Tema4

TEMA 4. CONTROL MICROSTRUCTURAL DEL POLVO
ESQUEMA:
-Introducción
-Microestructuras de polvos
-Conceptos sobre aleación
-Cinética de solidificación en polvos
-Aplicaciones de polvos RST
-Estructuras nanométricas
-Cuestiones

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Introducción
¾ Las pequeñas dimensiones del material en polvo permite la obtención de
materiales con nuevas composiciones, microestructuras y propiedades ( T& ↑)¾Tecnologías de solidificación rápida (RST o RSR: Rapid Solidification Rate)
-Diferentes estructuras a las de equilibrio (Termodinamica)
-Nuevas fases (incluso amorfas), segregación
Ej: Reduce el número
de pasos necesarios
para establecer un
contacto eléctrico
NANOESTRUCTURAS

Colada convencional

Polvo RST (mag x 5)

Pd-30%Cu-30%Ag. microelectrónica

Estado vitreo T& > T xt
Se mantiene porque a
Tambiente nohay difusión
que sitúe los átomos
en los nudos de la red
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Introducción
¾ La sílice (SiO2) puede transformarse en vidrio a velocidades de enfriamiento
relativamente bajas (temas de ceramicos). En los metales es mucho más
complicado. La fabricación estos materiales se realiza por la ruta P/M
¾Polvos con estructuras nanométricas se pueden obtener por:
-Transformación controlada de un vidrio-Molienda intensa
-Volatilización por plasma
-Condensación desde fase vapor
Pol Duwez (1960’s). Splat quenching technique. Escamas de metal
amorfo por golpeo de gotas de líquido entre yunques enfriados.
(1970’s) Fundamentos teóricos establecidos
(1990’s) La técnica se aplica en diversos campos.

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Microstructuras de polvos
¾ Colada convencional
¾ Polvos atomizados:

T& < 100º C / s
103 < T& < 104 º C/ s

En situaciones especiales se pueden alcanzar vel. de enfriamiento de 106 – 108 ºC/s

Atom. centrífugo
Nucleación heterogénea
Probablemente Un satélite
Aleación Pd-Cu-Au

1
λ≈
∆T ( sub )
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Microstructuras de polvos
¾Mediante atomizado se pueden generar espaciados ~ 1 µm

(λ)
SUBENFRIAMIENTO: mantener un líquido a
una temperatura inferior a la de la
transformacion solido – liquido enequilibrio.
log

El subenfrimiento hace que la solidificación
se vuelva inestable limitando el crecimiento
de dendritos
log

D (tamaño partícula)
SUBENFRIAMIENTO
GRADIENTE TÉRMICO
Vsolid. 1 mm/s
V enfr. 105ºC/s
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Microstructuras de polvos
acero

T¢rifugo < T&gas

Atom. Centrifuga
Dendrítica

Atom. Argon
Equiáxica

Identificación de estructuras
amorfas obtenidas a elevadas
velocidades deenfriamiento
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Microstructuras de polvos
El metal fundido se pone en contacto con una
rueda de cobre refrigerada girando a 20,000
rpm. La fuerza centrífuga lo separa de la rueda
generando una capa de 25-100 µm de espesor

METODO MELT-SPINNING
molienda

Normalmente se parte de atomizado (gas o
agua) y se incorporan pasos adicionales si
no se alcanzar la velocidad de enfriamiento
adecuada
METODO
ATOM+QUENCHPartículas con
Estructura amorfa

Atomización gas (subenfriamiento elevado)
+ quenching en un disco girando a alta
velocidad (alto gradiente T)
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Microstructuras de polvos
MICROATOMIZACIÓN POR PLASMA + SPLATTING
El metal se funde a elevada T, se acelera con el gas y se proyecta sobre un
sustrato. Con suficiente sobrecalentamiento se produce esferoidización antes de
la solidificación
W-Fe-Ni

Seproducen polvos muy finos pese a las elevadas temperaturas del
plasma
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Conceptos sobre aleación
¾La presencia de reacciones eutécticas favorece la generación de estructuras
amorfas
9Estas composiciones se caracterizan por la elevada
estabilidad termodinámica de la fase líquida
9Gd-Co, Fe-B, Mg-Zn, Ti-Be, Zr-Cu, Pd-Si y Nb-Ni
9Diferencias importantes en el número atómico, tipo
de enlace,estructura cristalina, electronegatividad y
valencia: llevan a inestabilidad en los nudos de la red
sustitucionales (es decir, dificultan el ordenamiento
periodico de los átomos) y, por tanto, a dificultades en el
proceso de cristalización.
9Ej: Requiere un subenfriamiento menor (es más fácil)
obtener la aleación Fe-Pd-Si-B en estado amorfo que el
Fe puro. En los sistemas binarios las estequiometrías...