Análisis metalográfico de Ti, Mg, Al y aleaciones de ellos mediante "ion etching"

• Autores: José Luis Castillo Monreal, José Luis Sánchez Cebrián, Peter H. Degischer
• Localización: Kalium: revista de Ingeniería Industrial de la Escuela Universitaria Politécnica de Huesca, ISSN 1132-8096, Nº. 9, 2008, págs. 37-39
• Idioma: español
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• Resumen

  • La realización del proyecto tuvo lugar en dos laboratorios distintos, uno en la universidad técnica de Viena y otro en la empresa ECHEM situada en Wiener Neustantd, pueblo localizado a unos 50 Km de Viena.

    El proceso experimental es el mismo para todas las muestras de materiales puros y sus aleaciones con la diferencia que para los materiales puros (titanio, magnesio y aluminio) fue interesante el cálculo de los perfiles.

    El corte del material, la preparación de la muestra dentro de la resina y el pulido se realizaron en la universidad de Viena y el Ion Beam Etching (IBE), fotografiado con microscopio óptico y microscopio electrónico de barrido se realizó en ECHEM.

    La caracterización morfológica de las muestras se realizó por los dos métodos en laboratorios independientes y por técnicas distintas.

    La metalografía estudia, mediante el microscopio, las características de la estructura de metal o aleación. El microscopio es, sin ningún género de dudas, el instrumento más valioso de que dispone el metalurgista, no sólo desde el punto de vista científico de investigación en el laboratorio, sino también en la práctica industrial, donde puede prestar relevantes servicios.

    El Precisión Etching Coating System (PECS) model 682 se ha utilizado para realizar el proyecto.

    Convencionalmente se considera metales ligeros a los que tienen una densidad inferior a 4.500 Kg m3. Entre ellos los de mayor importancia técnica son: Al, Mg, Tl y Be.

    Las aleaciones en que el metal base es uno de los anteriores, se denominen ligeras. Las aleaciones a base de magnesio reciben también la denominación de ultraligeras.

    El titanio es un elemento metálico blanco plateado duro que presenta una estructura hexagonal compacta, es duro, refractario y buen conductor de la electricidad y el calor. Presenta una alta resitencia a la corrosión (casi tan resitente como el platino) y cuando está puro, se tiene un metal ligero, fuerte, brillante y el blanco metálico de una relativa baja densidad. Posee muy buenas propiedades mecánicas y además tiene la ventaja, frente a otros metales de propiedades mecánicas similares, de que es relativamente ligero.

    El aspecto del magnesio es blanco argentino, similar al del aluminio. Es el metal industrial más ligero, su densidad es 1.740Kgm-3 a 15ºC. Cristaliza en el sistema hexagonal compacto y es maleable, pero poco dúctil. Se forja bien a 350-500ºC: es algo más resitente que el aluminio. conductividad eléctrica y térmica inferior a la del aluminio perso superior a la de acero.

    El aluminio es un metal blanco, débilmente azulado. Después del magnesio es el metal usual más ligero: su densidad es 2.699,9 Kg m-3 a 20ºC; por tanto es unas tres veces más ligero que el hierro. Cristaliza en el sistema cúbico de caras centradas y el muy dúctil y maleable. Entre 100 y 150ºC forjar, laminar, batir y prensar; pero, al acercarse a su punto de fusión (658,7), se vuelve quebradizo. Cuando se trabaja enfrío adquiere una elevada dureza y se agrieta superficialmente, pero con un recocido a 350ºC, seguido de un enfriamiento lento, adquiere de nuevo las propiedades iniciales.

    Se ha utilizado métodos como CUTTING (SECCIONADO), IDENTACIONES o por ejemplo GRINDIGN-POLISHING (PULIDO) en el que el pulido de los materiales es un paso muy importante en el desarrollo del proyecto, sin un pulido adecuado (libre de rayas y suciedad) los pasos siguientes no tendrán la calidad suficiente para poder llegar a unas conclusiones con el experimento.

    El pulido se hace desde el más robusto (grindig) hasta el más delicado (polishing), llegando a dejar la muestra como un espejo.

    También se ha utilizado la microscopía de fuerza atómica en la que resultó válido para las muestras de Titanio con condiciones más favorables de etching pero para los demás materiales no se llegó a unos resultados óptimos.

    Observamos como en las condiciones favorables (9keV, 30 min,º0) es fácilmente visible el efecto de etching, calculando la diferencia entre la zona tapada con papel de aluminio y la afectada por el IBE, y se puede calcular el material removido, en cambio en otras condiciones no tan favorables (5keV,30min,45º) resulta imposible.

    Este son dos ejemplos de pruebas realizadas al metal del aluminio en el interferómetro a distintas condiciones del ángulo de haz de iones de argón, potencial del haz de iones de argón y tiempo en minutos de exposición al haz de iones de argón.