3.1 caracterización de los polvos iniciales ti,...

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3. Resultados y discusión En ese capítulo se muestran los resultados obtenidos durante la fabricación de los compactos sinterizado de NiTi. Los resultados son presentados de acuerdo al diagrama de flujo presentado en en capítulo anterior (ver figura 8 ). 3.1 Caracterización de los polvos iniciales Ti, Ni En la figura 16 se observan los polvos de partida, el titanio (figura 16a) y el níquel (figura 16b) con diferentes tamaños de partícula, 20-30μm y 10-15μm respectivamente. Estos tamaños se encuentran en concordancia con los datos proporcionados por los fabricantes.(ver tabla 2 del capitulo anterior). La forma de las partículas es también distinta. Como se observa en las figuras 16a y 16b, el níquel presenta una forma redondeada mientras que las partículas de titanio tienen una forma irregular y facetada. (a) (b) Figura 16. Micrografía de los polvos iniciales, a) titanio, b) níquel Además, sobre el polvo no molido se determinó su distribución de partículas, la cual puede verse en la figura 17. En ella se observa como existe una distribución de tipo gausiana alrededor de un tamaño de 20 μm, se aprecia además un segundo pico de menor altura sobre las 300 μm. Existe una clara discrepancia entre los valores del tamaño de partícula promedio calculados a través de las observaciones por microscopia electrónica (figura 16) y los obtenidos mediante la granulometría láser. Es probable que la diferencia de valores se deba a una aglomeración de las partículas de menor tamaño, las cuales estarían formando aglomerados de unas 300 μm de diámetro. El pico principal en la distribución del tamaño de partículas está situado alrededor de las 20μm de diámetro, lo que concuerda con los estudios de SEM.

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Page 1: 3.1 Caracterización de los polvos iniciales Ti, Nibibing.us.es/proyectos/abreproy/80001/fichero/Proyecto%2F05+3... · destacar, a partir de la figura 20, que cuando la energía de

3. Resultados y discusión

En ese capítulo se muestran los resultados obtenidos durante la fabricación de los compactos

sinterizado de NiTi. Los resultados son presentados de acuerdo al diagrama de flujo presentado en

en capítulo anterior (ver figura 8 ).

3.1 Caracterización de los polvos iniciales Ti, Ni

En la figura 16 se observan los polvos de partida, el titanio (figura 16a) y el níquel (figura 16b) con

diferentes tamaños de partícula, 20-30µm y 10-15µm respectivamente. Estos tamaños se encuentran

en concordancia con los datos proporcionados por los fabricantes.(ver tabla 2 del capitulo anterior).

La forma de las partículas es también distinta. Como se observa en las figuras 16a y 16b, el níquel

presenta una forma redondeada mientras que las partículas de titanio tienen una forma irregular y

facetada.

(a) (b)

Figura 16. Micrografía de los polvos iniciales, a) titanio, b) níquel

Además, sobre el polvo no molido se determinó su distribución de partículas, la cual puede verse en

la figura 17. En ella se observa como existe una distribución de tipo gausiana alrededor de un

tamaño de 20 µm, se aprecia además un segundo pico de menor altura sobre las 300 µm. Existe una

clara discrepancia entre los valores del tamaño de partícula promedio calculados a través de las

observaciones por microscopia electrónica (figura 16) y los obtenidos mediante la granulometría

láser. Es probable que la diferencia de valores se deba a una aglomeración de las partículas de

menor tamaño, las cuales estarían formando aglomerados de unas 300 µm de diámetro. El pico

principal en la distribución del tamaño de partículas está situado alrededor de las 20μm de diámetro,

lo que concuerda con los estudios de SEM.

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Figura 17. Distribución del tamaño de partícula del polvo Ti-Ni (50% atómico de cada elemento)

3.2 Caracterización de los polvos molidos

Caracterización morfológica y distribución del tamaño

Las figuras 18a-18e y 19 muestran las diferentes imágenes de microscopia electrónicas realizadas

sobre los polvos molidos bajo diferentes condiciones de molienda.

Para el polvo molido con la menor energía (200104hH2 (0,25)), las pequeñas partículas parecen

más redondas que para los polvos molidos a energías superiores. Para dichas moliendas la forma de

las partículas es más angulosa. Las partículas pequeñas lucen más deformadas al aumentar la

energía de molienda, con un aspecto similar al de una hojuela (figuras 18e). En las partículas

molidas a energías superiores a la de 200104hH2 (0,25) se observan algunas de ellas que parecen

provenir de la fusión de otras, es decir, las partículas comienzan a experimentar un proceso de

aleado mecánico. En el caso del polvo 300204hH2 (0,50), figura 18e, este posee las partículas de

menor tamaño, debido pre visiblemente a que es el proceso de molienda más energético.

La figura 19 muestra el polvo molido a 300208hH2 (0.5), en ella se aprecia un claro descenso del

tamaño de partícula en relación con las imágenes de los polvos anteriores, figura 18. El tiempo de

molienda es el factor que permitió reducir de forma apreciable el tamaño de las partículas.

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Figura 18. Micrografía de los polvos molidos en diferentes condiciones: a) 200104hH2(0,25), b) 200204hH2(0,25),

c) 200204hH2(0,5), d) 300104hH2(0,25), e) 300204hH2(0,5)

Por otro lado, la figura 19b corresponde la imagen de una partículas del polvo molido 300208hH2

(0,5) tomada a mayores aumentos. Se detalla principalmente una partícula ovalada con diferentes

fases en su interior. La fase clara tiene una proporción de titanio y de níquel respectivamente de

15,63%at y 84,37%at y la fase obscura de 89,68%at y 10,32%at. Esa micrografía evidencia con

claridad el proceso de aleado mecánico, ya que se observa una mezcla intima de los polvos

elementales dentro de la partícula. Existen además una serie de partículas pequeñas alrededor de la

partícula grande, incluso con tamaño menores que las encontrados para los polvos molidos durante

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4h. Su presencia puede inducir a la formación de aglomerados en el polvo. El aleado parece

entonces iniciarse para las molienda con energía del orden de 300208hH2 (0,5). Para las otras

moliendas no aparecen partículas formadas por aleado mecánico sino partículas más pequeñas y con

una formas anguladas.

Sobre los polvos molidos se realizaron igualmente análisis complementarios de EDS. En ellos se

observó que las partículas de mayor tamaño tienden a ser de titanio, mientras que las otras

corresponden al níquel. Esto pone de manifiesto que en las primeras etapas del proceso de molienda

el titanio por su plasticidad no reduce significativamente su tamaño, mientras que el níquel logra

endurece y fractura con facilidad.

Figura 19. Micrografía del polvo 3000208hH2 (0,50) a) partículas finas, b) aglomerado

Se realizó igualmente un análisis de la distribución del tamaño de partículas de los polvos una vez

molidos. Las imágenes 20 y 21 representan respectivamente las distribuciones obtenidas para los

polvos molidos a 4h y 8h.

Para los polvos molidos durante 4h se observaron dos picos principales (figura 20). En las curvas se

observa un pico principal y un segundo pico con un porcentaje de partículas menor y con un tamaño

del orden de 1000μm. Como las partículas de níquel y titanio sin molienda no poseen tales tamaños,

y además en las micrografías de los polvos molidos (figura 18) no se observó nada significativo.

Dichos tamaños solo pueden provenir de una aglomeración de partículas pequeñas. Es importante

destacar, a partir de la figura 20, que cuando la energía de molienda aumenta (aumento de la

velocidad de giro o la relación de bolas), el punto medio del pico más alto se desplaza hacia la

izquierda, llegando a un tamaño medio final cercano a las 10μm. Igualmente se aprecia como el

porcentaje de partículas más finas tiene a aumentar.

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Figura 20. Distribución del tamaño de partícula de los polvos molidos 4h bajo diferentes condiciones

Figura 21. Distribución del tamaño de partícula de los polvos molidos 8h bajo diferentes condiciones

Figura 22. Distribución comparativa del tamaño de partícula bajo diferentes condiciones

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(200rpm) (20:1) 4h (0.25 ACP)(200rpm) (10:1) 4h H2 (0.25 ACP)(200rpm) (20:1) 4h H2 (0.5 ACP)(300rpm) (10:1) 4h H2 (0.25 ACP)(300rpm) (20:1) 4h H2 (0.5 ACP) Mezcla de Ti-Ni 1:1

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2

4

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0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0Particule size [μm]

Vo

lum

en [

%]

(200rpm)(10:1)8h H2 (0.25 ACP)(200rpm)(20:1)8h H2 (0.25 ACP)(200rpm)(20:1)8h H2 (0.5 ACP)(300rpm)(20:1)8h H2 (0.5 ACP) Mezcla de Ti-Ni 1:1

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Evolución de las fases cristalinas

El análisis por rayos X permitió determinar cuales son las especies cristalinas presenten en los

polvos molidos. Las figuras 23 y 24 representan respectivamente los diagramas de difracción para

los diferentes polvos molido a 4h y 8h. Las especies presentes mayoritariamente fueron el níquel, el

titanio y varios hidruros de titanio con diferente estequiometría.

La figura 23 muestra que al aumentar la energía del proceso, se observa una disminución en la

altura de uno de los picos de difracción del titanio (2θ = 38,46º) y un ensanchamiento del mismo.

Este comportamiento se corresponde con la amorfización del propio elemento durante la molienda,

así como la reacción con el hidrógeno. En efecto, como el titanio es relativamente dúctil, durante la

molienda, por efecto de la deformación los planos cristalográficos del titanio tienden a reducir su

cristalinidad, lo que provoca una disminución en la altura de los picos representativos.

Así mismo en la figura 23, se puede también ver un aumento de la altura del pico de ~35º al

aumentar la velocidad de giro o la cantidad de bolas, el cual corresponde a el TiHx (0,66<x<2).

Ademas, se observa que ese mismo pico se desplaza a la izquierda. Para el polvo 200104hH2 (0,25)

el pico representa el TiH0,66, mientras que para el polvo 300204hH2 (0,50) lo hace para el TiH1,971.

De esta forma la reacción de hidrogenación del titanio se cumple para todas las moliendas, y la

cantidad de hidrógeno incorporado en solución sólida al titanio es cada vez mayor al aumentar la

energía del proceso.

El tercero pico visible (2θ = 40,20º), representativo a la vez del titanio puro como del hidruro de

titanio se ensancha y disminuye al moler el polvo con mayor energía, y además parece desplazarse.

Como se observa, el pico del titanio puro tiende a desaparecer por efecto de la perdida de

cristalinidad y la reaccionar con el hidrógeno. Sin embargo el pico del hidruro de titanio crece y

busca su ubicación a la derecha del pico inicial de Ti.

En el diagrama (figura 23) se nota también la presencia del níquel aún cristalino para cualquiera

condición de molienda. Contrario al titanio, el níquel no se amorfiza, sus partículas endurecen y

fracturan, lo que hace que se detecten picos de difracción. Este resultado corrobora la presencia de

partícula muy pequeñas de níquel en todas las moliendas.

Para los polvos molidos durante 8h, figura 24, el comportamiento de los polvos se mantiene. Sin

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embargo aparecen nuevos picos representativos del hidruro de titanio a mayores ángulos. Los picos

ya existentes (a menor ángulos) aparecen más altos y mejor ubicados que los 4h de molienda (figura

23). Por tanto, al aumentar la energía de molienda y su tiempo, el titanio acumula cada vez más

defectos y absorbe más hidrógeno, tal que el TiH2 se vuelve más cristalino y más estequiométrico.

Por otro lado, los picos del titanio continúan desapareciendo.

Figura 23. Diagramas de difracción para los polvos molidos durante 4h bajo distintas condiciones de molienda

Figura 24. Diagramas de difracción para los polvos molidos durante 8h bajo distintas condiciones de molienda

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Composición química de los polvos molidos

La tabla 3 muestra la composición química de los polvos molido. Los elementos mayoritarios

presentes en los polvos son el titanio, el níquel y el oxigeno, también se detectaron elementos como

el hierro, el cloro y el silicio. El hierro puede deberse a una ligera contaminación de los polvos

durante la molienda, el cloro y el silicio pueden atribuirse a la composición inicial de los polvos. La

fracción de Ni/Ti se mantiene cercana a la relación 1:1 atómico inicial.

El porcentaje en peso de oxigeno se ubica en el 3-4%. Este resultado muestra una disminución del

porcentaje del oxigeno con respeto a ensayos anteriores, lo cual demuestra una clara disminución de

la contaminación. En efecto los polvos molidos en condiciones similares y con una proporción de

ACP del 1,5% en peso tenían una composición en oxigeno algo superior a 5-6% en peso.

Pero hay que subrayar que la muestra más energética: 300204HH2(0.5) tiene una proporción de

5,59% en peso de oxigeno. Este resultado puede atribuirse a la disminución del tamaño de partícula

durante la molienda, que aumenta la superficie especifica de las misma, y por tanto su reactividad

con el oxigeno. Es por tanto necesario el uso del CaH2 como reductor del oxigeno durante la etapa

de sinterización, ya que parece inevitable la presencia de cierta cantidad de oxigeno en el polvo.

Tabla 3. Composición química de los polvos molidos

Problemas encontrados durante la molienda

Para resolver el problema de la contaminación del polvo se redujo de forma drástica la cantidad de

ACP a utilizar. El ACP empleado en este trabajo es un polímero que contiene oxigeno, elemento

que fragiliza la aleación final.

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En un primer momento se intentaron moliendas sin usar el ACP. Pero estas moliendas no

resultaron satisfactorias. El proceso se intento dos veces, incluso reduciendo la velocidad de giro del

rotor, pero se presentaron problemas de contacto de las bolas con el fondo de la vasija. Al

desmontar los equipos se encontraron rayas en el fondo de la vasija, el polvo extraído presentaba

partículas claras en el polvo gris obscuro de Ti-Ni. Este polvo confirma la contaminación del polvo

por el material de la vasija.

Además, el ruido de la molienda era diferente, dando la impresión de golpes bruscos en el interior

de la vasija. Por tal la razón hubo que detener la molienda antes del tiempo previsto. El problema

pareció también con las condiciones de molienda de 300 rpm y 0.25% peso de cera.

Para las moliendas de 8h se tuvo igual cuidado con la aparición de ruido. Sin embargo, algunas de

ellas no lograron las 8h de molienda, teniendo que detenerse a las 6-7h.

3.3 Densidad de las muestras compactadas

La tabla 4 presenta las densidades en verde de las muestras prensadas a 1370 Mpa. La menor

densidad alcanzada corresponde a la del polvo molido a 300204hH2 (0,50), mientras que la mayor

se alcanzó sobre los polvos sin molienda. Está claro que luego de la molienda las partículas de

níquel han endurecido, lo que dificulta deformarlas y lograr una buena compresibilidad de las

mismas durante la compactación. De esta forma para las condiciones más energética de molienda es

de espera una baja densidad en verde. Las valores de las densidades de verdes fabricados a partir de

los polvos molidos a 200 104hH2 (0.25), 200204hH2 (0.25), 200204hH2 (0.5) y 300104hH2 (0.25)

por el contrario son más cercanos a la densidad del verde del compacto fabricado a partir del polvo

no molido. En término de reproductibilidad, las densidad obtenidas para polvo parecen bastante

buenas, ya que no se observó una alta desviación.

Tabla 4. Densidades en verde de los compactos prensado a 1370 Mpa

Muestra Densidades (g/cm3)Ti-Ni sin molienda 5,59±0,02

200 10 4h H2 (0.25) 5,45±0,04200 20 4h H2 (0.25) 5,16±0,10200 20 4h H2 (0.5) 5,22±0,12300 10 4h H2 (0.25) 5,33±0,09300 20 4h H2 (0.5) 4,68±0,02

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3.4 Caracterización de las muestras sinterizadas

Densidad final

La tabla 5 presenta la densidad experimental, la relativa y el porcentaje de porosidad abierta de las

muestras sinterizadas durante 5 y 10h bajo tres temperaturas de sinterización diferentes. Se observa

como las densidades finales de los compactos se sitúan alrededor de 5.05±0,21 g/cm3, y en ningún

caso se mejora la densidad en verde conseguida durante la compactación, incluso para los ciclos de

sinterización más severos. Las porosidades abiertas se engloban en los 18±5%.

La escasa sinterización aparente experimentada por las muestras, se basa en la inexistencia de una

fase líquida durante el proceso. La sinterización se realiza en estado sólido y pretende en principio

propiciar la formación del NiTi. Igualmente está reportado que la densificación de estos materiales

no es sencillo, más aún cuando existe un efecto que genera una serie de poros dentro del material,

denominado efecto Kirkendall.

Como fue explicado en el procedimiento experimental, la densidad relativa es calculada con

respecto a la densidad del NiTi obtenido por la ley de las mezclas (6,92 g/cm3). Pero en realidad las

muestras no son monofásicas, poseen varias fases extraordinarias formadas durante el enfriamiento

lento. Incluso se encontraron fases de Ni debido a una difusión no total de las especies. En efecto,

como visto en el marco teórico, el dominio de equilibrio del NiTi es muy estrecho a temperatura

ambiente lo que hace que gracia al enfriamiento lento, se puede formar las otras fases de equilibrio

como el Ni2Ti o el NiTi3. El calculo utilizado para medir la densidad relativa es entonces

aproximativo y se puede decir que es sobre evaluado. En efecto, la porosidad cerrada debe ser en

realidad más pequeña de la que se podría deducir de la tabla 5, y por tanto la densidad relativa

debería ser mayor.

Se puede notar, que las muestras sinterizadas durante 5 y 10h a las mismas condiciones (polvo y

temperatura), la densidad obtenida en los ciclos de 10h es casi siempre mayor que para las

sinterizadas durante 5h. Es quizás la mayor difusión de los átomos en estado sólido al aumentar el

tiempo de proceso que permite una reducción en la cantidad de poros.

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Tabla 5. Densidad de los compactos sinterizados a diferentes condiciones

Caracterización morfología

Las figuras 25 y 26 muestran diferentes micrografías tomadas para las muestras sinterizadas a

900ºC durante 10h. Las figuras 27 y 28 para las sinterizadas a 920ºC durante 10h y la figura 29 para

las realizadas a 940ºC durante 10h.

La observación por electrones secundarios (SE) permitió determinar la morfología de las muestras

(figuras 25a-d). Los poros detallados en esas micrografias son debidos a una mala compactación del

polvo inicial. La figura 25d representa la muestra 300204hH2 (0,50) y, con respecto a las figuras

25a-c, esta parece tener una mayor porosidad. Esta elevada porosidad presente para las muestras

sinterizadas a partir de polvo molido a alta energía, con independencia del ciclo térmico de

sinterización, permite corroborar los valores obtenidos para la porosidad y la densidad

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anteriormente discutidos. El endurecimiento de los polvos y por ende la disminución de la

compresibilidad parece una aspecto inevitable.

Las figuras 26a-d presentan respectivamente las mismas muestras observadas por electrones

retrodispersados (BSE), lo que permitió distinguir las fases presentes en las diferentes muestras. La

micrografia de la muestra sinterizada a partir del polvo no molido (figura 26a) presenta varias zonas

distinguibles. Las zonas las más clara tienen proporciones en níquel mayores que las zonas más

obscuras. En esa micrografia, las zonas las más claras son compuestas de níquel a un 95%, y poseen

una estructura ramificada que se encuentra cercada por una fases gris obscuras de NiTi2.

La figura 26b posee una microestructura compuesta por tres fases, donde se aprecia una difusión

inhomogenea de los elementos puros. Las fases poseen de contenidos en níquel y titanio muy

variado que dificulta su identificación. Las figuras 26c y 26b también muestran este fenómeno. Y

en ellas destaca la presencia de zonas ricas en titanio en la parte central de los granos.

En el centro de la micrografia 26c se observa un grano grande compuesto de dos zonas: una central

gris obscura de titanio casi puro y una gris más clara de Ti2Ni. Las zonas más clara alrededor del

grano tiene una proporción más elevada en níquel. La presencia de una fase casi pura de titanio

muestra que ambos elementos no llegaron a difundir entre sí. Bien por que el tiempo de

sinterización no fue el suficiente, ó que la movilidad atómica fue también pequeña.

En la figura 26d se observa un grano compuesto de tres fases una muy clara alrededor de dos fases

gris. Las fases claras son de Ni2,30Ti y las fases gris son de NiTi y de Ti2Ni para la zona gris clara y

la gris más obscura respectivamente. Dentro de las zonas claras se puede observar pequeñitas zonas

gris obscuras de NiTi. No hay que confundirlas con las porosidad presente por dentro del grano que

son de color negro pero que tienen aproximadamente el mismo tamaño. Estas zonas también

presentan un forma ramificada

La porosidad en la gran mayoría de las muestras se encuentra alrededor de los granos, y otros poros

más pequeños en el interior de los granos. Estos poros provienen de efectos diferentes. El primer

tipo de poros se crea durante la compactación, mientras que los poros pequeños intragranulares

pueden ser debidos a dos fenómenos. Los de mayor tamaño corresponden a la porosidad que queda

atrapada al sinterizarse los granos formando uno de mayor tamaño. Los de menor tamaño, por otro

lado, son debidos al efecto Kirkendall. El mayor coeficiente de difusión del níquel hacia al titanio,

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respecto al del titanio hacia en níquel, crea un balance de masa desigual que permite la formación

de una microporosidad intragranular. Por tanto, se deberían entonces encontrar dentro de las fases

claras ricas en níquel. Como es el caso de la figura 26d.

De forma análoga a lo discutido anteriormente, se puede observar en la figura 27, un aumento de la

porosidad conforme se incrementa la energía de molienda. Sobre las figuras 28a-c se pueden

observar una gran variedad de fases presentes en los granos, las fases claras están compuestas por

un 73% de níquel, las zonas gris medio a 50% de níquel, y las zonas claras son mayoritariamente

níquel.

De forma general, las muestras sinterizadas a 940ºC/10h presentaron una morfología muy similar a

las obtenidas mediante otros ciclos térmicos. Observándose una mayor porosidad en la muestras

molida a mayor energía. En la figura 29b se puede ver un grano compuesto de varias fases. En la

zona gris clara (NiTi) aparecen embebidas unas estructuras aciculares en tonos más claros. Dichas

estructuras pueden ser parte de una transformación incompleta austenita-martensita del NiTi. Las

pequeñas fases más claras presentes dentro de la fase de NiTi corresponden a estructuras ricas en

níquel, aproximadamente Ni2Ti.

Cabe destacar que no se aprecia una evolución microestructural significativa en función de los

ciclos térmico, ni en temperatura ni en tiempo. Es probable que el rango de trabajo no sea lo

suficientemente amplio para lograr un cambio importante. Estudios anteriores afirman que la

evolución de la microestructura requiere de tiempos prolongados. Sin embargo resultaría

contraproducente elevar la temperatura para realizar una sinterización en estado líquido, tal y como

se detalla más adelante.

Figura 25. Micrografía SE de las muestras sinterizadas a 900ºC durante 10h a partir de los polvos, a) no molido

b) 200104h H2 (0,25), c) 200204h H2 (0,25) y d) 3000204hH2 (0,50)

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Figura 26. Micrografía BSE de las muestras sinterizadas a 900ºC durante 10h a partir de los polvos, a) no

molido, b) 200104hH2 (0,25 ) c) 200204hH2 (0,25), y d) 3000204hH2(0,50)

Figura 27. Micrografía de las muestras sinterizadas a 920ºC durante 10h a partir de los polvos, a) no molido, b)

200104hH2 (0,25), c) 200204hH2 (0,25), y d) 3000204hH2(0,50)

Figura 28. Micrografía de las muestras sinterizadas a 920ºC durante 10h a partir de los polvos, a) 200104hH2

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(0,25), b) 200204hH2 (0,25) c) 3000204hH2 (0,50)

Figura 29. Micrografía de las muestras sinterizadas a 940ºC durante 10h a partir de los polvos, a) y b)

200104hH2 (0,25), c) y d) 3000204hH2 (0,50)

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Caracterización de las fases cristalinas

El análisis por rayos X permite determinar las fases presentas en las muestras sinterizadas. Los

diferentes diagramas permitieron construir la tabla 6 que presenta las fases presentes para cada

muestras. Los diagramas de difracción realizados durante esta investigación se presentan al final del

capitulo, figuras 31-42. La fases presentes en las diferentes muestras fueron NiTi, NiTi2, Ni3Ti, Ni,

Ti3Ni4 y TiH0,66.

Las fases NiTi2 y Ni3Ti se encontraron en todas las muestras. Como se describe en el marco teórico,

la solubilidad del NiTi a temperatura ambiente es muy pequeña, y esta representada por una linea

vertical desde los 627ºC hasta la temperatura ambiente. De tal forma que la fase de NiTi existe a

temperatura ambiente sólo para la aleación de titanio y níquel equiatómica. El NiTi aumenta su

solubilidad a altas temperaturas, llegando a un rango de Ti-(49-56% at)Ni a 1118ºC.

Al enfriarse de manera lenta, como en la presente experimentación, tienen a aparecen las fases de

equilibrio, y entonces es fácil encontrar fases como el NiTi2 o el Ni3Ti a temperatura ambiente. Así

mismo, a las temperaturas de sinterización, y para todo el rango de temperaturas, las energías libres

de Gibbs para la formación de las fases Ni3Ti y NiTi2 son más pequeñas que la del NiTi (figura 30).

Por tanto, las fases Ni3Ti y NiTi2 son termodinámicamente más favorables que la del NiTi.

Figura 30. Energía de Gibbs de las fases NiTi, NiTi2 y Ni3Ti

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

NiTiNiTi2Ni3Ti

T (˚C)

ΔG

f (kJ

/mol

)

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La fase Ti3Ni4 aparece a temperaturas inferiores a los 700ºC a partir de un NiTi como una

composición en níquel entre 50 y 57% atómico. El Ti3Ni4 puede entonces ser evidencia de la

formación del NiTi a altas temperaturas.

La fase NiTi está presente para la mayoría de las muestras salvo para las muestras sinterizadas a

920ºC durante 10h. Este fenómeno esta relacionada con la atmósfera de vacío empleada. Como se

recoge en la literatura, la presencia de oxígeno en las intercaras del polvo metálico, puede favorecer

la formación de fases intermetálicas distintas al NiTi. La utilización de una atmósfera de vacío de

solo 10-2bar demostró no ser suficiente para garantizar la formación del NiTi.

La mayoría de las muestras sinterizada a 900ºC a 5h o 10h y a 920ºC a 5h poseen cierta cantidad de

níquel metálico. Este hecho se explica debido a que las temperaturas y los tiempos empleados, no

generan la suficiente difusión entre las partículas elementales. Como se detalla en el marco teórico,

los coeficientes de difusión del níquel y del titanio no son iguales, y junto a que las partículas no

tienen el mismo tamaño, puede quedar zonas en las cuales no ha ocurrido una mezcla homogénea

entre los elementos. Este fenómeno ha sido descrito en las micrografias anteriores, figuras 25 y 26,

donde había zonas con elementos puros o casi puros.

Por último, la presencia del TiH0,66 en muchas de las muestras permite inferir que le proceso de

deshidrogenación ha sido incompleto. Si bien en los polvos molidos fueron encontradas fases con

una mayor cantidad de hidrógeno, los ciclos térmicos no fueron del todo capaces de eliminar todo el

hidrógeno existente. Así mismo, puede llegar a pensarse que muchos átomos de hidrógeno no

lograron salir de la estructura por la escasa solubilidad del gas en el sólido a dichas temperaturas.

Tabla 6. Fases cristalinas presentes en las diferentes muestras sinterizadas a 900, 920 Y 940ºC durante 5 y 10h

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Caracterización de las fases cristalinas

Figura 31. Diagramas de difracción de la muestra sinterizada durante 5h a diferente temperaturas para el polvo

no molido

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Figura 32. Diagramas de difracción de la muestra 200104hH2 (0,25) sinterizada durante 5h a diferente

temperaturas

Figura 33. Diagramas de difracción de la muestra 200204hH2 (0,25) sinterizada durante 5h a diferente

temperaturas

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Figura 34. Diagramas de difracción de la muestra 200204hH2 (0,50) sinterizada durante 5h a diferente

temperaturas

Figura 35. Diagramas de difracción de la muestra 300104hH2 (0,25) sinterizada durante 5h a diferente

temperaturas

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Figura 36. Diagramas de difracción de la muestra 300204hH2 (0,50) sinterizada durante 5h a diferente

temperaturas

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Figura 37. Diagramas de difracción de la muestra de polvo no molido sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas

Figura 38. Diagramas de difracción de la muestra 200104hH2 (0,25) sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas

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Figura 39. Diagramas de difracción de la muestra 200204hH2 (0,25) sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas

Figura 40. Diagramas de difracción de la muestra 200204hH2 (0,50) sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas

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Figura 41. Diagramas de difracción de la muestra 300104hH2 (0,25) sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas

Figura 42. Diagramas de difracción de la muestra 300204hH2 (0,50) sinterizada durante 10h a diferente

temperaturas