Difusión en la Interfase Cu-Sn durante la Sinterización




Difusión en la Interfase Cu-Sn durante la Sinterización

Bolarín A.M, Sánchez F, Ham S.
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
Centro de Investigaciones en Materiales y Metalurgia
Carr. Pachuca-Tulancingo Km. 4.5, Pachuca, Hidalgo CP. 42184, México
Tel/Fax. 52-7-71 72000 ext. 6713 e-mail: abolarin@uaeh.reduaeh.mx

RESUMEN

En este trabajo se describen, con la ayuda detécnicas de análisis térmico y metalográfico, aspectos relativos al proceso de sinterización de aleaciones Cu-Sn: (a) los cambios estructurales producidos en la interfase Cu-Sn y (b) la dirección de la difusión entre estos dos elementos. Se emplearon pares de cobre y estaño macizos. Éstos se sinterizaron en atmósfera reductora 20H2-80N2 modificando el ciclo térmico: tiempo (20, 40, 60 y 120 min.) ytemperatura (300, 450, 500, 650, 700 y 800 C). Los pares sinterizados se evaluaron mediante microscopía óptica y electrónica. Se realizó análisis térmico diferencial con la finalidad de explicar el proceso de difusión durante la sinterización. Los resultados muestran las diferentes reacciones y fases formadas durante la sinterización. Se observa que la difusión del cobre en el estaño predomina duranteel calentamiento, siendo el estaño en fase líquida (T>228 C) el que reacciona con cobre puro para formar una nueva fase sólida. La difusión está favorecida con incrementos de tiempo y temperatura.


1. INTRODUCCIÓN

El sistema cobre-estaño tiene gran importancia en la industria pulvimetalúrgica, donde se emplea mayoritariamente para la fabricación de cojinetes autolubricados y pastas parasoldadura [1]. El proceso pulvimetalúrgico para la fabricación de cojinetes, empleando polvos elementales, consta como bien se sabe, del mezclado de polvos, su compactación para dar la forma deseada y finalmente su sinterización con la finalidad de obtener una estructura homogénea de fase bronce  (difusión total), lo cual va a depender de numerosas variables tales como: composición, temperatura,atmósfera, tiempo y características de los polvos empleados en la mezcla. A nivel industrial, es muy común el empleo de polvos elementales para la fabricación de bujes o cojinetes, debido básicamente a que estos polvos son más económicos que los aleados. El sistema Cu-Sn es sumamente complejo [2], debido a ello son diversas las modificaciones que ha sufrido con el tiempo su diagrama de equilibrio [3].Durante la sinterización de cualquier mezcla Cu-Sn, según se puede apreciar en el diagrama Cu-Sn mostrado en la figura 1, la primera reacción que tiene lugar es la fusión del Sn a 228 C, pero el resto de transformación de este sistema todavía se encuentra en discusión. Al respecto existen diferentes tendencias. La primera [4] que asegura que el cobre difunde en el estaño para formar variosintermetálicos los cuales descomponen o se transforman en fases menos ricas en estaño. Otros [5] que defienden que el estaño funde y se dispersa hacia el cobre, dejando unos poros secundarios de forma y tamaño idéntico al del estaño de partida. Y finalmente hay otros autores [6] que afirman que el estaño fundido difunde en el cobre para formar cristales de -bronce, extremadamente pequeños que con eltiempo y la temperatura se unen formando granos finales de mayor tamaño. También, hay autores que enfocados en el estudio de materiales macizos [7], han encontrado de modo experimental que el estaño difunde con dificultad, y genera mucha microsegregación en aleaciones especialmente con cobre.
Con relación a las referencias consultadas, se puede apreciar una gran diversidad de opiniones. Quizás unode los aspectos, en el cual coinciden los diferentes autores, es en aceptar que la sinterización en este sistema tan peculiar, se realiza mediante la formación de una fase transitoria líquida, TLRS, debido a que la diferencia entre los puntos de fusión de los elementos que compone la mezcla es muy amplia: cobre (1086 C) y estaño (228 C). Este tipo de sinterización ofrece numerosas ventajas,...