Fabricación y Caracterización de Aleaciones WC-Co-Cr con WC Nanométricos y Bimodales por Molienda Mecánica

Abstract

Los materiales denominados cermet, son materiales compuestos por una parte cerámica y una metálica. El metal actúa como aglutinante para proteger la fragilidad del cerámico el cual provee las propiedades de resistencia. Entre los materiales cermets más utilizados están los base carburo de tungsteno (WC) que se destacan por su alta dureza, tenacidad, y resistencia al desgaste por deslizamiento, abrasión y erosión haciéndolos populares en una gran gama de aplicaciones industriales. El avance de la tecnología y la necesidad de mejorar aún más las propiedades de estos materiales ha llevado al estudio y desarrollo de estos a niveles nanométricos. Los materiales con tamaño de grano nanométrico han mostrado un mejor desempeño que los convencionales de tamaño micrométrico. Una técnica muy versátil para la síntesis de este tipo de materiales es la molienda mecánica que permite obtener el material con diferente tamaño de grano. En el presente trabajo de tesis, se desarrollaron cuatro aleaciones de WCCo- Cr por molienda mecánica, denominadas como: nano66, nano86, bimo66 y bimo86, con diferente tamaño de WC, nanométrico y bimodal, y porcentaje de fase aglutinante (Co y Cr). El prefijo nano indica que la aleación está compuesta por polvos de WC con tamaño nanométrico mientras que el prefijo bimo indica una mezcla de polvos de WC submicrométricos (60%) y micrométricos (40%). Los números 66 y 86 indican el porcentaje en peso de WC contenido en la aleación y el resto pertenece a la fase aglutinante de cobalto-cromo. Durante el desarrollo de las aleaciones con WC nanométricos, se estudió el efecto de la carga de bolas y el tiempo de molienda. Una vez alcanzado el tamaño nanométrico del WC se procedió a moler estos carburos con el Co y el Cr. La caracterización microestructural muestra que los tamaños de nanométricos de WC se alcanzan a un tiempo de 40 minutos y usando bolas de diferente tamaño. Por medio de microscopia de transmisión, se corroboró la disminución de tamaño del carburo de tungsteno. Los patrones de XRD de las aleaciones no muestran la presencia de fases adicionales después de la molienda. Sin embargo, las aleaciones con granos de WC nanométricos presentan un ensanchamiento de los picos como resultado del refinamiento del tamaño de cristal y a un incremento de las microdeformaciones de las partículas de polvo. Los resultados de calorimetría diferencial de barrido DCS por sus siglas en inglés (Differential Scanning Calorimetry) muestran que las aleaciones bimo tienen una mayor temperatura de transformación que las nano con 1340 y 1294 °C respectivamente, lo que puede afectar directamente a la microestructura y propiedades al someterlos a procesos de consolidación que manejan temperaturas similares a las mencionadas.