ES2231637T3 - Material compuesto reforzado con fibras metalicas, asi como procedimiento para su produccion. - Google Patents

Abstract

Material compuesto reforzado con fibras metálicas constituido por capas metálicas (4) y capas de refuerzo (5) dispuestas alternativamente, unidas entre sí, caracterizado porque las capas de refuerzo (5) contienen fibras (7) de material metálico altamente resistente, que están dispuestas en forma de un entramado suelto tridimensional (6) con orientación arbitraria de las fibras entre las capas metálicas (4), para crear un exceso de material de fibras (7) en las capas de refuerzo (5), de manera que las fibras (7) en el material compuesto soldado mediante un proceso termomecánico se alargan en virtud del exceso de material en el entramado suelto (6).

Description

Material compuesto reforzado con fibras metálicas, así como procedimiento para su producción.

El presente invento se refiere a un material compuesto reforzado con fibras metálicas, así como a un procedimiento para la producción del mismo conforme a la reivindicación 1 o, respectivamente, 8.

Se conoce un gran número de materiales compuestos con matriz metálica, los cuales por lo regular contienen elementos de refuerzo en forma de partículas en forma de polvo, fibras cortas o largas. En parte, estos elementos están embutidos directamente en la matriz metálica o están pegados con ésta formando un material estratificado.

En la navegación aérea se utiliza, además, otro material compuesto, el cual se designa también "fibre metal laminate" (FML) (laminados de fibra y metal), cuya constitución se describe, por ejemplo, en el artículo de J.W. Gunning "GLARE: An Improved Damage Tolerance Material", Proceedings of 19^{th} European Conference on Materials for Aerospace Applications, Munich, Alemania, 6-8 de diciembre 2000. El material Glare es un material estratificado y se compone de un número de capas de aluminio y preformas de fibra de vidrio dispuestas alternativamente (Fig. 1). En este caso, como se sabe, la expresión "preforma" designa una estructura estratificada de fibras, previamente impregnada. En el material preforma, aquí utilizado, las fibras de vidrio están orientadas en dos direcciones que discurren perpendicularmente entre sí, designándose habitualmente las direcciones de las fibras con 0º y 90º. El número de fibras en dirección de 0º o, respectivamente, en dirección de 90º puede ser en este caso idéntica o diferente.

El grosor total del material Glare depende especialmente de las exigencias estructurales. Mientras que las capas de aluminio presentan normalmente un grosor de 0,2-0,5 mm, y los capas de las preformas un grosor de aproximadamente 0,125 mm, el espesor mínimo del material Glare es, por ejemplo, de 0,525 mm. Sin embargo, para aplicaciones prácticas es preferido un grosor de 0,85 mm.

Junto a esto, se han producido ya materiales Glare con un grosor de hasta 40 mm. El compuesto estratificado está laminado con un pegamento, normalmente una resina epoxídica durómera.

La ventaja del material Glare se encuentra especialmente en su potencial economizador de peso, de tal manera que principalmente encuentra aplicación en la técnica de la navegación aérea, por ejemplo como material para la superficie o, respectivamente, fuselaje del avión. Junto a esto, el material manifiesta una elevada tolerancia a los daños. Especialmente ofrece una resistencia mejorada frente a la formación de grietas, propagación de las grietas, y tenacidad de fractura (resistencia al reventado) en comparación con los materiales de Al para la navegación aérea, utilizados para el tabicado a presión del fuselaje. Con ello se mejora el periodo de vida útil, así como se reduce el peso en el caso de un dimensionado correspondiente.

Sin embargo, es una desventaja que el material Glare, en virtud de su estructura estratificada de diferentes tipos de material, sólo presenta una escasa resistencia al cizallamiento, de manera que el peligro de una deslaminación es elevado. Esto se acentúa, además, por el pegamento utilizado para la unión de la estructura estratificada, que sólo presenta una determinada resistencia límite. Por consiguiente, en el caso de esfuerzos de cizalla o de empuje, la posibilidad de carga del material es limitada. Esto conduce, por ejemplo, a que los taladros no sean estables. Es decir, los taladros previstos en el material se desgarran o se dilatan bajo el esfuerzo, de modo que la forma de los taladros se modifica de manera no deseada. Junto a esto, el material Glare, en virtud de la estructura estratificada descrita, es sensible a la humedad, y la utilización de diferentes tipos de material hace que el material compuesto no sea bien reciclable.

Otra desventaja es que la rigidez del material en determinadas direcciones es limitada en virtud de la especial orientación de las fibras. Además, la considerable anisotropía de las propiedades de resistencia limita marcadamente, de forma no deseada, las posibilidades de diseño ("tailoring").

Además, es desventajoso que la clásica elaboración ulterior del material para dar un producto semiacabado, por ejemplo mediante conformación, taladrado, tratamiento térmico, mecanización, soldadura, forja, etc., es extremadamente limitada, puesto que las fibras cerámicas utilizadas en el material de la preforma (por ejemplo fibras de vidrio, carbono, boro o SiC) no son adecuadas aquí para las formas de construcción integral del futuro. Junto a esto, el material Glare no es elaborable por técnicas de soldadura; esto es válido tanto para soldaduras en T (por ejemplo la unión Haut-Stringer) como también para soldaduras a tope.

El documento US 4.753.850 da a conocer un material compuesto reforzado con fibras metálicas a base de capas alternativas de un metal ligero, el cual está provisto de un chapeado por soldeo blando, laminado, y capas de esterillas de fibras altamente estables térmicamente con fibras orientadas de forma ampliamente paralela. Sin embargo, el material compuesto sólo se puede estirar hasta un máximo del 15%.

Por consiguiente, el presente invento se fundamenta en crear un material compuesto que no presente los inconvenientes anteriormente citados y presente propiedades de resistencia mecánica al menos parecidas, o mejores, que los materiales compuestos conocidos, que se pueda producir de manera sencilla y económica y, además de ello, se pueda reciclar bien.

El problema se soluciona por un material compuesto reforzado con fibras metálicas unidas entre sí, constituido por capas metálicas y capas de refuerzo dispuestas de manera alternativa, el cual se caracteriza conforme al invento porque las capas de refuerzo contienen fibras de material metálico de alta resistencia, las cuales están dispuestas en forma de un entramado suelto entre las capas metálicas, para crear un exceso de material de fibras en las capas de refuerzo, de tal manera que las fibras en el material compuesto, soldado por un proceso termomecánico, se alargan en virtud del exceso de material.

Por la incorporación de fibras metálicas de alta resistencia con una reserva suficiente de fibras se introduce directamente un refuerzo en el material compuesto. En este caso, las fibras metálicas inertes garantizan una compatibilidad con los habituales procesos de producción o, respectivamente, elaboración de este tipo de materiales compuestos (por ejemplo laminación, extrusión, conformación, mecanización, forja o soldadura), de modo que un material compuesto de esta clase se puede producir de forma considerablemente más sencilla y económica que los materiales compuestos conocidos. En virtud de la compatibilidad de las fibras, el material compuesto se caracteriza, además, por menores deficiencias estructurales en lo referente al módulo E o a la deslaminación. Además de ello, en virtud de la compatibilidad de las fibras se garantiza la posibilidad de reciclado.

Las capas metálicas se componen convenientemente de una aleación de metal ligero. Ésta tiene la ventaja de que el material compuesto conforme al invento presenta un elevado potencial de economización de peso y, por consiguiente, se adecúa muy bien para aplicaciones en construcciones ligeras.

Las fibras se componen convenientemente de un acero fino austenítico o endurecible por precipitación o de una aleación a base de níquel. Igualmente se puede utilizar una aleación metálica que sea más resistente que el material compuesto y que por una elaboración termomecánica ulterior a temperaturas de máximo 600ºC no sean dañadas de forma duradera. Las fibras pueden ser, por ejemplo, alambres de Ti, TiAl, FeAl, NiAl o Co. Los materiales citados tienen la ventaja de que presentan una relación de resistencia-tenacidad muy buena, de manera que los productos semiacabados producidos por el material compuesto conforme al invento, presentan una elevada resistencia. Junto a esto, especialmente los aceros finos presentan un comportamiento neutro frente a la corrosión en combinación con aluminio o magnesio.

Ventajosamente, el entramado suelto es una estructura trenzada, tejida o tricotada a partir de las fibras. De esta manera se puede garantizar con medios relativamente sencillos que en el interior de las capas de refuerzo exista un exceso de fibras suficiente, de modo que el entramado suelto, al soldar el material compuesto por laminación, se alarga en virtud del exceso de material de fibras y no en virtud de su propia capacidad de alargamiento.

Conforme a otra forma de realización, el entramado suelto es una estructura de tipo reticulado, enmarañada o hilada, producida a partir de las fibras. Esta forma de realización tiene la ventaja de que se puede producir de forma especialmente sencilla.

El problema del invento se soluciona, además, por un procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas, el cual se caracteriza conforme al invento porque las capas metálicas y las capas de refuerzo se disponen alternativamente para dar una estructura estratificada, conteniendo las capas de refuerzo fibras de material metálico de alta resistencia, las cuales se colocan en forma de un entramado suelto entre las capas metálicas para crear un exceso de material de fibras en las capas de refuerzo; y porque la estructura estratificada se une por un proceso termomecánico, por lo que la fibras se alargan en virtud del exceso de material y, de este modo, se suelda la estructura estratificada.

Este procedimiento se caracteriza especialmente por su sencilla técnica de proceso, de modo que esta clase de materiales compuestos reforzados con fibras metálicas se pueden producir de forma sencilla y económica. Además, es ventajoso que las fibras metálicas sean compatibles con los procedimientos de producción y elaboración típicos, de modo que sea posible una elaboración ulterior sencilla del material compuesto conforme al invento, en perfiles, chapas, productos semiacabados, etc. En virtud de las fibras metálicas de elevada resistencia incorporadas, se incrementa considerablemente la resistencia, el comportamiento a la fatiga y también el comportamiento a la fractura, a la progresión de grietas y el comportamiento a la fluencia de esta clase de perfiles, chapas, productos semiacabados, etc.

El proceso termomecánico es preferentemente una laminación en caliente o en frío. Por consiguiente, el procedimiento es flexible, puesto que la unión de la estructura estratificada no está limitada a un determinado proceso.

Además, es conveniente que las capas metálicas, antes de la unión de la estructura estratificada, se provean por laminación de una aleación de soldeo blando, siendo preferentemente la aleación de soldeo una aleación de AlSi12. Junto a ello, también se pueden utilizar otras aleaciones de soldeo de Al que se puedan recubrir por laminación. Por medio de una aleación de soldeo de este tipo se elude el comportamiento a la difusión o, respectivamente, a la soldadura por presión en caliente de las capas metálicas, generalmente mala, en virtud de las capas de recubrimiento de óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}), muy estables, que se forman en la superficie de las capas metálicas.

Especialmente ventajoso es cuando las capas metálicas se recubren por laminación antes de la propia elaboración o, respectivamente, antes de la disposición en una estructura estratificada. El proveer las capas metálicas de una aleación de soldeo es un modo de proceder sencillo y efectivo. Además, la utilización de capas metálicas que se hayan provisto de una aleación de soldeo se manifiesta de modo especialmente ventajoso, si antes de la laminación se calienta la estructura estratificada a una temperatura inferior a aproximadamente 600ºC, de modo que la aleación de soldeo se funda y conduzca a que la estructura estratificada se conglomere. De esta manera se consigue al mismo tiempo una estabilización de la estructura estratificada antes de la propia unión mediante laminación, de modo que se evita eficazmente un desplazamiento o, respectivamente, corrimiento de las capas durante la laminación y se pueda prescindir de dispositivos de sujeción adicionales.

Conforme a otra forma de realización ventajosa, las fibras se someten a un tratamiento de superficie con cinc, níquel o cobre o con otra capa de superficie que fomente la humectación. De esta manera, al unir la estructura estratificada, se puede controlar, además, la formación de la aleación de una manera sencilla.

El material compuesto conforme al invento se elabora después, de manera conveniente, a productos semiacabados de cualquier clase. En este caso encuentra aplicación, sobretodo, en la técnica aeronáutica, especialmente para recubrimientos del fuselaje y en sectores de la superficie del avión. Junto a esto, se puede utilizar en otras aplicaciones técnicas para vehículos en la técnica del armamento, así como para la producción de depósitos para el transporte.

A continuación, con ayuda de las figuras adjuntadas se ilustrará con más detalles el invento. En ellas se muestra:

Fig. 1 en representación esquemática la estructura de un típico material compuesto para aplicaciones en la navegación aérea conforme el estado actual de la técnica;

Fig. 2 el principio de construcción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme al presente invento;

Fig. 3a-c representaciones esquemáticas tridimensionales del entramado suelto dispuesto entre las capas metálicas;

Fig. 4a-c vistas en sección de la capa de refuerzo para ilustrar el aspecto del entramado suelto y de su exceso de material de fibras;

Fig. 5a-c vistas en sección del material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme al invento para ilustrar su producción; y

Fig. 6 una pieza de construcción producida a partir del material compuesto reforzado con fibras metálicas.

Como ya se ha mencionado al comienzo, la Fig. 1 muestra la constitución esquemática del material compuesto "Glare", el cual encuentra aplicación sobre todo en la navegación aérea. Este material compuesto se compone de un gran número de capas de aluminio y preformas 1 y, respectivamente, 2, dispuestas alternativamente, las cuales mediante una resina durómera están laminadas en forma de un material compuesto.

La Fig. 2 muestra en representación esquemática la constitución del material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme al invento. El material compuesto 3 se compone de un gran número de capas metálicas 4, así como de un gran número de capas de refuerzo 5, dispuestas alternativamente formando una pila. El número de capas se puede adaptar a las respectivas exigencias. En la Fig. 2, para fines de una mejor visibilidad, se representan sólo tres capas metálicas 4 y dos capas de refuerzo 5. Además, en la Fig. 2 las capas de refuerzo 5 se indican esquemáticamente por una "X" para diferenciar la clase de capas de refuerzo de la de las capas metálicas.

Las capas metálicas 4 son normalmente chapas de aleaciones de metales ligeros. Preferentemente, se utilizan aleaciones de aluminio de resistencia media a elevada. Pero también se pueden utilizar chapas de magnesio u otros materiales adecuados para la navegación aérea, en forma de chapas. Por consiguiente, el material compuesto conforme al invento es adecuado especialmente para aplicaciones en construcciones ligeras. En este caso, las capas metálicas se pueden adaptar a diferentes parámetros en lo referente a su estabilidad frente a la corrosión.

En contraposición con el estado actual de la técnica descrito al comienzo, las capas de refuerzo 5 contienen fibras 7 de material metálico de alta resistencia. Las fibras metálicas aportan consigo las propiedades necesarias que se requieren para la producción del material compuesto y para los procesos subsiguientes de su acabado técnico. Las fibras metálicas se componen típicamente de acero fino (por ejemplo 1.4548, 1.4541 o 1.4546) y están conformadas en forma de alambres. Preferentemente, se utilizan materiales de aceros finos austeníticos o endurecibles por precipitación en virtud de su comportamiento neutro frente a la corrosión, así como de su buena relación entre resistencia y tenacidad. El segundo tipo de material, por su comportamiento de endurecimiento (un endurecimiento por precipitación en el intervalo de temperaturas de 480-580ºC) es bien compatible con los procesos clásicos de recocido de disolución y otros procesos termomecánicos típicos para las aleaciones de aluminio. Junto a ello, se pueden utilizar también aleaciones a base de níquel o alambres de Ti, TiAl, FeAl, NiAl o Co. Las fibras producidas a partir de los materiales citados presentan preferentemente una configuración en forma de alambre y tienen un diámetro de aproximadamente 0,001 mm-1 mm. De modo particularmente preferido se utiliza un diámetro de alambre de 0,1 \pm 0,01 mm. En este caso, las fibras en forma de alambres se han conformado como un entramado suelto, el cual, a continuación, se describirá más detalladamente en relación con las Figs. 3 y 4.

La Fig. 3 muestra en representación esquemática diferentes formas de realización del entramado suelto, el cual en la Fig. 3 se designa con la marca de referencia 6. La Fig. 3a muestra un entramado suelto formado a partir de fibras 7 tejidas. Junto a ello, el entramado suelto puede ser también una estructura tricotada o trenzada a partir de las fibras 7, tal como se indica esquemáticamente en la Fig. 3b o, respectivamente, Fig. 3c. Para el entramado de fibras tricotado se puede utilizar una máquina tricotosa habitual en el comercio. Como se puede ver en las Figs. 3a-c, el entramado suelto tiene por lo regular un aspecto tridimensional. En este caso, en principio, la orientación de las fibras se puede ajustar arbitrariamente, de modo que de manera sencilla se puede conseguir un efecto multidireccional de las fibras. Esto tiene la ventaja de una capacidad de carga homogénea en todas las direcciones del espacio. Además, es esencial que las fibras metálicas 7 de alta resistencia no estén dispuestas de forma extendida entre las capas metálicas 4, sino que exista un suficiente exceso de material de fibras en las capas de refuerzo 5, lo cual se debe poner de manifiesto con la expresión entramado "suelto". Un exceso de material de fibras de este tipo es importante para la eficacia funcional del material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme al invento. Si no existiera este tipo de exceso de fibras, podría ocurrir que al unir por laminación la estructura estratificada 3, representada en la Fig. 2, se llegara a una fractura de las fibras 7, de modo que se reduciría claramente su función de refuerzo. Obviamente, el entramado suelto se puede producir también por una simple disposición de tipo reticular, un enmarañado o un hilado de fibras.

Para más ilustración del aspecto del entramado suelto y de su exceso de material de fibras, los dibujos de la Fig. 4 muestran en cada caso una vista en sección de una capa de refuerzo 5. Como ya se ha mencionado, las fibras 7 del entramado suelto 6 dispuestas en el interior de la capa de refuerzo 5 no se disponen de forma recta o, respectivamente, estirada entre las capas metálicas 4, lo cual en las Figs. 4a-4c se representa por una línea de trazos 8, en cada caso con fines comparativos, sino que se disponen, por ejemplo, en forma de zig-zag (Fig. 4a), de ondas (Fig. 4b) o en forma de espiral (Fig. 4c). Esto tiene como consecuencia, que la longitud total de cada fibra 7 individual es sensiblemente más larga en comparación con la disposición estirada, de modo que existe más material de fibras dentro de cada capa individual de refuerzo. De esta manera se garantiza con seguridad el exceso de material de fibras. Obviamente, las disposiciones descritas en relación con las Figs. 3a-3c y, respectivamente, Figs. 4a-4c, sirven únicamente como explicación, a modo de ejemplo, del concepto del invento, y no representan limitación alguna.

La estructura estratificada 3 representada en la Fig. 2 con el exceso de material en el interior de las capas de refuerzo 5, descrito anteriormente, se une mediante un proceso termomecánico (por ejemplo un proceso de laminación) para formar el material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme al invento. La reducción de grosor durante la laminación conduce a un alargamiento del material laminado, es decir a un alargamiento tanto de las capas metálicas como también de las capas de refuerzo. Una reducción de grosor del 50%, conduce normalmente en este caso a un alargamiento del 200%, de manera que la superficie a nivel de la unión, es decir a nivel del estrato, se duplica. En este caso, en el interior de las capas de refuerzo 5 las fibras 7 del entramado suelto 6 se estiran ampliamente en virtud de su exceso de material y no en virtud de su propio alargamiento. Además, durante la laminación, el material de base, es decir el material de las capas metálicas, el cual de forma ideal rodea por todos lados el entramado de fibras, es amasado a fondo para recristalizar a continuación, encapsulándose por completo el entramado de fibras en el material compuesto para su refuerzo. En virtud de las fibras metalúrgicamente inertes utilizadas, las cuales son compatibles con los procesos de producción de materiales de metales ligeros, por ejemplo laminación, forjado, extrusión, conformación, mecanización, soldadura, etc, -es decir, las fibras no se degradan en el intervalo de temperaturas de hasta máximo 600ºC- las fibras se pueden incorporar directamente en el conjunto para reforzar con ello, eficazmente, el material de base. Un producto semiacabado producido de un material compuesto de esta clase posee, por consiguiente, todas las propiedades positivas del material de base, en unión con las posibilidades positivas especiales que le confiere al material compuesto la incorporación de las fibras metálicas de alta resistencia (1000-2500 MPa o más), pero considerablemente dúctiles (en comparación con fibras cerámicas).

Además, es de reseñar que el proceso de laminación se puede llevar a cabo tanto por laminación en frío como también por laminación en caliente, de manera que el proceso de producción no se limita a un determinado proceso. Además de ello, esta etapa de elaboración se puede integrar, por ejemplo, de manera sencilla, en un proceso de extrusión, lo cual simplifica de nuevo la producción de perfiles y productos semiacabados a partir de un material compuesto reforzado con fibras metálicas, de esta clase.

A continuación, con ayuda de las Figs. 5a-5c se comenta en detalle el procedimiento de producción del material compuesto reforzado con fibras metálicas. En este caso, se describe una forma de realización alternativa que mejora especialmente una unión de la estructura estratificada representada en la Fig. 2, en donde la unión tiene lugar nuevamente con la resistencia del material de base.

Conforme a esta forma de realización alternativa, las capas metálicas, antes del proceso de laminación, se recubren adicionalmente con una aleación de soldeo blando. Esta aleación de soldeo sirve para eludir los problemas debidos a la estable capa de recubrimiento de Al_{2}O_{3} que se forma sobre las capas metálicas. Esta aleación de soldeo se indica en la Fig. 5a con el número de referencia 9 y es típicamente una aleación de AlSi12, la cual se aplica, por ejemplo, sobre la superficie de las capas metálicas mediante recubrimiento por laminación. Pero también se pueden utilizar otras aleaciones de Al aplicables por laminación. Para la formación del material compuesto reforzado con fibras metálicas se apilan nuevamente varias capas metálicas 4 y capas de refuerzo 5 dispuestas de forma alternativa, análogamente a la estructura estratificada mostrada en la Fig. 2 (véase la Fig. 5a). En este caso, adicionalmente, las fibras del entramado suelto se pueden activar metalúrgicamente en su superficie con cinc, níquel o cobre, para mejorar más la formación de la aleación y, respectivamente, la soldadura de la construcción estratificada.

Primeramente, la construcción estratificada mostrada en la Fig. 5a se calienta. Este calentamiento puede tener lugar, por ejemplo, en una etapa de trabajo separada, en un horno, preferentemente en vacío o bajo un gas protector. El calentamiento del conjunto estratificado conduce a la fusión total o parcial de la aleación de soldeo 9, cuya temperatura de fusión se sitúa en aproximadamente 580ºC. La aleación de soldeo fundida rodea las fibras en forma de alambres y se infiltra entre ellas. Esto tiene como consecuencia que las superficies de las capas metálicas 4 recubiertas con el molesto óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) se disuelvan, de modo que el efecto desfavorable de las capas de cubrición de Al_{2}O_{3} disminuye claramente. Al mismo tiempo, la fusión de la aleación de soldeo conduce a que la estructura estratificada en la superficie límite entre las capas metálicas y las capas de refuerzo se pegue hasta un cierto grado, de modo que el conjunto estratificado casi se aglomera por cocción. Con ello se evita eficazmente un desplazamiento o, respectivamente, corrimiento mutuo de las capas durante el proceso de laminación, sin que sean necesarios costosos dispositivos de sujeción. Además, por la aglomeración se impide la formación de burbujas por inclusiones de aire después de un recocido de disolución eventualmente llevado a cabo. El conjunto estratificado aglomerado se indica esquemáticamente en la Fig. 5b.

A continuación, la estructura estratificada representada en la Fig. 5b, tal como se indicó ya precedentemente, mediante un procedimiento de laminación en caliente o en frío se suelda por difusión o, respectivamente, por presión en caliente. En este proceso se entremezcla por amasado el material de base, el cual recristaliza a continuación, incluyendo de manera ideal el entramado de fibras para fines de refuerzo (Fig. 5c). Durante la laminación en caliente, que típicamente se lleva a cabo a temperaturas de 350ºC y 500ºC, se puede llegar durante breves instantes a una "fase líquida" de la aleación de soldeo y, ciertamente, cuando la temperatura asciende por encima del punto de fusión de la aleación de soldeo (es decir T>580ºC). Generalmente, la fase líquida sólo dura poco, puesto que por lo regular la aleación de soldeo solidifica de nuevo rápidamente.

Después de la laminación, el material compuesto se sigue elaborando en función del material de base utilizado. Si las capas metálicas se componen de una aleación de aluminio no endurecible, el conjunto se endereza, por ejemplo, por laminación en frío y, a continuación, se rebordea y se enfría. Si se utiliza, por ejemplo, una aleación de aluminio endurecible, pueden seguir las siguientes etapas de elaboración: laminación en frío, recocido de disolución, templado, enderezado y/o envejecimiento en caliente.

Ejemplo

Una típica chapa de aleación de aluminio para la navegación aérea está constituida por tres capas de chapa 4, así como por dos capas de refuerzo 5. En este caso, las capas de chapa antes de la laminación tienen un grosor de 4 mm y las capas de refuerzo tienen un grosor de aproximadamente 0,5 mm, de modo que el conjunto tiene un grosor total de aproximadamente 13 mm. Después de la laminación el material compuesto reforzado con fibras metálicas presenta un grosor de aproximadamente 6,5 mm. Las capas de refuerzo se pueden disponer en este caso de manera arbitraria dentro de la estructura estratificada. La Fig. 6 muestra una pieza constructiva del material compuesto conforme al invento con superficie escalonada, en donde la superficie lateral delgada "a" presenta una altura de aproximadamente 1,5 mm, y la superficie lateral gruesa "b" una altura de aproximadamente 5 mm. La capa de refuerzo "X" se ha dispuesto en este caso en la parte inferior para no perturbar la elaboración escalonada del conjunto. Por consiguiente, es posible la configuración de materiales compuestos arbitrarios, confeccionados a la medida.

Con ayuda del material compuesto conforme al invento se pueden incrementar considerablemente, por ejemplo, las importantes propiedades de resistencia a la fractura de chapas de recubrimiento y de vigas de sujeción que se incorporan en el fuselaje a presión en el eje longitudinal del avión. Junto a ello, es posible la incorporación de otras aplicaciones técnicas para la nevageción aérea, especialmente en donde sea necesaria una elevada resistencia, una elevada tenacidad de fractura y un buen comportamiento frente a los impactos. Además, el material compuesto reforzado con fibras metálicas también encuentra aplicación en la técnica de armamento o es adecuado para la producción de depósitos para transporte de cualquier tipo.

Claims (15)

1. Material compuesto reforzado con fibras metálicas constituido por capas metálicas (4) y capas de refuerzo (5) dispuestas alternativamente, unidas entre sí, caracterizado porque las capas de refuerzo (5) contienen fibras (7) de material metálico altamente resistente, que están dispuestas en forma de un entramado suelto tridimensional (6) con orientación arbitraria de las fibras entre las capas metálicas (4), para crear un exceso de material de fibras (7) en las capas de refuerzo (5), de manera que las fibras (7) en el material compuesto soldado mediante un proceso termomecánico se alargan en virtud del exceso de material en el entramado suelto
(6).

2. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque las capas metálicas (4) se componen de una aleación de metal ligero.

3. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras (7) se componen de un acero fino austenítico o endurecible por precipitación, o de una aleación a base de níquel.

4. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras (7) se componen de una aleación metálica, presentando la aleación metálica una mayor resistencia que las capas metálicas (4).

5. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras (7) son alambres de Ti, TiAl, FeAl, NiAl o Co.

6. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque el entramado suelto (6) es una estructura trenzada, tejida o tricotada a partir de las fibras (7).

7. Material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 1, caracterizado porque el entramado suelto (6) es una estructura de tipo reticular, enmarañada o hilada a partir de las fibras (7).

8. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas, caracterizado por

-

una disposición alternante de capas metálicas (4) y capas de refuerzo (5) para formar una estructura estratificada (3), conteniendo las capas de refuerzo (5) fibras (7) de material metálico de alta resistencia, que se incorporan en forma de un entramado suelto (6) tridimensional con orientación arbitraria de las fibras entre las capas metálicas (4), para crear un exceso de material de fibras (7) en las capas de refuerzo (5); y

-

unión de la estructura estratificada (3) por un proceso termomecánico, por lo que las fibras (7) se alargan en virtud del exceso de material en el entramado suelto (6), y la estructura estratificada (3) se suelda.

9. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 8, caracterizado porque el proceso termomecánico es una laminación en caliente o en frío.

10. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 8, caracterizado porque las capas metálicas (4) se proveen con una aleación de soldeo (9), siendo la aleación de soldeo (9) una aleación que se puede recubrir por laminación.

11. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 10, caracterizado porque las capas metálicas (4) se recubren por laminación.

12. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la estructura estratificada (3) antes o durante el proceso termomecánico se calienta a una temperatura inferior a 600ºC, de modo que la aleación de soldeo (9) se funde y conduce a una aglomeración de la estructura estratificada (3).

13. Procedimiento para la producción de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque las fibras (7) se tratan en superficie con cinc, níquel, cobre o con otra capa de superficie que fomente la humectación.

14. Producto semiacabado a partir de un material compuesto reforzado con fibras metálicas conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7.

15. Utilización de un material compuesto reforzado con fibras metálicas según una de las reivindicaciones 1 a 7, para el revestimiento del fuselaje en las cuadernas de refuerzo y en sectores de la superficie de los aviones, así como para aplicaciones técnicas de armamento, depósitos para transporte y otras aplicaciones técnicas para el tráfico.