Fabricación de espumas de la aleación A356 con adición de barita y wollastonita como agentes espesantes y carbonato de calcio como agente espumante

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se fabricaron espumas de aluminio A356 de celda cerrada mediante la adición de agentes espesantes y carbonato de calcio (CaCO3) como agente espumante. Se utilizaron tres agentes espesantes: Alúmina (Al2O3), barita (BaSO4) y wollastonita (CaSiO3), el primero se utiliza en el proceso convencional Alporas; mientras que la barita y wollastonita se proponen como agentes espesantes alternativos. Las espumas de aleación de aluminio A356 se fabricaron utilizando 1 % en peso de agente espesante en relación a la carga metálica y se utilizó 1,2 y 3% en peso de CaCO3. Se determinó que la mayor expansión de la espuma metálica se obtuvo con la adición de 1% de wollastonita, seguido de la barita (1%) y alúmina (1%) con 1% de carbonato de calcio como agente espumante. Se determinaron las características estructurales de las espumas fabricadas mediante microscopia óptica (porosidad y tamaño de celda) en función de la densidad relativa. El análisis microestructural mediante microscopia electrónica de barrido con microanálisis revelo que las partículas adheridas a la estructura de la espuma debido al proceso de espumación corresponden a los compuestos CaAl4O7, Al4C3 and Al4O4C, Al4SiC4, lo que indica que se llevan a cabo reacciones entre los componentes del baño metálico y los agentes espesantes y espumantes. Se obtuvieron diagramas de estabilidad del proceso de espumación mediante un análisis termodinámico con el software Factsage y el módulo Equilib a 973, 1073 y 1173 K. poro. Los diagramas confirman la formación de los compuestos cerámicos determinados experimentalmente. Las espumas fabricadas se caracterizaron mediante pruebas de compresión para determinar su capacidad de absorción de energía. Se determinó que las espumas producidas con adición de wollastonita muestran la porosidad más elevada ≈ 86% con la menor densidad relativa de 0.137, pero con los menores valores de absorción de energía 1.40 MJ m-3. Por otro lado las espumas con adición de barita muestran una buena combinación de propiedades estructurales y mecánicas, con una porosidad de 83%, densidad relativa de 0.178 y una capacidad de absorción de 3.81 MJ m-3. Las espumas producidas con alúmina muestran valores intermedios de porosidad y densidad. Las espumas producidas con barita muestran la mejor eficiencia de absorción de energía, lo cual indica que puede ser usado como un potencial agente espesante para producir espumas de aluminio.

ABSTRACT: In this work, closed cell A356 aluminium alloy foams were successfully fabricated by addition of thickening and calcium carbonate (CaCO3) as foaming agent. Alumina (Al2O3), barite (BaSO4) y wollastonite (CaSiO3) were used as thickening agents, the first is used in Aploras conventional process; while barite and wollastonite are proposed as alternative thickening agents. A356 aluminium alloy foams were manufactured by 1 wt% of thickening agent in relation to the molten metal and 1, 2 and 3 wt% of CaCO3 was added. The maximum expansion was obtained with 1 wt% of wollastonita, followed of barita (1%) and alumina (1%) with 1 wt% of calcium carbonate as foaming agent. Structural features of manufactured foams were determined by Optical Microscopy (porosity and cell size) in relation on relative density. Microstructural analysis by Scanning electronic Microscopy with microanalysis showed that the particles found on the metallic foams structure due the foaming process correspond to the compounds CaAl4O7, Al4C3 and Al4O4C, Al4SiC4, this results suggest that some reactions are carried out between the components of molten metal and thickening and foaming agents. Foaming process stability diagrams was obtained by thermodynamic analysis with Factstage software and Equilib module at 973, 1073 and 1173 K. The diagrams confirm the formation of ceramic composites determined experimentally. The metallic foams produced were evaluated by compression tests in order to determine their absorption energy capacity. It was determined that the foams with addition of wollastonite showed the highest porosity 86% with the lowest value of relative density 0.137, but with the lowest energy absorption capacities 1.40 MJ m-3. On the other hand the foams with addition of barite showed a good combination of structural and mechanical properties, such as 83% porosity, relative density of 0.178 and energy absorption capacity of 3.81 MJ m-3. Foams obtained with alumina additions showed intermediate values of porosities, densities and mechanical properties. The foam produced with barite addition show the best behaviour of energy absorption capacity, this means that barite can be used as a potential thickener agent in order to produce aluminium alloy foams with addition of CaCO3 as foaming agent.