Unión brazing y evaluación de la resistencia al corte del par disímil compósito TiC/Cu-20Ni a su metal matriz

Abstract

TiC-reinforced metal matrix composites have significant applications in the aerospace and automotive sectors due to the structural and functional properties that they are capable of offering. To improve their functionality, it is necessary to join the composites to other materials in obtaining components and parts. The research reports the fabrication and characterization of the TiC/Cu-20Ni composite with 60% reinforcement by volume through liquid infiltration without external pressure. The brazing junction of the TiC/Cu-20Ni //BNi-3// Cu-20Ni assembly is analyzed as a function of time at a temperature of 1060 ºC. The Cu-20Ni matrix alloy was obtained by smelting from base metal shots in a vacuum magnetic induction furnace. The composite presented a homogeneous microstructure with random dispersion of the reinforcement in the continuous cupro-nickel matrix, which confers isotropic properties to the materials. Through X-ray diffraction analysis, the presence of only TiC and Cu-Ni matrix was verified. The density of the TiC/Cu-20Ni composite was 6.36 g/cm3. The residual porosity was 1.54% with pores located between ceramic-ceramic contacts where the liquid matrix could hardly enter. The elastic modulus of the composites was 261 GPa, 93.3% higher than the matrix alloy. The thermal expansion coefficient of the Cu-20Ni alloy decreased from 18.73X10-6 K-1 to 11.40X10-6 K-1 in the TiC/Cu-20Ni composite. The ceramic particles limit the deformation of the matrix by inhibiting the displacement between atoms in the metal. The thermal conductivity of the TiC/Cu-20Ni composite was reduced by 23% compared to the Cu-20Ni matrix.

Los compósitos de matriz metálica reforzados con TiC tienen importantes aplicaciones en los sectores aeroespacial y automotriz debido a las propiedades estructurales y funcionales que son capaces de ofrecer. Para ampliar su funcionalidad es necesario unir los compósitos a otros materiales en la obtención de componentes y partes. En la investigación se reporta la fabricación y caracterización del compósito TiC/Cu-20Ni con 60 % en volumen de refuerzo a través de infiltración líquida sin presión externa. Se analiza la unión brazing del ensamble TiC/Cu-20Ni //BNi-3// Cu-20Ni en función del tiempo a temperatura de 1060 ºC. La aleación matriz Cu-20Ni fue obtenida a partir de granalla de los metales base en un horno de inducción magnética a vacío. El compósito presentó una microestructura homogénea con dispersión aleatoria del refuerzo en la matriz continua de cuproníquel, lo que confiere propiedades isotrópicas a los materiales. Mediante análisis de difracción de rayos-X se comprobó la presencia únicamente de TiC y matriz Cu-Ni. La densidad del compósito TiC/Cu-20Ni fue de 6.36 g/cm3. La porosidad residual fue de 1.54 % con poros ubicados entre contactos cerámico-cerámico donde difícilmente pudo ingresar la matriz líquida. El módulo elástico de los compósitos fue de 261 GPa, mayor en un 93.3 % a la aleación matriz. El coeficiente de dilatación térmica de la aleación Cu-20Ni disminuyó de 18.73X10-6 K-1 a 11.40X10-6 K-1 en el compósito TiC/Cu-20Ni porque las partículas cerámicas limitan la deformación de la matriz al inhibir el desplazamiento entre átomos en el metal. La conductividad térmica del compósito TiC/Cu-20Ni en relación a la matriz Cu-20Ni se redujo en un 23 %.