain size during all stages involved in obtaining it. The results led to determining the necessary conditionsfor achieving a wide range of grain sizes. Mechanical characterisation indicated an increase in microhardness to values of around 3.40 GPa for unconsolidated nanocrystalline powder. Compressivee strength was increased by reducing the grain size, thereby obtaining an elastic limit of 650 MPa for consolidated copper having a ~ 62 nm grain size. Keywords: copper, severe plastic deformation,nanocrystalline, ultra-fine grain, mechanical milling.
Recibido: abril 16 de 2009 Aceptado: abril 14 de 2010

Introducción
Un material se considera como nanocristalino (NC) si su tamaño de grano está por debajo de los 100 nm. Si el tamaño de grano se halla por encima de 100 nm pero aún en el rango nanométrico, se le considera como material con grano Ultrafino (UFG, del acrónimo en inglesultra-fine-grain). Estos materiales tienen atractivo interés científico debido a sus inusuales propiedades, que son normalmente atribuidas al refinamiento de grano y a la gran cantidad de límites de éste (Gleiter, 1989). El estudio de las propiedades mecánicas de estos materiales, junto con el desarrollo de potenciales aplicaciones, requiere de la preparación de una suficiente cantidad de material. Aunqueexisten diferentes técnicas físicas, químicas y mecánicas para su obténción, hasta ahora los mejores resultados se han logrado por el método mecánico de la severa deformación plástica (SPD, del acrónimo en ingles Severe Plastic Deformation), el cual consiste básicamente en imponer una enorme deformación in situ sobre el mate-

rial metálico (Rodríguez, 2007). Dentro de este método se incluyen procesoscomo la molienda mecánica –MM- (Koch, 1997; Champion, 2001), presión por canal angular constante –ECAP– (Valiev, 1994), torsión a alta presión –HPT- (Jiang, 2000; Zhilyaev, 2003), severa laminación en frío (Saito, 1999) y otros procesos en estado de desarrollo (Valiev, 2006). La molienda mecánica ha sido ampliamente usada en investigaciones de laboratorio para sintetizar materiales NC y UFG....