Síntesis de materiales nanocompuestos de matriz solución sólida sobresaturada base al reforzadas con partículas de TiC

RESUMEN En el presente trabajo se estudió la síntesis de soluciones solidas sobresaturadas (SSS) base aluminio (Al) y su posterior refuerzo con partículas de carburo de titanio (TiC) mediante la técnica de aleado mecánico (AM) y molienda mecánica de baja energía (MM). La metodología de diseño de experimentos (DOE) se empleó para determinar las variables óptimas para el estudio del fenómeno y su modelado estadístico mediante R; las cuales gracias a su flexibilidad para el estudio de sistemas multivariables resultaron ser óptimas en el estudio de la técnica de AM y MM. Las SSS de Al-3%(en peso)Si, Al-3%(en peso)Ni y Al-3%(en peso)Mg fueron obtenidas a una velocidad de 300 rpm y a 500 rpm después de 15h y 20h de molienda respectivamente, las partículas de TiC se dispersaron homogéneamente en la matriz de SSS a partir de las 6h de molienda a 250 rpm. Se realizaron análisis a las muestras finales y a las muestras de 2, 5, 10, 15 ,20 y 30h de SSS y 2, 4, 6 y 8 h de SSS con 10 y 15%( en peso) de TiC mediante las técnicas de difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), prueba de microdureza Vickers (VMH) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) con la finalidad de estudiar el efecto de las variables empleadas (RPM, tiempo de molienda, sistema elemental y concentración de partículas de refuerzo) en el proceso de síntesis de SSS y síntesis de SSS reforzadas con TiC así como el impacto en sus propiedades mecánicas y microestructurales. En este trabajo se propone el modelado de superposición de picos de XRD y un análisis semicuantitativo aunado al empleo de la ley de Vegards para la correcta estimación de la solubilidad alcanzada en las SSS por AM.

ABSTRACT In this work, the synthesis by mechanical alloying (MA) and low-energy mechanical milling (MM) of aluminum-based supersaturated solid solutions (SSS) (Al) and their subsequent reinforcement with titanium carbide (TiC) particles was studied. Design of Experiments methodology (DOE) was utilized to determine the optimal variables for the study of the phenomenon and its statistical modeling by means of R language; which thanks to its inherent flexibility for the study of multivariable systems turned out to be optimal for the study of the AM and MM technique. The SSS of Al-3% (wt.) Si, Al-3% (wt.) Ni and Al-3% (wt.) Mg were obtained at 300 rpm and at 500 rpm after 15h and 20h of milling, respectively. TiC particles were dispersed homogeneously in the SSS matrix after 6h of grinding at 250 rpm. Analyzes were performed to the final samples and those of 2, 5, 10, 15, 20 and 30h of SSS and 2, 4, 6 and 8 h of SSS with 10 and 15% (wt.) of TiC by the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Vickers Microhardness Test (VMH) and Electronic Transmission Microscopy (TEM) in order to study the effect of the variables used (RPM, grinding time, system elemental and reinforcement concentration) in the process of synthesis of the base material (SSS) and the synthesis of SSS reinforced with TiC as well as the impact on its mechanical and microstructural properties. In this work we propose the modeling of superposition of XRD peaks and a semiquantitative analysis together with the use of the Vegard’s law for the correct estimation of the solubility reached in the SSS by MA.