Resumen:
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.
Descripción:
Cermets or composite materials are composed of ceramic and metal materials.
The metal acts as a binder to protect the brittleness of the ceramic which provide
resistance. Tungsten carbide (WC) is the most commonly used cermet in a wide
range of industrial applications due to its high hardness, toughness, and wear
resistance (including sliding, abrasion and erosion). The development and study of
this material at nanometric level has resulted from the rapid technological progress
and the need on further improving their properties. Materials with nanometric grain
size have shown enhanced performance compared to conventional materials with
micrometric grain size. Mechanical milling is a versatile technique for processing
these materials with different grain size. In the present study, four WC-Co-Cr alloys
were prepared by mechanical milling, namely as: nano66, nano86, bimo66, and
bimo86 with different WC size, nanometric and bimodal, and binder phase
percentage (Co and Cr). The prefix nano indicates that the alloy is composed of
nano-sized WC powders while bimo stands for a mixture of sub-micron (60%) and
micrometric (40%) WC. The numbers 66 and 86 indicate the content of WC (in wt.
%) in the alloy while the rest belongs to the binder-cobalt-chromium phase. The
effect of the ball milling diameter and milling time was analyzed during the
processing of the alloys with nanometric WC. After the sub-micrometric size was
obtained, the WC particles were milled with Co and Cr. The microstructural
characterization shows that sub-micrometric WC sizes were reached after 40
minutes of milling using balls of different size. Transmission electron microscopy
corroborates in the sub-micrometric size of the WC. No additional phases were
detected by XRD patterns of the milled alloys; however, the peaks of the nanosized
WC crystals present a broadening as a result of crystal refinement and to the
increase of microstrains of the powder particles. The results of differential scanning
calorimetry DCS show that the bimo alloys have a higher transformation
temperature than the nano alloys with 1340 and 1294 ° C respectively, which can
directly affect the microstructure and properties when subjected to consolidation
processes that handle temperatures similar to those mentioned.