Compuestos nanoestructurados de matrices de Fe (Co, Ni) con refuerzos del tipo de WC
Esta tesis doctoral se centra principalmente en el estudio de compuestos de carburo de tungsteno (WC) y al desarrollo de alternativas a los materiales convencionales de WC y cobalto (Co) utilizados en la industria de metales duros, industria que genera ingresos a nivel mundial por miles de millones...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2021
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/977/1/1Alvarez.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Esta tesis doctoral se centra principalmente en el estudio de compuestos de carburo de tungsteno (WC) y al desarrollo de alternativas a los materiales convencionales de WC y cobalto (Co) utilizados en la industria de metales duros, industria que genera ingresos a nivel mundial por miles de millones de dólares al año.
Se han desarrollado variantes a los materiales convencionales utilizando hierro (Fe) como elemento alternativo. Se implementó una metodología del tipo sol-gel para la producción de carburos cementados y se logró la síntesis de compuestos cristalinos de WC-Fe a partir de masas amorfas sol-gel que contienen alcóxidos de W, Fe y carbono extra, precipitando Fe y WC in situ desde las masas W–C–Fe–O amorfas. Se lograron establecer programas de densificación de dos etapas, con un calentamiento inicial bajo flujo 10% de H2-Ar hasta 600-800°C y luego bajo vacío hasta 1250-1360°C durante 2 horas, muy útiles para densificar estas muestras en sistemas Fe-WC y Co-WC. Se observaron granos facetados de WC con microestructuras similares a las correspondientes de metales duros estándar de WC-Co. Estudios dilatométricos densificatorios en pastillas prensadas a partir de las masas secas sol-gel, permitieron identificar características relevantes de la densificación según se discute a continuación.
Se analizó la densificación y la cinética de formación de fases bajo atmósfera reductora en compuestos sintetizados por diferentes rutas en el sistema WC-Fe. Se observó que para el caso de materiales con Fe (en comparación con Co), las densificaciones se producen a una menor temperatura para un mismo grado de densificación. La diferencia de temperatura para un mismo grado de densificación es de alrededor de 150ºC. Se puedo apreciar también el efecto de la temperatura en la evolución del sistema sol-gel (20% P/P de Fe) y las distintas fases producto de reacciones de oxidación y reducción. La formación de la fase de Fe implica la reducción de compuestos que dan lugar al metal.
Se estudió también la densificación y el crecimiento de granos en el sistema W-C-Co. Se estudiaron los mecanismos de densificación que operan en la sinterización en vacío sin aplicación de presión externa (hasta 1400°C), y se identificaron diferentes etapas en la densificación, tales como la densificación inducida por el crecimiento de grano policristalino y un mecanismo de densificación compatible con el proceso de sinterización en presencia de una fase líquida (LPS).
Se analizaron ciclos de expansión térmica, a través de la medición de curvas de expansión histeréticas en muestras cilíndricas delgadas de WC con alto contenido de Co (20% P/P) en direcciones según el plano y también según el eje de cada disco. Los resultados indican comportamiento histerético elastoplástico debido a las diferencias entre las expansiones térmicas del WC y el Co. Realizando un análisis de tales datos de ciclados con un modelo de material compuesto integrado por una matriz de WC y una segunda fase de Co, fue posible calcular un estado de tensión tractiva en la fase WC hasta unos 80°C y luego una inversión de tensiones al estado de compresión de la fase WC para mayores temperaturas. Mediante XRD de muestras sinterizadas a 1360°C, se determinaron parámetros de red de la celda unidad de WC a temperatura ambiente ligeramente expandidos, lo que concuerda con el estado tensivo de la fase WC hasta unos 80°C.
El efecto inhibitorio, en el crecimiento de grano cerámico, se analizó a partir del agregado de vanadio (V) y titanio (Ti). El V se agregó bajo la forma de un alcóxido, sintetizado a partir de una sal inorgánica y resultó ser el inhibidor más efectivo al obtener un tamaño de grano promedio de WC de 0,29 μm y una mayor fracción volumétrica de granos más pequeños en el sistema WC-Co. Por último, y con respecto al sistema W-C-Fe-Ti, se produjeron WC y TiC in situ a partir de mezclas químicas vía hidrólisis / gelificación de alcóxidos de W y Fe, lo que resulta de interés para la síntesis de materiales densos a partir de precursores ultra finos o nanométricos. |
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