06/C196

 

Correlación entre microestructura, densidad y propiedades mecánicas en esponjas de aluminio

Correlation between microstructure, density and mechanical properties in aluminium foams

 

Director: MALACHEVSKY, Maria Teresa

E-mail: malache@cab.cnea.gov.ar

 

Integrantes: D’OVIDIO, Claudio; JIMÉNEZ, Catalina; LEIVA, Sergio; RAUL, Stucke

 

Resumen Técnico

Los materiales celulares metálicos (metal foams: esponjas metálicas) constituyen una nueva y atractiva clase de materiales. Se caracterizan por poseer densidades relativas que son solo una fracción de la correspondiente al metal monolítico, con el agregado que las propiedades estructurales especificas resultantes son también elevadas (alta rigidez y resistencia especifica). Estos factores hacen que sean materiales sumamente atractivos para aplicaciones en estructuras livianas. Además de las propiedades estructurales antes mencionadas, los materiales celulares poseen interesantes propiedades funcionales, en general relacionadas a su elevada área especifica. Aquí podemos mencionar aplicaciones como soporte de catalizadores, intercambiadores de calor de alta eficiencia, electrodos de baterías y membranas. Existen diferentes métodos de fabricación de esponjas metálicas dependiendo del metal o aleación en cuestión como así también del tipo de esponja que se desea obtener. Una de las técnicas más empleadas para la fabricación de esponjas con porosidad cerrada es la de pulvimetalurgia. Partiendo de una mezcla de metal en polvo con un agente espumante se consolida un compacto de alta densidad ya sea por prensado en caliente o hipping. Luego, con adecuados tratamientos térmicos, se logra una espuma metálica. Cuando se preparan materiales por pulvimetalurgia, tanto el tamaño de partícula como la homogeneidad de la mezcla tiene un fuerte impacto sobre las propiedades finales del material. Los molinos de atrición son dispositivos muy eficientes tanto para disminuir el tamaño de partícula como para lograr mezclas altamente homogéneas de 2 o más polvos. Estos molinos son 5 veces más veloces que los molinos de bolas tradicionales y se usan comunmente en la industria. Utilizando la técnica de molienda por atrición en el proceso de fabricación de las muestras, se propone investigar la fabricación de esponjas de aluminio por pulvimetalurgia utilizando hidruro de titanio (H2Ti) como agente espumante. Este trabajo consta de una primera etapa donde se espera optimizar la obtención de esponjas de aluminio de porosidad cerrada, en base a las investigaciones previas en el tema. El objetivo principal es obtener esponjas a escala de laboratorio por pulvimetalurgia y optimizar el proceso de producción. Aquí el acento se pondrá en la obtención de una esponja de aluminio / aleación de aluminio con poros isotrópicamente repartidos, con una distribución de tamaños homogénea, espesores de pared de celda regulares, buenas propiedades mecánicas y reproducibilidad de estas propiedades. En una etapa posterior se procederá a la caracterización del comportamiento mecánico de las mismas incluyendo las propiedades mecánicas básicas, tipo de solicitación (uniaxial: tensión, compresión; multiaxial), fatiga, tenacidad y deformación a alta temperatura (creep).

 

Summary

Cellular solids, and in particular metal foams, are a new and attractive class of materials. They characterize for having very low relative densities (just a fraction of that corresponding to the monolithic material) and good structural properties, thus being very attractive for use in lightweight structural applications. Cellular materials also have interesting functional properties, related to their high specific area. They can be employed as catalysers supports, high efficiency heat exchangers, battery electrodes and membranes. There exist a wide variety of preparation methods according to the specific metal in use or the class of foam to be obtained. One of the most popular techniques for the fabrication of aluminium foams with close porosity is powder metallurgy. Starting from a mixture of metal powder and a foaming agent, a high-density compact should be achieved either by hot pressing or hipping. The, with adequate heat treatments, a metal foam is obtained. When using this technique, both the particle size and homogeneity of the mixture play an important roll in the final properties of the material. Attrition mills are very effective both for reducing particle size and for attaining a highly homogeneous mixture of 2 or more powders. These mills are 5 times faster than traditional ball mills and are commonly used in industry. Using the attrition milling technique in the fabrication process, we propose to investigate the powder metallurgy route for preparing aluminium foams with titanium hydride (H2Ti) as foaming agent.

The present proposal consists in a first stage of optimisation of the aluminium foam process, based on previous investigation in the subject. The main objective is to obtain aluminium foam at laboratory scale using powder metallurgy and optimising the production process. Special attention will be paid on the homogeneity in pore distribution and size, wall thickness regularity in the cells, good mechanical properties and reproducibility

In a second stage, the obtained samples will be characterized regarding their mechanical behavior. This will include basic mechanical properties, solicitation types (uniaxial: tension, compression; multiaxial), fatigue, tenacity and high temperature creep.