ES2224872B1

ES2224872B1 - MANUFACTURE OF ALUMINUM BASED COMPOSITE MATERIALS BY MECHANOSYNTHESIS AND HOT CONSOLIDATION.

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Publication number: ES2224872B1
Application number: ES200301964A
Authority: ES
Inventors: Jesus Cintas Fisico; Enrique Juan Herrera Luque; Jose Antonio Rodriguez Ortiz
Original assignee: Universidad de Sevilla
Current assignee: Universidad de Sevilla
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2006-08-01
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: ES2224872A1

Abstract

Fabricación de materiales compuestos de base aluminio por mecanosíntesis y consolidación en caliente La invención permite fabricar piezas de aluminio de alta resistencia mecánica, a partir de polvos, con capacidad para sustituir, en muchos casos, a otros materiales, como el acero, tradicionalmente considerados resistentes. Además, la resistencia a tracción de estas piezas se mantiene en valores elevados para temperaturas superiores a 250º C. Por este motivo, su campo de aplicación es muy extenso, siendo especialmente interesantes cuando la reducción de peso es una de las especificaciones principales, es decir, en la industria aeroespacial, de automoción y del transporte en general. Por otra parte, la invención prevé la fabricación de piezas de aluminio con distintos contenidos de cobre, lo que permite modificar sus propiedades térmicas y eléctricas.Manufacture of aluminum-based composite materials by mechanosynthesis and hot consolidation The invention allows to manufacture aluminum parts of high mechanical resistance, from powders, with capacity to replace, in many cases, other materials, such as steel, traditionally considered resistant . In addition, the tensile strength of these parts is maintained at high values for temperatures above 250º C. For this reason, its field of application is very extensive, being especially interesting when weight reduction is one of the main specifications, that is to say , in the aerospace, automotive and transportation industry in general. On the other hand, the invention provides for the manufacture of aluminum parts with different copper contents, which allows modifying their thermal and electrical properties.

Description

Fabricación de materiales compuestos de base aluminio por mecanosíntesis y consolidación en caliente.Manufacture of basic composite materials Aluminum by mecanosynthesis and hot consolidation.

Object of the invention

La invención permite fabricar piezas de aluminio de alta resistencia mecánica, a partir de polvos, con capacidad para sustituir, en muchos casos, a otros materiales, como el acero, tradicionalmente considerados resistentes. Además, la resistencia a tracción de estas piezas se mantiene en valores elevados para temperaturas superiores a 250ºC. Por este motivo, su campo de aplicación es muy extenso, siendo especialmente interesantes cuando la reducción de peso es una de las especificaciones principales, es decir, en la industria aeroespacial, de automoción y del transporte en general. Por otra parte, la invención prevé la fabricación de piezas de aluminio con distintos contenidos de cobre, lo que permite modificar sus propiedades térmicas y eléctricas.The invention allows to manufacture aluminum parts High mechanical strength, from powders, with capacity to replace, in many cases, other materials, such as steel, traditionally considered resistant. In addition, resistance to traction of these parts is maintained at high values for temperatures above 250 ° C. For this reason, your field of application is very extensive, being especially interesting when Weight reduction is one of the main specifications, it is that is, in the aerospace, automotive and transportation industry in general. Moreover, the invention provides for the manufacture of aluminum parts with different copper contents, which allows to modify its thermal and electrical properties.

State of the art

Pese a que el aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, su aplicación industrial a gran escala se inició en los años 40 del pasado siglo. Y es que, para que el uso de aleaciones de aluminio pueda extenderse a aplicaciones industriales copadas tradicionalmente por materiales férreos, se hace necesario mejorar algunas de sus propiedades. Entre ellas se encuentra la resistencia a tracción, muy por debajo de la proporcionada por aleaciones base hierro. Uno de los principales avances en este sentido se basa en el control microestructural, a través de tratamientos térmicos de envejecimiento, aprovechando el cambio de solubilidad en el aluminio de ciertos elementos de aleación, en función de la temperatura. Como un ejemplo de estas aleaciones cabe destacar las de la serie 2xxx (Al-Cu), en las cuales la aparición de precipitados nanométricos de transición son responsables del endurecimiento del
material.Although aluminum is the most abundant metal in the earth's crust, its large-scale industrial application began in the 40s of the last century. And, so that the use of aluminum alloys can be extended to industrial applications traditionally filled with ferrous materials, it is necessary to improve some of its properties. Among them is the tensile strength, well below that provided by iron-based alloys. One of the main advances in this regard is based on microstructural control, through thermal aging treatments, taking advantage of the change in solubility in aluminum of certain alloy elements, depending on the temperature. As an example of these alloys, those of the 2xxx (Al-Cu) series, in which the appearance of nanometric transition precipitates are responsible for the hardening of the
material.

Otra de las más importantes propiedades a mejorar en el aluminio, es la resistencia mecánica a elevadas temperaturas, y es que este material deja de ser útil, desde el punto de vista de la resistencia, a temperaturas cercanas a los 100ºC. Aleaciones, como las de la serie 2xxx, endurecidas por precipitación, quedan inservibles a temperaturas alrededor de los 200ºC, cuando se produce la transformación de las fases coherentes con la matriz, a la fase de equilibrio \theta (Al_{2}Cu). El material se reblandece entonces, y se dice que está sobremadurado o sobreenvejecido. Si se quiere mantener un mínimo de resistencia a temperaturas elevadas, se hace necesario que exista en la matriz de aluminio una fase o fases refractarias, de escala nanométrica, termodinámicamente estables y bien distribuidas. Estas últimas aleaciones se denominan endurecidas por dispersión.Another of the most important properties to improve in aluminum, is the mechanical resistance at high temperatures, and this material is no longer useful, from the point of view of resistance, at temperatures close to 100 ° C. Alloys, such as those of the 2xxx series, hardened by precipitation, remain unusable at temperatures around 200 ° C, when the transformation of the phases consistent with the matrix occurs, to the equilibrium phase Al (Al 2 Cu). The material then softens, and is said to be overripe or overdone. If a minimum resistance to high temperatures is to be maintained, it is necessary that there be a refractory phase or phases, of nanometric scale, thermodynamically stable and well distributed in the aluminum matrix. These latter alloys are called dispersion hardened .

Un método que permite obtener polvos de aleaciones metálicas endurecidas por dispersión es el aleado mecánico (AM). Esta técnica, documentada, por ejemplo, en las patentes US3591362, US3740210 y US3816080, es un proceso de molienda de alta energía que permite obtener partículas metálicas compuestas (composites), usualmente, con dispersión submicroscópica de compuestos cerámicos en la matriz metálica. El AM puede, en principio, ser aplicado a una variedad de metales, o mezclas de metales, y partículas no metálicas. A su vez, debido a que el aleado mecánico es un proceso en estado sólido, que no precisa de la fusión de los materiales, puede ser empleado para producir aleaciones a partir de componentes inmiscibles en estado líquido o con amplia diferencia entre sus puntos de fusión.A method that allows to obtain powders of metallic alloys hardened by dispersion is the alloy mechanical (AM). This technique, documented, for example, in the US3591362, US3740210 and US3816080, is a grinding process high energy that allows to obtain composite metal particles (composites), usually with submicroscopic dispersion of ceramic compounds in the metal matrix. The AM can, in principle, be applied to a variety of metals, or mixtures of metals, and nonmetallic particles. In turn, because the alloy mechanical is a solid state process, which does not require the Fusion of materials, can be used to produce alloys from immiscible components in liquid state or with wide difference between its melting points.

El aluminio aleado mecánicamente (A1 AM) es un polvo duro, cuyas partículas están cubiertas por películas de óxidos y/o hidróxidos de aluminio. Esto origina problemas en los procesos de consolidación de los polvos, ya que resulta difícil conseguir un buen contacto directo entre las partículas metálicas propiamente dichas. Por ello, la consolidación se lleva a cabo, normalmente, por complicados procesos de conformación que incluyen, entre otras, una etapa de prensado isostático en caliente (hipping), o que emplean, al menos, una operación con alto grado de deformación plástica en caliente, generalmente extrusión en caliente.Mechanically alloyed aluminum (A1 AM) is a hard powder, whose particles are covered by films of aluminum oxides and / or hydroxides. This causes problems in powder consolidation processes, as it is difficult get a good direct contact between the metal particles proper. Therefore, consolidation takes place, normally, for complicated conformation processes that include, among others, a hot isostatic pressing stage (hipping), or that employ at least one operation with a high degree of hot plastic deformation, usually extrusion in hot.

Description of the invention

Esta invención permite obtener polvos compuestos (composites) de base aluminio, con los cuales pueden fabricarse, de un modo sencillo, piezas de alta resistencia (\sim530 MPa) y suficiente alargamiento (\sim2%). Además, conservan una buena resistencia a la tracción (\sim330 MPa) a 260ºC, con un incremento del alargamiento (\sim3.5%). Además, la posibilidad de variar el contenido de cobre, que puede alcanzar hasta un 30% Cu, permite introducir cambios importantes en las propiedades físicas de las piezas obtenidas, en particular, de las eléctricas y térmicas. Esto se traduce en que las piezas fabricadas sean susceptibles de uso en una amplia variedad de aplicaciones.This invention allows to obtain compound powders (aluminum based composites), with which they can be manufactured, of a simple mode, high strength parts (\ sim530 MPa) and sufficient elongation (\ sim2%). In addition, they retain a good tensile strength (~ 330 MPa) at 260 ° C, with a increase in elongation (\ sim3.5%). In addition, the possibility of vary the copper content, which can reach up to 30% Cu, allows to introduce important changes in the physical properties of the pieces obtained, in particular, from the electrical and thermal. This means that the manufactured parts are susceptible to Use in a wide variety of applications.

La molienda mecánica de polvos de base aluminio, mezclados con un pequeño porcentaje de una sustancia lubricante, generalmente grafito o compuestos de carbono, permite obtener polvos de materiales compuestos con una finísima dispersión de compuestos cerámicos, especialmente alúmina y carburo de aluminio. El contenido de dispersoides puede modificarse variando el porcentaje añadido de lubricante. Si la molienda tiene lugar, además, en presencia de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, que contengan nitrógeno en su composición, se puede producir, a su vez, una nitruración en distinto grado, del aluminio (procedimiento pendiente de patente). Para la detección de estos compuestos nitrurados por difracción de rayos X, puede ser necesario un calentamiento posterior del polvo
molido.The mechanical grinding of aluminum-based powders, mixed with a small percentage of a lubricating substance, usually graphite or carbon compounds, allows to obtain powders of composite materials with a very fine dispersion of ceramic compounds, especially alumina and aluminum carbide. The dispersoid content can be modified by varying the added percentage of lubricant. If the grinding takes place, in addition, in the presence of solid, liquid or gaseous substances, which contain nitrogen in their composition, a nitruration in different degree, of the aluminum, can be produced (patent pending procedure). For the detection of these nitride compounds by X-ray diffraction, a subsequent heating of the powder may be necessary
ground.

En el laboratorio de Metalurgia e Ingeniería de los Materiales, de la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla, se ha observado que piezas consolidadas de polvo compuesto reforzado por nitruros, gozan de buenas propiedades mecánicas. Pero, no obstante, estas pueden mejorarse, especialmente la ductilidad, si durante la molienda de los polvos de base aluminio, se adiciona un determinado porcentaje de polvo de cobre. En el polvo molido resultante, el cobre queda homogéneamente distribuido y contribuye a la mejora de las propiedades finales de las piezas consolidadas.In the Metallurgy and Engineering laboratory of the Materials, of the Higher School of Engineers of the University of Seville, it has been observed that consolidated pieces of nitride reinforced compound powder, enjoy good properties mechanical But, nevertheless, these can be improved, especially Ductility, if during the grinding of the base powders aluminum, a certain percentage of copper powder is added. In the resulting ground powder, copper remains homogeneously distributed and contributes to the improvement of the final properties of the consolidated pieces.

Los polvos preparados siguiendo la vía de esta patente son composites ceramo-metálicos que se obtienen por molienda de alta energía de una mezcla de polvo de base aluminio con polvo de cobre. Este último en un porcentaje de hasta un 30% en peso. En general, cuando se desea una buena combinación de propiedades mecánicas (resistencia a la tracción y alargamiento) el porcentaje de cobre no debe ser superior a un 4% Cu. Sin embargo, el porcentaje de cobre puede ser muy superior al 4%, si lo que se busca es una buena combinación de propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas.Powders prepared following the path of this patent are wax-metal composites that are obtained by grinding high energy of a powder mixture of Aluminum base with copper powder. The latter in a percentage of Up to 30% by weight. In general, when you want a good combination of mechanical properties (tensile strength and elongation) the percentage of copper must not exceed 4% Cu. However, the percentage of copper may be much higher than 4%, if what you are looking for is a good combination of properties Mechanical, thermal and electrical.

Normalmente, se añade, en la molienda, un cierto porcentaje de un lubricante o agente controlador del proceso, que, generalmente es carbono o un compuesto de este elemento. El porcentaje de lubricante añadido puede cambiar las características granulométricas, de composición química y de dureza de los polvos compuestos obtenidos por molienda. Si la molienda, además, se lleva a cabo en presencia de sustancias o compuestos, sólidos, líquidos o gaseosos, con un contenido en nitrógeno, expresado en átomos por ciento, superior al 2% (procedimiento pendiente de patente), el polvo compuesto obtenido es especialmente duro y presenta, por otra parte, muy buena sinterabilidad.Normally, some grinding is added percentage of a lubricant or process controlling agent, which, It is usually carbon or a compound of this element. He percentage of added lubricant can change the characteristics granulometric, chemical composition and hardness of powders compounds obtained by grinding. If grinding is also carried carried out in the presence of substances or compounds, solids, liquids or gaseous, with a nitrogen content, expressed in atoms by one hundred, greater than 2% (patent pending procedure), the compound powder obtained is especially hard and presents, on the other part, very good sinterability.

El polvo compuesto de base aluminio desarrollado en esta invención puede consolidarse para formar piezas sólidas mediante diversos procesos de conformación en caliente, tales como prensado y extrusión, prensado en caliente, sinterización por resistencia eléctrica, etc. Es de destacar que pueden emplearse procedimientos de consolidación muy simples, como es el caso de prensado uniaxial en frío, seguido de sinterización. Dicho procesado, además, permite obtener piezas finales que, generalmente, no requieren de etapas posteriores de mecanizado, con el consiguiente ahorro económico.The aluminum based composite powder developed in this invention it can be consolidated to form solid pieces by various hot forming processes, such as pressing and extrusion, hot pressing, sintering by electrical resistance, etc. It is noteworthy that they can be used very simple consolidation procedures, as is the case with cold uniaxial pressing, followed by sintering. Saying processed, in addition, allows to obtain final pieces that, generally, they do not require subsequent machining stages, with The consequent economic savings.

Otra variante de la fabricación de piezas a partir del polvo compuesto objeto de esta patente, o de cualquier polvo composite de base aluminio obtenido por otros procedimientos, consiste en la mezcla del polvo composite de base aluminio con un cierto porcentaje de polvo de cobre, como etapa previa al procesado de consolidación propiamente dicho. El porcentaje de polvo de cobre mezclado puede abarcar un amplio rango, dependiendo del uso de la pieza a fabricar, pero el contenido total de cobre no debe ser superior al 30%.Another variant of the manufacture of parts to from the compound powder object of this patent, or any aluminum based composite powder obtained by other procedures, It consists of mixing the aluminum-based composite powder with a certain percentage of copper dust, as a pre-processing stage consolidation itself. The dust percentage of Mixed copper can cover a wide range, depending on usage of the piece to be manufactured, but the total copper content must not be greater than 30%.

Las piezas consolidadas, siguiendo los dos procedimientos esbozados (molienda de polvo de aluminio y cobre, o bien mezcla de polvo de cobre con aluminio previamente molido) poseen una alta densificación, siendo la porosidad residual despreciable.The consolidated pieces, following the two outlined procedures (aluminum and copper powder grinding, or well mixing copper powder with previously ground aluminum) they have a high densification, the residual porosity being negligible.

Las piezas fabricadas, a partir del polvo de aluminio molido con polvo de cobre, estando presente, además, una sustancia o compuesto con un contenido en nitrógeno superior a 2 átomos %, tienen muy buenas características mecánicas. Así, las propiedades a tracción son muy superiores a las de las aleaciones pulvimetalúrgicas (PM) comerciales de base aluminio más comunes, ^{[1]} e incluso superiores a las de las aleaciones convencionales de aluminio para moldeo. ^{[2]} En la Tabla 1 se recogen las propiedades a tracción de varias de las mejores aleaciones incluidas en las referencias ^{[1]} y ^{[2]}. Los valores de resistencia y alargamiento de los materiales objeto de esta patente, designados como Al-NCu, recogidos en la Tabla 1, corresponden a piezas fabricadas según las condiciones expuestas en el apartado Un ejemplo de fabricación, indicado más adelante.The manufactured parts, from the dust of ground aluminum with copper powder, being present, in addition, a substance or compound with a nitrogen content greater than 2 atoms%, have very good mechanical characteristics. So, the tensile properties are far superior to those of alloys most common commercial aluminum based powder metallurgy (PM), ^ [1]} and even higher than those of alloys Conventional aluminum molding. [2] In Table 1, collect the tensile properties of several of the best alloys included in references ^ [1] and ^ [2]. The resistance and elongation values of the materials subject to This patent, designated as Al-NCu, collected in Table 1, correspond to parts manufactured according to the conditions set out in the section An example of manufacturing, indicated more ahead.

TABLE 1 Resistencias y alargamientos del material desarrollado en la invención (Al-NCu), aleaciones PM de aluminio, y aleaciones normalizadas de aluminio para moldeoResistances and elongation of the material developed in the invention (Al-NCu), alloys PM of aluminum, and standardized aluminum alloys for molding

AleaciónAlloy Resistencia, MPaResistance, MPa Alargamiento, %Elongation,% Aleación desarrollada Developed alloy Al-NCuAl-NCu 540540 22 601 AB-T6601 AB-T6 238238 22 Aleaciones Alloys 602AB-T6602AB-T6 186186 33 PM P.M 201 AB-T6201 AB-T6 332332 22 202AB-T8202AB-T8 280280 33

TABLA 1 (continuación)TABLE 1 (continuation)

AleaciónAlloy Resistencia, MPaResistance, MPa Alargamiento, %Elongation,% EN AC-21100-T6IN AC-21100-T6 300300 33 Para moldeo en For molding in EN AC-42200-T6IN AC-42200-T6 250250 1one arena sand EN AC-43300-T6IN AC-43300-T6 230230 22 EN AC-45300-T6IN AC-45300-T6 230230 <1<1 EN AC-21100-T6IN AC-21100-T6 330330 77 Para moldeo en For molding in EN AC-42200-T6IN AC-42200-T6 240240 33 coquilla coquilla EN AC-43300-T6IN AC-43300-T6 290290 44 EN AC-45300-T6IN AC-45300-T6 280280 <1<1

Si las propiedades a tracción se comparan con las de aleaciones convencionales de aluminio para forja ^{[3]}, Tabla 2, las aleaciones Al-NCu preparadas, según esta invención, también son más resistentes. Y esto pese a que las aleaciones comerciales para forja son ricas en elementos de aleación y, además, se han sometido a tratamientos térmicos de envejecimiento. Es destacable el buen comportamiento mecánico de la aleación 7075-T6, con 510 MPa de resistencia a la tracción y un 7% de alargamiento. Esta aleación supera en alargamiento, aunque no en resistencia, a la aleación objeto de esta invención (Al-NCu).If the tensile properties are compared with the of conventional aluminum alloys for forging [3], Table 2, Al-NCu alloys prepared, according to this invention, they are also more resistant. And this despite the fact that commercial alloys for forging are rich in elements of alloy and also have undergone heat treatments of aging. The good mechanical behavior of the 7075-T6 alloy, with 510 MPa resistance to traction and 7% elongation. This alloy exceeds in elongation, although not in resistance, to the alloy subject to this invention (Al-NCu).

TABLE 2 Resistencias y alargamientos del material desarrollado en la invención (AL-NCu), y aleaciones normalizadas de aluminio para forjaResistances and elongation of the material developed in the invention (AL-NCu), and alloys standardized aluminum forging

AleaciónAlloy Resistencia, MPaResistance, MPa Alargamiento, %Elongation, % Al-NCuAl-NCu 540540 22 EN AW-2014-T6IN AW-2014-T6 440440 66 EN AW-2024-T4IN AW-2024-T4 420420 88 EN AW-6082-T6IN AW-6082-T6 310310 66 EN AW-7075-T73IN AW-7075-T73 455455 66 EN AW-7075-T6IN AW-7075-T6 510510 77

No obstante, hay que tener en cuenta que la resistencia mecánica de las aleaciones de aluminio endurecidas por envejecimiento experimenta una fuerte disminución cuando trabajan a temperatura. Si el ensayo de tracción se realiza a 260ºC, la resistencia a tracción de la aleación Al-NCu es de 330 MPa, y, además, la ductilidad no sólo no disminuye, sino que aumenta del 2 al 3.5%. A título de ejemplo, y para resaltar el interés de estos resultados, basta compararlos con los de las aleaciones de aluminio convencionales para forja ^{[4]} recogidos en la Tabla 3. La aleación con mejor comportamiento a temperatura, 2219-T81, la resistencia a 260ºC es de 200 MPa, siendo la resistencia a temperatura ambiente de 455 MPa. Muy lejos, por tanto, de los 330 MPa alcanzados por las piezas Al-NCu. Es significativo el caso de la aleación de alta resistencia 7075-T6, que, a temperatura ambiente, tiene una resistencia a la tracción de 510 MPa, que es muy cercana a la del material Al-NCu (540 MPa). Sin embargo, en el ensayo de tracción en caliente, a 260ºC, la diferencia entre ambos materiales se amplia notablemente, ya que en la aleación 7075-T6 la resistencia es de sólo 75 MPa, mientras que la Al-NCu posee una resistencia a la tracción de 330 MPa.However, we must bear in mind that the mechanical strength of aluminum alloys hardened by aging experiences a sharp decline when they work to temperature. If the tensile test is performed at 260 ° C, the Al-NCu alloy tensile strength is 330 MPa, and, in addition, the ductility not only does not decrease, but increases from 2 to 3.5%. As an example, and to highlight the interest of these results, just compare them with those of the conventional aluminum alloys for forging [4] collected in Table 3. The alloy with the best temperature behavior, 2219-T81, the resistance at 260 ° C is 200 MPa, the resistance at room temperature being 455 MPa. Far away, therefore, of the 330 MPa reached by the pieces Al-NCu. The case of the alloy of high strength 7075-T6, which, at temperature Ambient, it has a tensile strength of 510 MPa, which is very close to that of the Al-NCu material (540 MPa). Without However, in the hot tensile test, at 260 ° C, the difference between both materials is widened remarkably, since in The 7075-T6 alloy strength is only 75 MPa, while Al-NCu has a resistance to the traction of 330 MPa.

TABLE 3 Resistencias a tracción, en MPa, a 25 y 260ºC, de la aleación Al-NCu, y de aleaciones de aluminio para forjaTensile strengths, in MPa, at 25 and 260 ° C, of the Al-NCu alloy, and aluminum alloys for forging

AleaciónAlloy 25ºC25ºC 260ºC260 ° C Al-NCuAl-NCu 540540 330330 2014-T62014-T6 483483 6666 2024-T62024-T6 475475 7575 2219-T622219-T62 400400 185185 2219-T812219-T81 455455 200200 2618-T612618-T61 440440 9090 7075-T67075-T6 510510 7575

Por tanto, las aleaciones de aluminio fabricadas según esta invención, tienen una serie de ventajas que pueden resumirse en:Therefore, manufactured aluminum alloys according to this invention, they have a number of advantages that can be summed up in:

\bullet?: Baja densidad. Debido a que la cantidad de cobre que es necesario añadir es, en general, muy pequeña, la densidad del material es similar a la del aluminio elemental (2.7 g/cm^{3}).Low density. Because the amount of copper that needs to be added is, in general, very Small, the density of the material is similar to that of aluminum elemental (2.7 g / cm3).

\bullet?: Sencillez del procesado. Para consolidar el polvo, puede bastar, en general, con un prensado en frío seguido de sinterización. De este modo se simplifica la consolidación de los polvos compuestos de base aluminio que, normalmente, se consolidan por complicados procesos, que incluyen una etapa de deformación en caliente.Simplicity of processing. For consolidate the powder, it can be enough, in general, with a pressing in cold followed by sintering. This simplifies the consolidation of aluminum based composite powders that, normally, they are consolidated by complicated processes, which include A hot deformation stage.

\bullet?: No precisan de tratamientos térmicos de envejecimiento, que, normalmente, son requeridos para el endurecimiento de las aleaciones convencionales de aluminio.They do not need treatments thermal aging, which, normally, are required for the hardening of conventional alloys of aluminum.

\bullet?: Alta resistencia a elevada temperatura, suministrada por una fina dispersión de partículas cerámicas.High resistance to high temperature, supplied by a fine dispersion of particles Ceramics

\bullet?: Una buena conductividad térmica y eléctrica, dependiendo del porcentaje de cobre añadido.Good thermal conductivity and electric, depending on the percentage of copper added.

An example of practical realization

El ejemplo que sigue es solamente una ilustración de las distintas posibilidades de obtener piezas de materiales compuestos de base aluminio, de alta resistencia, tanto a temperatura ambiente, como a elevada temperatura, a partir de polvos.The following example is only an illustration of the different possibilities of obtaining pieces of materials Aluminum based compounds, high strength, both at room temperature, as at high temperature, from powder.

El procesado primario de obtención del polvo de material compuesto de base aluminio se realiza por molienda en un molino de alta energía. Se coloca en el molino una mezcla formada por un 96.5% de polvo de aluminio elemental, un 0.5% de polvo de Cu y un 3% de cera EBS (etilen-bis-estearamida) en polvo. Todos esto porcentajes están expresados en % en peso. La cera EBS actúa como lubricante o agente controlador del proceso de molienda. La características mecánicas del polvo obtenido pueden modificarse cambiando el porcentaje de EBS añadido.The primary powder collection process Aluminum-based composite material is made by grinding in a high energy mill. A formed mixture is placed in the mill for 96.5% elemental aluminum powder, 0.5% Cu powder and 3% EBS wax (ethylene bis-stearamide) powder. All these percentages are expressed in% by weight. EBS wax It acts as a lubricant or controlling agent for the grinding process. The mechanical characteristics of the powder obtained can be modified changing the percentage of EBS added.

Tras extraer el aire del interior del molino, mediante un equipo de vacío, se llena con amoniaco en estado gaseoso con una sobrepresión, sobre la atmósférica, de 3x10^{4} Pa (0.3 bar), y se realiza la molienda de los polvos. Las condiciones de molienda se resumen en la Tabla 4. Estos valores tienen sólo un valor orientativo, ya que el polvo puede fabricarse empleando otras condiciones de molienda, incluido otro tipo de molino de alta energía.After extracting the air inside the mill, by means of a vacuum equipment, it is filled with ammonia in condition gas with an overpressure, over atmospheric, of 3x10 4 Pa (0.3 bar), and the grinding of the powders is carried out. The milling conditions are summarized in Table 4. These values they have only an indicative value, since the powder can be manufactured using other milling conditions, including other types of high energy mill.

TABLE 4 Condiciones orientativas de molienda del polvoGuiding conditions for grinding powder

Tipo de molinoKind of windmill Atrittor verticalVertical attrittor Razón de carga = masa bolas/masa polvoReason loading = dough balls / dough powder 50:150: 1 Bolas empleadasBalls used AceroSteel Velocidad del rotor, rpm.Rotor speed, rpm 500500 Refrigeración, ºCCooling, ºC Agua a 28ºCWater at 28ºC Tiempo de molienda, hGrinding time, h 55

El polvo molido se consolida mediante prensado uniaxial en frío, a 850 MPa, y sinterización, en vacío de 5 Pa, a 650ºC durante 1 hora. La buena sinterabilidad de los polvos y la formación de una fase líquida durante la sinterización permiten consolidarlos por diversos procesos de conformación en caliente, tal como prensado y extrusión en caliente, prensado en caliente, sinterización por resistencia eléctrica, etc.The ground powder is consolidated by pressing cold uniaxial, at 850 MPa, and sintering, in vacuum of 5 Pa, at 650 ° C for 1 hour. The good sinterability of the powders and the formation of a liquid phase during sintering allow consolidate them by various hot forming processes, such such as hot pressing and extrusion, hot pressing, sintering by electrical resistance, etc.

Claims

1. Procedure for obtaining compound powder Aluminum base by grinding a base powder mixture aluminum and copper powder, the percentage of the latter being not greater than 30% by weight of total.

2. Method for obtaining an aluminum based composite powder according to claim 1, characterized in that, in addition to the aluminum and copper base powders, other chemical elements or compounds may be added for grinding.

3. Procedure for obtaining an aluminum based composite powder according to claims 1 and 2, characterized in that the grinding is carried out in an ammonia atmosphere, either confined or in flow.

4. Procedure for obtaining an aluminum based composite powder according to claims 1-3, characterized in that the ammonia present in the milling can be replaced by solid, liquid or gaseous substances, whose nitrogen content, expressed in percent atoms, is greater than 2 %.

5. Process for obtaining an aluminum based composite powder according to claims 1-4, characterized in that a milling process controlling agent can be added, such as, for example, EBS wax (ethylene bis-steramide).

6. Aluminum based composite powders, characterized in that they are obtained with the process described in claims 1-5.

7. Parts made from the aluminum based composite powders obtained according to claim 6, characterized in that they are obtained after subjecting the composite powders to a hot forming process such as cold pressing and sintering, pressing and hot extrusion, pressing hot, sintering by electrical resistance, etc.

8. Method of manufacturing parts from aluminum based composite powders, obtained according to claim 6 or by any other method, characterized in that the composite powder is mixed with copper powder, the final copper content being less than 30% in weight, prior to consolidation processing. The consolidation process itself is carried out by hot forming, such as cold pressing and sintering, hot pressing and extrusion, hot pressing, electric resistance sintering, etc.

9. Parts of basic composite materials Aluminum manufactured according to claim 8.

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^{1}1: ASM Metal Handbook, ed. ASM International, vol 7, p. 741-742, (1990).ASM Metal Handbook, ed. ASM International, vol 7, p. 741-742, (1990).

^{2}2: UNE-EN 1706 "Aluminio y aleaciones de aluminio. Piezas moldeadas. Composición química y características mecánicas", ed. AENOR, diciembre 1998.UNE-EN 1706 "Aluminum and aluminum alloys. Molded parts. Composition chemistry and mechanical characteristics ", ed. AENOR, December 1998

^{3}3: UNE-EN 586-2. "Piezas forjadas de aluminio y aleaciones de aluminio. Parte 2: Propiedades mecánicas y otras propiedades exigidas", ed. AENOR, septiembre 1995.UNE-EN 586-2. "Forged aluminum and alloy parts of aluminum. Part 2: Mechanical properties and other properties required ", ed. AENOR, September 1995.

^{4}4: ASM Metal Handbook, ed. ASM International, vol 2, p. 26, 56, (1990).ASM Metal Handbook, ed. ASM International, vol 2, p. 26, 56, (1990).