Estudio del ángulo de contacto y de la mojabilidad a alta temperatura de fases líquidas en la sinterización de metales

El desarrollo de componentes metálicos mediante pulvimetalurgia tiene una gran importancia en la industria moderna, tanto por sus características distintivas respecto a otros procesos, como por sus numerosas aplicaciones. Dentro de esta tecnología, es clave la etapa de sinterización dada su elevada influencia en las propiedades finales de los componentes. Esta sinterización puede darse en estado sólido o con presencia de fases líquidas y, en ambos casos, el estudio de las variables que intervienen en el proceso, así como la determinación de los valores óptimos de las mismas, se convierte en algo fundamental a la hora de conseguir las propiedades deseadas en cada caso. La sinterización con fase líquida es uno de los métodos más efectivos para acelerar los mecanismos de sinterización en el procesado de aceros pulvimetalúrgicos de baja aleación. Una de las variables que influye en la sinterización en fase líquida es el denominado ángulo de contacto (o de mojado) existente entre una superficie sólida y un líquido, parámetro íntimamente relacionado con la “mojabilidad”. El estudio de sus principios y ecuaciones fundamentales, así como el desarrollo de un método de medida válido y de los parámetros que, a su vez, afectan a dicha medida, es básico para entender convenientemente el proceso global de la sinterización en fase líquida. El conocimiento del fenómeno de la mojabilidad es de gran importancia en numerosas aplicaciones. Desafortunadamente, la investigación experimental de la mojabilidad en los metales fundidos conlleva numerosos problemas. Se requieren equipos de experimentación complejos, una alta pureza de los materiales, eliminación de los efectos no deseados del ambiente, así como sofisticadas técnicas de evaluación de los resultados. Consecuentemente, los datos obtenidos en numerosas investigaciones presentan cierta dispersión, por lo que resulta deseable un enfoque crítico de la información obtenida experimentalmente y el desarrollo de modelos teóricos más fiables para predecir el comportamiento de la mojabilidad. Este proyecto está centrado principalmente en el estudio a alta temperatura de la mojabilidad de diferentes materiales metálicos sobre el hierro. Tiene como objetivo comprender el comportamiento de la fase líquida a alta temperatura, en términos de evolución del mojado y de su capacidad de infiltración. Para ello se han realizado ensayos del ángulo de contacto y de infiltración, empleando el método de la gota sésil, monitorizando con un equipo Krüss la evolución de la gota (formación y propagación, disolución e infiltración) en función del sustrato sobre el que ha sido expuesta. Se han modificado algunas de las variables ligadas al proceso con el fin de determinar su influencia y evaluar qué método de medida es el más apropiado en función de cada sistema. _________________________________________________________________The development of metallic components by powder metallurgy is very important in the modern industry, both for its distinctive features compared to other processes, such as for its numerous applications. Within this technology, the sintering stage is especially important due to the high influence on the final properties of the components. Sintering can occur in solid or in presence of liquid phases and, in both cases, the study of the variables involved in the process, as well as the determination of the optimal settings of these variables, becomes essential to achieve the desired properties in each case. Liquid-phase sintering is one of the most effective methods to accelerate the mechanisms of sintering in powder metallurgy processing of low alloy steels. One variable that has influence on the liquid-phase sintering is the so-called contact angle (or wet angle) between a liquid and a solid surface, closely related to the property “wettability”. The study of its fundamental principles and equations, as well as the development of a valid measurement method and the parameters which, in turn, affect the measure, are essential points to properly understand the overall process of liquid-phase sintering. Knowledge about wetting phenomena is of great importance in many applications. Unfortunately, several problems are encountered in the experimental investigation of wetting by liquid metals. It requires complex experimental devices, high purity of materials, elimination of unwanted environmental effects and sophisticated techniques for data evaluation. Consequently, data obtained in different investigations are slightly scattered, which makes highly desirable both the critical approach to the experimentally obtained knowledge and the development of more reliable theoretical models to predict the wetting behavior. This project is primarily focused on the study of iron wettability by different liquid metals under high temperature conditions. It aims to understand the behavior of the liquid phase at high temperatures, in terms of wetting evolution and filtration capacity. Several contact angle and filtration experiments have been done for this purpose, using the sessile drop method in a Krüss equipment and monitoring the evolution of the drop (formation and propagation, dissolution and filtration) as a function of the substrate features. Some of the variables associated with the process have been modified in order to determine their influence and evaluate which measurement method is the most suitable in each system.Ingeniería Industria