PT87466B

PT87466B - Processo para a preparacao de um produto composito com matriz metalica e produto composito de matriz de liga de aluminio assim obtido

Info

Publication number: PT87466B
Application number: PT87466A
Authority: PT
Inventors: Andrew Willard Urguhart; Danny Ray White; Michael Kevork Aghajanian; David Kenneth Creber
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1993-07-30
Also published as: BG60257B2; BG60257B1; TW209880B; CZ284399B6; KR960008725B1; PL158056B1; YU46981B; FI882217A0; US4828008A; SU1838441A1; YU91688A; DK261288D0; CA1321905C; IE881434L; NO882093L; DE3850523T2; JPS6452040A; CZ322088A3; EP0291441B1; NO174973C

Description

Campo da Invenção (

A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de um compósito com matriz de metal, pela infiltração espori tãnea de uma massa permeável de material de enchimento cerâmico com um metal fundido e, mais especificamente, com uma liga de al£ minio fundido na presença de azoto. A invenção refere-se também a produtos compósitos comnBtriz de alumínio obtidos pelo processo referido.

Descrição da técnica anterior (

Os produtos compósitos que compreendem uma matriz metálica e uma fase de consolidação ou reforço, tais como produtos em partículas, filamentos, fibras, etc., niostram-se grandemente pro missores para uma variedade de aplicações porque combinam a resis^ tência e a dureza da fase de reforço, com a ductilidade e a tenacidade da matriz de metal. Genericamente, um produto compósito com matriz metálica apresentara, uma melhoria em propriedades tais como a resistência, a rigidez, a resistência ao desgaste por contacto e a manutenção da resistência ãs.altas temperaturas, per se, mas o grau em que serã possível melhorar qualquer propriedade da-2da depende, em grande parte dos constituintes específicos, das suas percentagens, em volume ou em peso, e do modo como são pro cessados na formação do produto compósito. Em certos casos, o produto compósito pode também ser mais leve. Os produtos compó sitos com matriz de alumínio, reforçados com produtos cerâmicos tais como carboneto de silício em partículas, em plaquetas ou na forma de filamentos (whiskers) por exemplo, têm interesse devido ã sua maior rigidez, resistência ao desgaste e resistência ãs al_ tas temperaturas em relação ao alumínio.

Vãrios processos metalúrgicos têm sido descritos para a fabricação de produtos compósitos com matriz de alumínio, que vão desde processos baseados nas técnicas metalúrgicas do põ , até aos que envolvem a infiltração líquido-metal, por exemplo por vazamento sob pressão. Nas técnicas de metalurgia do põ, misturam-se o metal em forma de pÓ e o material de reforço na forma de põ, filamentos, fibras cortadas em pedaços, etc., e depois com primem-se afrio e sinterizam-se, ou comprimem-se a quente. A percen tagem, em volume, mãxima do produto cerâmico nos produtos compósitos com matriz de alumínio reforçados com carboneto de silício, prodij zidos por este processo, tem referida como sendo de 25 por cento, em volume, no caso dos filamentos (whiskers), e 40 por cento, em volume, no caso de materiais em partículas.

A produção de produtos compósitos de matriz metálica, por metalurgia do põ, utilizando os processos convencionais, impõe certas limitações com respeito ãs características dos produtos obteníveis. A percentagem, em volume, da fase cerâmica no prod£ to compósito estã tipicamente limitada a mais ou menos 40 por ce£ to. Também, a operação da compressão põe um limite ãs dimensões

-3possiveis na prática. Apenas são possíveis formas do produto re lativamente simples, sem processamento subsequente (por exemplo, modelação ou maquinagem), ou sem recorrer a prensas comp1exas.Tam bém pode verificar-se uma contracção não uniforme durante a sinte rização, bem como falta de uniformidade da microestrutura, devido a segregação no desenvolvimento dos compactos e dos grãos.

A patente americana, 3 970 136, concedida a 20 de Julho de 1 976 a J. C. Cannel et al . , descreve um processo para formar um produto compósito com matriz metálica incorporando um reforço fibroso, por exemplo, filamentos de carboneto de silício ou de £ lumina, tendo um padrão pre-determinado da orientação das fibras. 0 produto compósito e produzido colocando mantos ou feltros paralelos de fibras coplanares num molde com reservatório de metal da matriz fundido, por exemplo, aluminio, entre pelo menos alguns dos mantos, aplicando pressão para forçar o metal fundido a penetrar nos mantos e a envolver as fibras orientadas. 0 metal fundido pode ser vazado sobre a pilha de mantos, enquanto é forçado, sob pressão, a escoar-se entre os mantos. Têm sido referidas cargas de ate mais ou menos 50%, em volume, de fibras de reforço no produto compósito.

processo de infiltração atrãs descrito, tendo em vista a sua dependência de uma pressão exterior para forçar o metal fundido da matriz, através da pilha de mantos de fibras, esta sujeito ãs inseguranças dos processos de escoamento induzido pela pressão, ou seja, ãs possíveis falta de uniformidade da formação da matriz, porosidade, etc. A não uniformidade das caracteristicas é possível embora possa introduzir-se o metal fundido numa multiplicidade de pontos ou locais do agregado fibroso. £ portanto

necessãrio proporcionar disposições complicadas dos mantos e do reservatório e dos trajectos de escoamento para conseguir obter uma penetração uniforme e adequada na pilha de mantos de-fibras. Por outro lado, o processo de infiltração sob pressão apenas per· mi te obter um reforço relativamente pequeno , da percentagem, em volume, de matriz, devido à dificuldade de infiltrar um grande vq lume de mantos. Além disso, são necessários moldes para conter o metal fundido sob pressão, o que aumenta os custos do processo . Finalmente, o processo atrás referido, limitado ã infiltração de partículas ou fibras alinhadas, não é dirigido para a formação de produtos compósitos com matriz metálica de alumínio reforçados com materiais sob forma de partículas, filamentos ou fibras, orientados aleatoriamente.

Na fabricação de produtos compósitos com enchimento de alumina e matriz de alumínio, o alumínio não molha facilmente a alumina, tornando assim difícil a formação de um produto coerente. A tecnologia conhecida até aqui sugere várias soluções para este problema. Uma dessas soluções consiste em revestir a alumina com um metal volátil (por exemplo, níquel ou tungsténio), que é depois comprimido a quente, juntamente com o alumínio. Numa outra técnica, o alumínio forma uma liga com o lítio e a alumina pode ser revestida com sílica. No entanto, esses produtos compósitos apresentam variações nas propriedades, ou os revestimentos podem degradar o material de enchimento, ou a matriz contém lítio, que pode afectar as propriedades do metal.

A patente americana 4 232 091 de R. W. Grimshaw et al., vence Qertas dificuldades da tecnologia conhecida para a produção de produtos compósitos com matriz aluminio-alumina. Esta patente

-5- ~ 2 descreve a aplicaçao de pressões de 75-375 Kg/cm para forçar o alumínio (ou a liga de alumínio) a introduzir-se num manto de f_£ bras ou filamentos de alumina, que foi pre aquecida a 700 a 1050°C. A relação volumétrica máxima entre a alumina e o metal, na peça moldada sólida resultante foi de 0,25/1. Devido a sua dependência da for; ça externa para obter a infiltração, este processo está sujeito a muitas das mesmas deficiências que o processo de Cannell etal.

A publicação do pedido de patente europeia, N9 115 742 , descreve a produção de produtos compósitos de alumínio-alumina,

V especialmente utilizáveis como os componentes de células electrolíticas, pelo preenchimento dos espaços vazios de uma matriz de alumina prê-modelada, com alumínio fundido. 0 referido pedido de patente dã realce ã falta de molhabi1idade da alumina pelo alumí nio, sendo, por conseguinte, empregadas várias técnicas para molhar a alumina em todo o pré-molde. Por exemplo, reveste-se a a^ lumina com um agente de molhamento de um diboreto de titanio , zircónio, hãfnio, ou niobio, ou com um metal, isto ê, lítio, ma£ nêsio, cálcio, titanio, crómio, ferro, cobalto, níquel, zirconio ζ ou háfnio. Usam-se atmosferas inertes, tais coroo de a^zrgon, para facilitar o molhamento e a infiltração. Esta referência apreseji ta também a aplicação de pressão para fazer coro que o alumínio fundido penetre num pré-molde não revestido. A este respeito, a infiltração faz-se evacuando os poros e, depois aplicando uma ✓

pressão ao alumínio fundido numa atmosfera inerte, por exemplo de áVgon. Como alternativa, pode fazer-se a infiltração do pré-molde por deposição de alumínio na fase de vapor para molhar a super. fície antes de se preencher os espaços vazios por infiltração com alumínio fundido. Para garantir a retenção do alumínio nos poros do pré-molde, ê necessário um tratamento térmico , por exemplo ,

a 1400 a 1800°C, no vácuo ou em argon.Caso contrário, quer a exposição do material filtrado sob pressão ao gãs quer a retirada da pressão de infiltração produzirão uma perda de alumínio do corpo.

uso de agentes de molhamento para efectuar a infiltração de um componente de alumina numa célula electrolítica com me tal fundido, é também apresentado na publicação do pedido de patente europeu N9 94353. Esta publicação descreve a produção de alumínio por e1ectroextracção numa célula electrolítica com um alimentador de corrente catódica, na forma de um revestimento da célula ou substrato. Para proteger este substrato da criolite fundida, aplica-se ao substrato de alumina um revestimento fino de uma mistura de um agente de molhamento e um supressor da solubilidade, antes de por a célula em funcionamento ou enquanto está imerso no alumínio fundido produzido pelo processo elctrolitico. Os agentes de molhamento apresentados são o titânio, o zircõnio, o hãfnio, o silício, o magnésio, o vanãdio, o cromio, o niõbio ou o cálcio, sendo o titânio considerado o agente preferido. Compostos de boro, carbono e azoto são descritos como utilizáveis para a supressão da solubilidade dos agentes de molhameri to no alumínio fundido. A referência não sugere porém a produção de produtos compósitos com matriz metálica, nem sugere a formação de um tal produto compósito em atmosfera de azoto.

Além da aplicação de pressão, e dos agentes de molhamento, foi revelado que um vãcuo aplicado auxiliará a penetração de alumínio fundido no compacto cerâmico poroso. Por exemplo, a pateni te americana, 3 718 441, concedida em 27 de Fevereiro de 1973 a R. L. Landingham, relata a infiltração e um compacto cerâmico (.por exemplo, carboneto de boro, alumina e óxido de berílio), coro alumínio, berílio, magnésio, titânio, vanãdio, níquel ou cromo,

fundidos, sob um vácuo inferior a 10⁶torr. Um vácuo de 10~² ate 10~θ torr deu como resultado um molhamento da cerâmica pelo metal fundido, ate ao ponto de o metal não se escoar livremente para dentro dos espaços vazios da cerâmica. No entanto, afirmou-se que o molhamento melhorou , quando se reduziu o vácuo para menos de 1θθ torr.

A patente americana 3.864.154, concedida em 4 de Fevereiro de 1975, a G. E. Gazza et al., apresenta igualmente o uso do ( vácuo para obter a infiltração. Esta patente descreve a carga de um compacto de po de AlB^ comprimido a frio, num leito de põ de alumínio comprimido a frio. Colocou-se depois alumínio adicional no topo do compacto de põ de AlB^· θ cadinho, carregado com o compacto de AlB^ ensanduichado entre as camadas do põ de alumí nio, foi posto num forno no vácuo. Evacuou-se o forno ate aproxj_ -5 madamente 10 torr para permitir a desgasificaçao. Elevou-se depois a temperatura ate 1100°C e manteve-se este valor por um período de três horas. Nestas condições, o alumínio fundido pene. trou no compacto de AlIB^ poroso.

Como atrás se mostrou, a tecnologia conhecida ate aqui baseia-se no uso da pressão, , do vácuo ou dos agentes de molhamento aplicados, para efectuar a infiltração do metal numa massa de cerâmica. Nenhuma das tecnologias mencionadas discute nem sequer sugere a infiltração do material cerâmico com ligas de alum_T nio fundido a pressão atmosférica.

Sumário da Invenção processo segundo a^presente invenção compreende a pròd£ ção de um produto compósito com matriz metálica por infiltração

-8de uma massa permeável dématerial de enchimento de cerâmica ou de material de enchimento revestido de cerâmica com alumínio fundido conteji do pelo menos a cera de 1%, em peso, de magnésio e, preferivelmente, no mínimo cerca de 3%, em peso. A infiltração ocorre espontaneamente sem a necessidade de uma pressão externa ou um vácuo elevado. Um suprimento da liga de metal fundida é posto em contacto com a massa do material de enchimento a temperatura de pelo menos cerca de 700°C, na presença de um gás compreendendo entre mais ou menos 10 e 100% e, preferivelmente, pelo menos ce£ ca de 50%, em volume de azoto, sendo o gás restante, não oxidante, por exemplo .ãrgon, Nestas condições, a liga de alumínio fun dido infiltra-se na massa da cerâmica, ãs pressões atmosféricas normais, para formar um produto compósito matriz de alumínio. Quaji do se tiver infiltrado a quantidade desejada do material cerâmico com a liga fundida, baixa-se a temperatura para solidificar a liga, formando assim uma estrutura com matriz metálica sólida, que encaixa o material cerâmico de reforço. Usualmente ,e de preferéji cia, o fornecimento de liga fundida feito será suficiente para permitir que a infiltração prossiga essencialmente até aos 1im£ tes da massa de cerâmica. A quantidade de material de enchimento de cerâmica nos produtos compósitos com matriz alumínio produzidos segundo a presente invenção pode ser muito elevada. As reljj ções entre o material de enchimento e a liga podem aqui atingir valores superiores a 1:1.

Numa forma de realização, fornece-se à massa de cerâmica uma quantidade de liga de alumínio fundido dispondo-se uma massa de liga, adjacente ou em contacto com um leito permeável do material de enchimento de cerâmica. Expõem-se a liga e o leito ao gas contendo azoto, a uma temperatura acima do ponto de fusão da

-9liga, na ausência de pressão ou vãcuo aplicados, de modo que a li_ ga fundida infiltra-se espontaneamente no leito adjacente ou envolvente. Por redução da temperatura ate abaixo do ponto de fusão da liga, obtêm-se uma matriz sólida de liga de aluminio encaixando a cerâmica. Compreender-se-ã que pode colocar-se um corpo solido da liga de aluminio adjacente ã massa de material de enchimento sendo então o metal fundido e podendo infiltrar-se na massa ou podendo a liga ser fundida separadamente e depois vazada contra a massa de material de enchimento.

t

Os produtos compósitos com matriz de aluminio produzidos s£ gundo a presente invenção contêm tipicamente nitreto de alumínio na matriz de alumínio como uma fase descontínua. A quantidade de nitreto na matriz de alumínio pode variar em função de factores tais como a escolha da temperatura, a composição da liga, a composição do gás material de enchimento da cerâmica. Além disso, se se prolongar a exposição a temperatura elevada na atmosfera nitre tante depois de estar completada a infiltração, pode formar-se nitreto de alumsnio nas superfícies expostas do produto compósito.

^k A quantidade de nitreto de alumínio dispersada, bem como a profuri didade de nitretação ao longo das superfícies exteriores, podem fa^ zer-se variar controlando um ou mais factores no sistema, por exem pio, a temperatura, tornando-se assim possível estabelecer de aji temão certas propriedades do produto compósito ou proporcionar um produto compósito com matriz de alumínio com uma película de nitreto de alumínio como superfície de desgaste, por exemplo.

A expressão gás não oxidante restante, tal como aqui é utilizada, indica que todo o gas existente além do azoto elementar e ou um gas inerte ou um gás redutor que ê substancialmente

-10não reactivo com o alumínio, nas condições do processo. Qualquer gãs oxidante (outro que não o azoto) que possa estar presente como impureza no gãs ou gases utilizados, é insuficiente para oxidar o metal em grau substancial.

Deve entender-se que se pretende que os termos cerâmica, material cerâmico, ou material de enchimento de cerâmica in cluem os materiais de enchimento de cerâmica per se, tais como fibras de alumina ou de carboneto de silício, e materiais de enchimento revestidos com cerâmica, tais como fibras de carbono revestidas com alumina ou carboneto de silício para proteger o carbono do ataque pelo metal fundido. Além disso, deve entender-se que o alumínio utilizado no processo pode ser substancialmente puro ou o alumínio comercialmente puro, ou em liga, podendo também ser sob a fo£ ma de liga com outros constituintes tais como o ferro, o silício, o cobre, o manganês, o crómio, etc.

Breve Descrição dos Desenhos r Nos desenhos anexos, que ilustram as microestruturas de produtos compósitos com matriz de alumínio, produzidos pelo processo segundo a presente invenção:

a figura 1 é uma microfotografia tirada com a ampliação de 400 vezes de um produto compósito de matriz de alumínio reforçado com alumina, produzido a 850°C, substancialmente segundo o exemplo 3;

a figura 2 ê uma microfotografia tirada com a ampliação de 400 vezes de um produto compósito com matriz de alumínio, refor •Çado por alumina substancialmente de acordo com o exemplo'3a, mas, a uma

-11temperatura de 900°C, durante um período de 24 horas; e a figura 3 ê uma microfotografia tirada com a ampliação de 400 vezes, de um compósito com matriz de alumínio reforçada por alumina (utilizando partículas de alumina um tanto mais grosseiras ou seja, com dimensões de 90 mesh em comparação com as dimensões de 220 mesh), produzido substancialmente segundo o exemplo 3b, mas a uma temperatura de 1000°c _e durante um período de 24 horas.

Descrição Pormenorizada

De acordo com o processo segundo a presente invenção, uma liga de alumínio-magnésio no estado fundido é posta em contacto com ou fornecida para uma superfície de uma massa permeável de ma terial cerâmico,por exemplo, partículas de cerâmica, filamentos ou fibras de cerâmica, na presença de um gas contendo azoto, infiltrando-se a liga de alumínio fundido espontânea e progressivamente na massa de cerâmica permeável. A extensão da infiltração espontânea e da formação da matriz metálica variará segundo as condições do processo , como adiante se explica com mais pormenor. A infiltração espontânea da liga na massa de cerâmica tem como consequência um produto compósito no qual a matriz de liga de alumínio encaixa o material de cerâmica.

De acordo com o pedido de patente americana, copendente e do mesmo cessionário, N9 818 943, depositado em 15 de Janeiro de 1986, por M. S. Newkirk et al., tinha sido anteriormente constatado que o nitreto de alumínio se forma na e cresce a partir da superfície livre de um corpo de liga de alumínio fundida, quari do esta for exposta a uma atmosfera nitretante, por exemplo, de

-12gãs de formação (uma mistura de azoto/hidrogenio na proporção de 96/4, em volume). Além disso, segundo o pedido de patente americano copendente e concedida ao mesmo cessionário, Ν9 819 397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, por M. S. Newkirk et al., verificou-se que uma estrutura de matriz de cristalitos de nitreto de alumínio interligados, forma no interior de uma massa porosa, de partículas de material de enchimento, cujos poros são atrave£ sados por gãs de formação, quando a massa foi mantida em contacto com uma liga de alumínio fundido. Por conseguinte, foi surpreeji dente a descoberta de que, numa atmosfera de nitretante, uma liga de alumínio-magnésio fundida, se infiltra espontaneamente uma ma£ sa permeável de material cerâmico, para formar um produto compósito de matriz metálica.

Nas condições usadas no processo segundo a presente invenção a massa ou corpo de cerâmica é suficientemente permeável para, permitir que o azoto penetre no corpo e entre em contacto com o metal fundido e aceite a infiltração do metal fundido, pelo que o material cerã mico cujos poros foram atravessados pelo azoto é espontaneamente infiltrado com a liga de alumínio fundido para formar um produto compósito de matriz alumínio. A extensão da infiltração espontânea e da formação da matriz metálica variará com um dado conjunto de condições de processo, isto Ó, com o teor de magnésio na liga de alumínio, a presença de componentes adicionais sob a forma de liga, as dimensões , a condição da superfície e o tipo do material de enchimento, a concentração de azoto no gas, o tempo e a temperatura. Para que a infiltração do metal fundido se verifique espontaneamente, o alumínio forma liga com o magnésio, pelo menos cerca de 1% e, preferivelmente, no mínimo cerca de 3%, com base no peso da liga. Um ou mais componentes de liga auxiliares, por

-13exemplo o silício, o zinco ou o ferro, podem ser incluídos na liga, o que pode afectar a quantidade mínima de magnésio que pode, ser usada na liga. Sabe-se que determinados elementos podem vol£ tizar-se a partir de uma massa de alumínio em fusão, o que depende do tempo e da temperatura e, portanto, durante o processo segundo a presente invenção, pode verificar-se a volatização de maç[ nésio, bem como de zinco. É pois desejável, utilizar liga conteni do inicialmente pelo menos cerca de 1%, em peso, de magnésio. 0 / processo é conduzido na presença de uma atmosfera de azoto conten

V.

do pelo menos cerca de 10 por cento, em volume de azoto, sendo o restante um gás não oxidante nas condições do processo. Após a infiltração substancialmente completa da massa cerâmica, solidifj; ca-se o metal, por exemplo, por arrefecimento na atmosfera de az£ to, formando assim uma matriz de metal sólida que encaixa substaji cialmente o material de enchimento de cerâmica. Pelo facto de a liga de alumínio-magnésio molhar a cerâmica, é de esperar uma boa ligação entre o metal e a cerâmica, o que, por sua vez, pode conduzir a propriedades aperfeiçoadas do produto compósito.

c . , teor mínimo do magnésio na liga de alumínio utilizável na produção de um produto compósito com matriz metálica com material de enchimento de cerâmico, depende de uma ou mais variáveis tais como, a temperatura do processamento, o tempo, a presença , de elementos auxiliares formadores da liga, tais como o silício ou o zinco, a natureza do material de enchimento cerâmico, e o teor de azoto, da corrente de gás. Podem usar-se temperaturas mais baixas ou tempos, de aquecimento mais curtos quando se aumentar o teor de magnésio da liga. Também, para um dado teor de magnésio, a adição de certos elementos de liga auxiliares, tal c£ mo o zinco, permite o uso de temperaturas mais baixas. Por exem-14plo, um teor de magnésio no extremo inferior da faixa operãvel , por exemplo, de cerca de 1 a 3 por cento, em peso, pode ser usado em conjunção com, pelo menos, um entre os factores seguintes: temperatura do processamento acima do mínimo, elevada concentração de azoto , nitrogénio ou um ou mais elementos de liga auxilia^ res. As ligas com cerca de 3 a 5 por cento, em peso, de magnésio, são preferidas, com base em sua utilidade geral, numa grande variedade de condições do processo, sendo preferido pelo menos cer ca de 5%, quando são utilizadas temperaturas mais baixas e períodos de tempo mais curtos. Podem usar-se teores de magnésio superiores a cerca de 10%, em peso, na liga de alumínio para moderar as condições de temperatura necessárias para a infiltração. 0 teor de magnésio pode ser reduzido quando utilizado em conjunção com um elemento de liga auxiliar, mas esses elementos desempenham apenas uma função auxiliar, e são utilizados juntamente com a quaji tidade de magnésio acima especificada. Por exemplo, não houve substancialmente qualquer infiltrar de alumínio nominalmente puro, em liga com somente 10% de silício, a 1000°C, num leito de Cry£ tolon (carboneto de silício puro a 99%, da NORTON CO.) de

500 mesh.

uso de um ou mais elementos de liga auxiliares, e a con, centração de azoto no gas envolvente também afectam o grau de nitretação da matriz de liga, a uma dada temperatura. Por exemplo pode usar-se o aumentando da concentração de um elemento de liga auxiliar, tal como o zinco ou o ferro na liga, para reduzir a tem peratura de infiltração e, desse modo diminuir a formação de nitreto, ao passo que pode usar-se o aumento da concentração de az£ to no gãs para promover a formação do nitreto.

A concentração de magnésio na liga tende também a afec.tar

-15o grau de infiltração a uma dada temperatura. Consequentemente, prefere-se incluir pelo menos cerca de três por cento, em peso , de magnésio na liga. Teores de liga abaixo desta quantidade, por exemplo, um por cento, em peso, de magnésio, tendem a exigir temperaturas do processo mais elevadas ou um elemento de liga auxiliar para a infiltração. A temperatura necesssãria para efectuar o processo de infiltração espontânea, segundo a presente invenção pode ser mais baixa quando se aumentar o teor de magnésio na liga, por exemplo até pelo menos cerca de 5 por cento, em peso, ou quaji do estiver presente um outro elemento tal como o zinco ou o ferro na liga de alumínio. A temperatura também pode variar com diferentes materiais cerâmicos. Em geral, a infiltração espontânea e progressiva ocorrera a uma temperatura do processo de pelo menos cerca de 700°C e , preferivelmente, de pelo menos cerca de 800°C. Temperaturas geralmente excedendo os 1200°C não parecem beneficiar o processo, tendo-se verificado que uma gama de temp£ raturas especialmente utilizável estã compreendida entre cerca de 800 e 1200°C.

e

No processo segundo a presente invenção, fornece-se uma liga de alumínio fundido a uma massa de material cerâmico perme£ vel , na presença de um gás contendo azoto, mantido durante todo o tempo necessário para obter ainfi1 tração. Isso consegue-se mantendo um fluxo continuo de gás em contacto com o conjunto de mat£ rial cerâmico e liga de alumínio fundido. Embora o caudal do gãs contendo azoto não seja critico, prefere-se que esse caudal seja suficiente para compensar qualquer perda de azoto da atmosfera , devido à formação de nitreto na matriz de liga, e também para impedir ou inibir a entrada de ar que pode ter um efeito oxidante sobre o metal fundido.

Como atrás se mencionou, o gãs contendo azoto compreende pelo menos cerca de 10 por cento, em volume, de azoto. Constatou-se que a concentração de azoto pode afectar a taxa de infiltração. Mais particularmente, os períodos de tempo necessários para obter a infiltração tendem a aumentar quando diminui a conceji tração de azoto. Como se mostra no Quadro I (abaixo), para os exemplos 5-7, o tempo requerido para infiltrar alumina com liga de alumínio fundido contendo 5% de magnésio e 5% de silício a 1000°C, aumentou quando diminuiu a concentração de azoto. A infiltração fez-se em cinco horas, utilizando gãs com 50 por cento, em volume de azoto. Este período de tempo aumentou para 24 horas com um gãs com 30 por cento, em volume de azoto e para 72 horas com um gãs com 10 por cento, em volume de azoto. Preferivelmente, o gãs tem substancialmente 100% de azoto. As concentrações de azoto no extremo inferior da faixa efectiva, ou seja, inferio^ res a cerca de 30 por cento, em volume, geralmente não são prefe ridos devido aos tempos de aquecimento, mais longos necessários para obter a infiltração.

processo segundo a presente invenção é aplicável a uma amplc variedade dos materiais cerâmicos, dependendo a escolha do material de enchimento de factores tais como a liga de alumínio, as condições do processo, a reactividade do alumínio fundido com o material de enchimento e as propriedades pretendidas para o prod£ to compósito final. Estes materiais incluem (a) Óxidos, por exem pio alumina, Óxido de magnésio, Óxido de titãnio, óxido de zircõnio e óxido de hãfnio; (b) carbonetos, por exemplo carboneto de silício e carboneto de titãnio; (c) boretos, por exemplo diboreto de titãnio, dodecarboreto de alumínio e (d) nitretos, por exemplo nitreto de alumínio, nitreto de silício e nitreto de zircõnio. Se

-17houver a tendência para o material de enchimneto reagir com liga de alumínio fundido, isso pode ser compensado minimizando o tempo de infiltração e a temperatura, ou proporcionando um revestimento não reactivo no material de enchimento. 0 material de enchimento pode compreender um substrato, tal como carbono ou qualquer outro material não cerâmico, levando uma cobertura de cerâmica para proteger o substrato de um ataque ou degradação. Os revestimentos cerâmicos adequados incluem os Óxidos, carbonetos, b£ retos e nitretos. As cerâmicas preferidas para usar no processo segundo a presente invenção incluem alumina e carboneto de silício na forma de partículas, plaquetas, filamentos e fibras. As fibras podem ser descontínuas (na forma reduzida' a pedaços) ou em forma de filamento contínuo, tais como estopas mui tifi1amentos. Além disso, a massa de cerâmica ou o prê-molde podem ser homogéneos ou heterogéneos.

carboneto de silício reage com aVumínio fundido para formar c-arboneto de alumínio, e quando se utilizar carboneto de silício como o material de enchimento, e desejável impedir ou minimizar esta reacção. 0 carboneto->de ’ àl umíni o' es tã sujéito ao ataque da humidade, , o que enfranquece potencialmente o material compósito. Por conseguinte, para minimizar ou impedir esta rea£ ção, o carboneto de silício ê pré-calcinado em ar, para formar um revestimento reactivo de sílica sobre o mesmo, ou ã liga de alumínio é adicionado outro elemento de liga de silício, ou ambas as coisas. Em qualquer dos casos, o efeito ê aumentar o teor de silício na liga, para eliminar a formação de carboneto de alumínio. Podem usar-se processos anãlogos para impedir reacçóes ind£ sejãveis com outros materiais de enchimento.

-18As dimensões e a forma do material de enchimento podem ser quaisquer necessárias para obter as propriedades desejadas do material compósito. Portanto, o material pode ter a forma de pa£ tículas, filamentos, plaquetas ou fibras, desde que a infiltração não seja limitada pela forma do material de enchimento. Podem usar-se outras formas, tais como de esferas, tubulos, peletes, tecido de fibras refractãrias, etc. Além disso, as dimensões do material não limitam a infiltração, embora possam ser necessárias uma temperatura mais elevada ou um período de tempo maior para a infiltr^ ção completa de uma massa de partículas menores, do que para partí cuias maiores. Além disso, a massa do material cerâmico a infiltrar é permeável, isto é, permeável as ligas de alumínio fundido e aos gases contendo azoto. 0 material cerâmico pode estar ou com a sua densidade de vazamento ou comprimido com uma densidade modes^ ta.

processo segundo a presente invenção não sendo depende_n te do uso de pressão para forçar metal fundido a penetrar numa mas sa de material cerâmico, permite a produção de produtos compósitos com matriz de liga de alumínio substancialmente uniforme, tendo uma percentagem, em volume, do material cerâmico elevada e uma porosidade baixa. Percentagens, em volume, mais elevadas do material cerâmico podem obter-se utilizando uma massa inicial de material cerâmico de menor porosidade. Percentagens, em volume, mais elevadas podem também obter-se se a massa de cerâmica for compactada sob pressão, desde que a massa não seja convertida nem numa estr£ tura compacta com porosidade de células fechadas, nem numa estrutura com densidade total que impediria a infiltração pela liga fundi da .

-19c /

Observou-se que para a infiltração do alumínio e a forma ção da matriz com um dado sistema de liga de alumínio/ceramica , o molhamento da cerâmica pela liga de alumínio é o mecanismo pr£ dominante da infiltração. A temperaturas do processo baixas, ocorre uma quantidade desprezável ou mínima de nitretação do metal, resultando portanto uma fase descontínua mínima de nitreto de alumínio disperso na matriz de metal. A medida que nos aproxj_ mamos do extremo superior da faixa de temperaturas ê maior a prci babilidade de ocorrência da nitretação do metal. Assim, a quantidade da fase de nitreto na matriz metálica pode ser controlada v£ riando-se a temperatura do processo. A temperatura do processo ã qual se torna mais pronunciada a formação do nitreto varia também com factores tais como a liga de alumínio usada e a sua quantidade relativamente ao volume de material de enchimento. 0 mate rial cerâmico a ser infiltrado e a concentração do azoto no gãs utilizado. Por exemplo, crê-se que o grau de formação de nitreto de alumínio a uma dada temperatura do processo aumenta quando diminui a capacidade da liga para molhar o material de enchimento de cerâmica e quando aumenta a concentração de azoto no gãs.

E pois possível estabelecer previamente a constituição da matriz de metal durante a formação do produto compósito, para tranjs mitir certas características ao produto resultante. Para um dado sistema, pode escolher-se a temperatura do processo para controlar a formação do nitreto. Um produto compósito contendo uma fase nitreto de alumínio apresentará certas propriedades que se podem ser favoráveis ou melhorar o comportamento do produto.Além disso, a faixa de temperatura,para a infiltração espontânea com liga de alumínio pode variar com o material cerâmico usado. No caso da alumina como material de enchimento, a temperatura para

-20a infiltração não deve preferivelmente exceder mais ou menos 1000°c, para garantir que a ductilidade da matriz não é reduzida pela formação significativa de qualquer nitreto. Contudo, podem usar-se temperaturas superiores a 1000°C se se desejar produzir um produto compósito com uma matriz menos dúctil e mais rígida. Para infiltrar outros cerâmicos, tal como o carboneto de silício, podem usar-se temperaturas elevadas de cerca de 1200°C, visto que a liga de aluminio se nitreta em menor grau, em relação ao uso de alumina como material de enchi mento,quando se usa carboneto de silício como material de enchimento.

Segundo outra forma de realização da presente invenção , o produto compósito e dotado de uma película ou superfície de nitreto de alumínio. Geralmente, a quantidade da liga e suficiente para infiltrar substancialmente todo o leito de material cerâmico, ou seja, até aos limites definidos. Contudo, se se esgotar o aprovisionamento da liga fundida antes de ter sido infiltrado todo o leito ou pre-molde, e a temperatura não tenha sido reduzida para solidificar a liga, pode formar-se na superfície exterior do produto compósito ou ao longo da mesma camada ou zona nitreto de alumínio, devido a nitretação das regiões superficiais da fren te de infiltração da liga de alumínio. Essa porção do leito não embebida pela matriz ê facilmente removida, por exemplo, por jacto de areia. Também, pode formar-se uma película de nitreto na superfície do leito ou pré-molde infiltrados até aos seus limites, prolongando as condições do processo. Por exemplo, enche-se um recipiente aberto que não seja molhavel pela liga de alumínio fu dido , com o material de enchimento de cerâmica permeável, e expõe-se a superfície superior do leito cerâmico ao gâs azoto. Após

infiltração do metal do leito até ãs paredes do recipiente e à superfície superior, se mantiverem a temperatura e o fluxo de gãs azoto, o alumínio fundido na superfície exposta serã nitre tado. 0 grau de nitretação pode ser controlado e pode formar-se como fase contínua ou como uma fase descontínua, na camada pelicular. É pois possível produzir o produto compósito para aplicações específicas pré-determinadas, mediante o controlo do grau de formação de nitreto na superfície do produto compó sito. Por exemplo, podem produzir-se produtos compósitos com matriz de alumínio com uma caniáda superficial de nitreto de alumínio apresentando uma maior resistência ao desgaste em relação a matriz de metal.

Como se mostra nos exemplos seguintes, as ligas fundidas de alumínio-magnésio infiltram espontaneamente a massa pe£ meãvel de material cerâmico, devido à sua tendência para molhar um material cerâmico cujos poros foram atravessados por gãs az£ to. Podem incluir-se elementos de liga auxiliares, tais como silício e zinco, nas ligas de alumínio para permitir o uso de temperaturas mais baixas e menores concentrações do magnésio . As ligas de alumínio-magnésio que incluam 10-20% ou mais de si_ lício são preferidas para infiltrar carboneto de silício não cálcinado, visto que o silício tende a minimizar a reacção da liga fundida com o carboneto de silício para formar carboneto de alumínio. Acresce ainda que as ligas de alumínio utilizadas na presente invenção podem incluir vários outros elementos de liga para proporcionar propriedades mecânicas e físicas especi^ ficamente desejadas na matrizde liga. Por exemplo, podem incluir-se aditivos de cobre nal^liga para proporcionar uma matriz que pode sujeitar-se a um tratamento térmico para aumentar a

-22dureza e resistência.

Exemplos 1-10

Estes exemplos ilustram a formação de produtos compósitos com matriz de liga de alumínio, utilizando combinações diversas de ligas de alumínio-magnésio, alumina, gases contendo azoto e condições de temperatura-tempo. As combinações específicas estão representadas no Quadro I.

Nos exemplos 1-9, forneceram-se ligas de alumínio-magnésio fundidas contendo pelo menos 1%, em peso de magnésio e um ou mais elementos de liga auxiliares para a superfície de uma massa permeável com partículas soltas de alumina, mediante o contacto de um corpo maciço da liga com a massa de alumina. As partículas de alumina estavam contidas numa barca refractãria com uma densiI dade de vazamento. As dimentsões do corpo de liga eram de 2,5 x x 5 x 1,3 cms. Aqueceu-se depois o conjunto 1iga-cerâmica num forno na presença de um gas contendo azoto escoando-se com o cajj dal de 200-300 centímetros cúbicos por minuto. Nas condições do Quadro I, a liga fundida infiltrou-se espontaneamente no leito de material de alumina, com excepção do exemplo 2 no qual se veri_ ficou infiltração parcial. Constatou-se que corpos de liga pesari do 43-45 gramas, eram usualmente suficientes para infiltrar completamente massas de cerâmica de 30-40 gramas.

Durante a infiltração do material de enchimento de alum_i_ na pode formar-se nitreto de alumínio na liga da matriz, como atrás se explicou. 0 grau de formação do nitreto de alumínio p£ de ser determinado pelo ganho percentual, em peso, da liga, ou seja, o aumento do peso da liga, relativamente à quantidade de liga usada para efectuar a infiltração. A perda de peso também pode

-23ocorrer devido a volati1ização do magnésio ou do zinco, que é grandemente função do tempo e da temperatura. Tais efeitos da volati1ização não foram medidos directamente e as medições da nj_ tretação não levaram em conta esse factor. 0 ganho percentual teórico do peso pode chegar até 52, com base na conversão comple ta do alumínio em nitreto de alumínio. Usando esta norma, consta^ tou-se que a formação de nitreto na matriz de liga de alumínio, aumenta quando aumenta a temperatura. Por exemplo, o ganho do p£ so, em percentagem, na liga 5Mg-10Si do exemplo 8 (no Quadro I adiante) foi de 10,7 a 1000°C, mas quando se repetiu esta mesma experiência substancialmente, excepto que foi a 900°C (não repre sentada no Quadro I) , o ganho de peso em percentagem foi de 3,4%. Indicam-se resultados semelhantes também, no exemplo 14, adiante. E pois possível seleccionar ou estabelecer previamente a composição da matriz e portanto as propriedades do produto compósito, operando dentro de certos intervalos de temperatura.

Além da infiltração de corpos permeáveis de material cerâ mico em partículas para formar produtos compósitos, ê possível produzir produtos, compósitos infiltrando tecidos de material fibroso. Como se mostra no exemplo 10, envolveu-se um cilindro da liga Al-3%Mg, medindo 2,2 centímetros de comprimento e 2,5 centjí metros de diâmetro e pesando 29 gramas num tecido feito com fibra de alumina FP da du PONT, e pesando 3,27 gramas. Aqueceu-se depois o conjunto liga-tecido na presença do gãs de formação. Nessas condições, a liga infiltrou-se espontaneamente no tecido de alumina, para fornecer um produto compósito.

Sem pretender estar limitado por qualquer teoria ou explicação específicas, parece que a atmosfera de azoto induz a infil

-24filtração espontânea da liga na massa de material cerâmico. Para determinar a importância do azoto, efectuou-se uma experiência de controlo na qual se utilizou gâs sem azoto. Como se mostra no Quadro I, a experiência de controlo N9 1 foi conduzida da mesma maneira que a do exemplo 8, excepto na utilização de um gâs sem azoto. Nestas condições, constatou-se que a liga de alumínio fundido rião se infiltrou no leito de alumina.

Fez-se a análise das imagens de alguns dos produtos compósitos com matriz com liga de alumínio, com um microscópio ele£ tronico de varrimento para determinar as fracções, em volume, do material de enchimento de cerâmica, da matriz de liga e da porosidade, do prodju to compósito. Os resultados indicaram que a relação dos volumes de material de enchimento de cerâmica e da matriz de liga ê tipicamente superior a cerca de 1:1. Por exemplo, no caso do exemplo 3, constatou-se que o produto compósito continha 60% de alumina, 39% de matriz de liga metâlicae0,3% de porosidade, em volume.

A microfotografia da fig. 1 ê de um produto compósito fe£ to substancialmente segundo o exemplo 3. Vêm-se partículas de alumina(lO) embebidas numa matriz (12) de liga de alumínio. Como pode ver-se, inspeccionando os limites das fases, existe um contacto íntimo entre as partículas de alumínio e a liga de matriz. A nitretação mínima da liga ocorreu durante a infiltração a 850°C, como se tornará evidente comparando as figuras 2 e 3 A quantidade de nitreto na matriz metálica foi confirmada por analise de difracção de raios X, que revelou picos mais importari tes para o alumínio e a alumina e somente picos mínimos para o nitreto de alumínio. ^u

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-250 grau de nitretação para um dado sistema de liga de aljj minio-cerãmica-gãs nitretante aumentara com o aumento da temper^ tura durante um período de tempo dado. Portanto, utilizando os parâmetros que produziram o produto compósito da fig. 1, excepto a utilização de uma temperatura de 900°C e um tempo de 24 horas, verificou-se que o grau da nitretação aumenta significativamente, como pode ver-se com referência a fig. 2. Esta experiência serã considerada adiante como exemplo 3a. 0 maior grau de formação de nitreto, como se mostra nas zonas cinzentas escuras (14) é fa_ cilmente evidente comparando-se a fig. 1 com a fig. 2.

Constatou-se que podem prê-fixar-se as propriedades do produto compósito mediante a escolha do tipo e dimensões do mate rial de enchimento e pela escolha das condições do processo. Para demonstrar essa possibilidade, fez-se um produto compósito com a liga e as condições do processo utilizadas no exemplo 3, excejj to que se usou a temperatura de 1000°C durante 24 horas e um nu terial de enchimento de alumina de 90 mesh, em vez de um material de enchimento de 220 mesh. As densidades e os módulos de elastj_ cidade deste produto compósito considerado como exemplo 3b, e os do exemplo 3a, estão indicados a seguir:

Exemplo N9	Temperatura	Densi dade	Módulo de
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Os resultados atrãs indicados ilustram que pode utilizar-se a escolha do material de enchimento e das condições do proce£ so para modificar as propriedades do produto compósito . Em con

-26traste com os resultados indicados, o modulo de Young para o al£ minio ê 70 GPa. Também, comparando as fig. 2 e 3 vê-se que se forma uma concentração de AIN muito maior no exemplo 3b que no 3a. Embora as dimensões das partículas do material de enchimento sejam diferentes nos dois exemplos, crê-se que a maior conceji tração de A1N é um resultado da temperatura do processo mais ele vada e é considerada como a causa principal do módulo de Young mais alto no produto compósito do exemplo 3b (o módulo de Young para o AIN ê 345 GPa) .

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-28Exemplos 11-21 (

Podem empregar-se na presente invenção materiais cerâmicos diferentes da alumina. Como se vê nos exemplos 11-21 do Qua^ dro II, podem produzir-se produtos compósitos com matriz de liga de alumínio, reforçados com carboneto de silício. Podem usar-se várias combinações de ligas de alumínio contendo magnésio, materiais de reforço de carboneto de silício, gases contendo azoto e condições de temperatura/tempo para proporcionar estes produtos compósitos. Seguiu-se o procedimento descrito nos exemplos (' 1-9, excepto que se substituiu a alumina pelo carboneto de silício. Os caudais do gás foram de 200-350 centímetros cúbicos/ /ninuto. Nas condições indicadas nos exemplos 11-21 do Quadro II, constatou-se que a liga se infiltrou espontaneamente na massa de carboneto de silício.

As relações entre os volumes de carboneto de silício e de alumínio da liga nos produtos compósitos produzidos por esses exemplos eram tipicamente superiores a 1 ‘ 1. Por exemplo, a análise de imagens (como atras se descreveu) do produto do exero , pio 13 indicou que o produto compreendia 57,4% de carboneto de silício, 40,5 % de metal (liga de alumina e silício) e 12,1% de porosidade, em volume.

teor de magnésio da liga que se utilizou para efectuar a infiltração espontânea ê importante. A este respeito, efectu^ ram-se experiências utilizando as condições das Experiências 2 e 3 de controlo do Quadro II, para determinar o efeito da ausência de magnésio sobre a capacidade das ligas de alumínio para se infiltrar espontaneamente no carboneto de silício. Nas condições destas experiências de controlo, verificou-se que não se verifica a infiltração espontânea, quando não se inclui magnésio

na liga.

A presença de gas azoto, e também importante. Por cons£ guinte, fez-se a experiência de controlo n<? 4, na qual se utilizaram as condições do exemplo 17, excepto o uso de um gas sem azo to, isto ê, ãrgon. Nestas condições, verificou-se que a liga fuji dida não se infiltrou na massa de carboneto de silício.

Como atrãs se explicou, a temperatura pode afectar o grau de nitretação, como foi ilustrado por repetição do exemplo 14 a cinco temperaturas diferentes. 0 Quadro II seguinte mostra o exemplo 14,' conduzido a 800°C, sendo o ganho de peso 1,8%, mas quando se repetiu a operação as temperaturas de 900, 1000 e 1100°C, os ganhos de peso foram de 2,5%, 2,8% e 3,5%, respectiv^ mente, havendo um aumento nítido para 14,9% numa experiência cojn duzida a 1200°C. Deve notar-se que os ganhos de peso nessas experiências foram inferiores aos dos exemplos onde se utilizou m£ terial de enchimento de alumina.

Podem usar-se como materiais de enchimento cerâmicos vãrios outros materiais diferentes da alumina e do carboneto de silício , nos produtos compósitos segundo a presente invenção . Estes materiais, que incluem oxido de zirconio, nitreto de alumínio e diboreto de titãnio estão indicados nos exemplos 22-24, respecti vamente.

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-31Exemplo 22

Fundiu-se liga de alumínio contendo 5% de magnésio e 10% de silício em contacto com a superfície de um leito de partículas de Óxido de zircõnio (220 mesh, SCMg_3> da MAGNESIUM ELEKTRON INC.), em atmosfera de gás de formação a 900°C. Nessas condições, a liga fundida infiltrou-se espontaneamente no leito de óxido de zircõnio, produzindo um produto compósito com matriz metálica.

Exemplo 23

Utilizou-se o procedimento descrito nos exemplos 1 - 9 em duas experiências, com a excepção de que a alumina foi substituída por pó de nítreto de alumínio com dimensões das partículas inferiores a 10 micrõmetros (da ELEKTROSCHEMLZWERK KEMPTON ^mbH^‘ 1ígâ e o leito reunidos foram aquecidos numa atmosfera de azoto a 1200°C durante 12 horas. A liga infiltrou-se espontaneamente no leito de nitreto de alumínio, produzindo um oroduto com põsito com matriz metálica. Conforme foi determinado por medições do ganho de peso, em percentagem, obteve-se a formação mínima de nitreto, juntamente com excelentes formação da matriz metálica e da infiltração com as ligas de 3Mg e 3Mg- lOSi . Verificaram-se ganhos unitários de peso de apenas 9,5% e 6,9% , respecti vamente.

Exemplo 24 <Repetiu-se o procedimento descrito no exemplo 23, com a excepção de que o pó de nitreto de alumínio foi substituído por o pÕ diboreto de titanio, com dimensões médias das partículas de

5-6 micrõmetros (Classe HTC da UNION CARBIDE CO.). Ligas de alumínio com a mesmr composição que a do exemplo 23, inflitraram-se espontaneamente no põ e formaram uma matriz uniforme de metal, aglutinando o pÕ, com uma formação mínima de nltreto na liga. Obtiveram-se para as ligas de AL-3Mg e Al-3Mg-10Si ganhos de peso unitários de 11,3% e 4,9%, respectivamente.

Em comparação com a tecnologia convencional dos proudtos compósitos com matriz metálica, a presente invenção elimina a n£ cessidade de pressões ou de vãcuos elevados, proporciona a prod£ ção de produtos compósitos com matriz de alumínio, com uma ampla gama de cargas de cerâmica e com baixa porosidade, proporcionando além disso produtos compósitos que contém propriedades pré-e£ tabeleci das.

Claims

Reivin dicacões

1.- Processo para a produção de um produto compósito com matriz metálica, caracterizado por compreender:

(a) a obtenção de uma liga de alumínio gue compreende alumínio e pelo menos cerca de 1 por cento, em peso, de magnésio e uma massa permeável do material de enchimento de cerâmica;

(b) na presença de um gãs que ocnpreende oerca de 10 atê 100 por cento, em volume, de azoto, sendo o restante gãs não oxidante, o estabelecimento do contacto da referida liga de alumínio num estado de fusão com a referida massa permeável, e a infiltração da referida massa permeável com a referida liga de alumínio fundido, ocorrendo a referida infiltração da massa permeável espontaneamente; e (c) após um grau desejado de infiltração da referida massa,

L deixar que a referida liga de alumínio fundido solidifique para formar uma estrutura com matriz metálica solida encaixando o referido material de enchimento de cerâmica.
2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a temperatura a que a referida liga de alumínio ê posta em contacto com a referida massa ser de pelo menos cerca de 700°C.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida temperatura ser de pelo menos cerca de 800°C.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracteri- zado por a referida temperatura estar compreendida na gama de cerca de 800°C a 1200°C.
5. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

2, 3 ou 4, caracterizado por todo o referido gãs ser substancialmente azoto.
6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

2, 3 ou 4, caracterizado por o referido gãs compreender pelo menos 50%, em volume de azoto e o restante ãrgon ou hidrogénio.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a referida liga de alumínio conter pelo menos 3 %, em peso, de magnésio.
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 2, 3 ou 4, caracterizado por a referida liga de alumínio conter pelo menos um elemento de liga além do magnésio.
9. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

2, 3 ou 4, caracterizado por o referido material cerâmico de enchimento ser escolhido no grupo formado por óxidos, carbonetos, boretos e nitretos.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido material cerâmico de enchimento compreender alumina e por a referida temperatura ir até mais ou menos 1OOO°C.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido material cerâmico de enchimento ser carboneto de silício e por a referida temperatura ir até mais ou menos 1200°C.
12. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido material cerâmico de enchimento compreender óxido de zircõnio.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracteri-36 zado por o referido material cerâmico de enchimento compreender diboreto de titânio.
14. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido material cerâmico de enchimento compreender nitreto de alumínio.

c
15. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 2, 3 ou 4, caracterizado por o nitreto de alumínio ser formado como fase descontínua na matriz metálica.
16. - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a quantidade de nitreto de alumínio na referida matriz aumentar à medida que aumenta a referida temperatura.
17. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 2, 3 ou 4, caracterizado por o referido material de enchimento de cerâmica ser constituído por um substrato de material de enchimento e um revestimento de cerâmica, sendo esse revestimento escolhido no grupo constituído por õxidos, boretos, carbonetos e nitretos.
18. - Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o referido substrato de material de enchimento ser constituído por carbono.

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19, - Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o referido substrato de material de enchimento ser constituído por fibras de carbono.
20. - Processo para a produção de um produto compósito com matriz de liga de alumínio, com uma camada de nitreto de alumínio sobre o referido produto compósito, caracterizado por compreender:

(a) a colocação de uma liga de alumínio compreendendo alumínio e pelo menos 1 por cento, em peso, de magnésio adjacente a uma massa permeável de material cerâmico de enchimento;

(b) na presença de um gás que compreende cerca de 10 até

100 por cento, em volume, de azoto, sendo o restante gás não oxidante, a fusão da referida liga de alumínio e a colocaçao da mesma em contacto com a referida massa permeável, e a infiltração da referida massa permeável com a referida liga de alumínio fundido, ocorrendo a referida infiltração da referida massa permeável espontaneamente; e (c) depois de se ter infiltrado uma quantidade desejada da referida massa, manutenção da referida liga de alumínio fundida, enquanto está na presença do referido gás, para formar nitreto de alumínio em pelo menos uma superfície da referida massa, permitindo-se depois que a referida liga de alumínio solidifique para formar uma estrutura de matriz de liga de alumínio solida, encaixando o referido material cerâmico de enchimento e contendo ni-38 treto de alumínio em pelo menos uma superfície ou adjacente à mesma.
21. - Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por se formar uma camada de nitreto de alumínio na dita pelo menos uma superfície e 6e aumentar a espessura da referida camada de nitreto de alumínio à medida que aumenta o tempo de exposição do alumínio fundido ao referido gãs.
22. - Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por se formar uma camada de nitreto de alumínio na referida pelo menos uma superfície e por a espessura da dita camada de nitreto de alumínio aumentar à medida que aumenta a temperatura da referida liga de alumínio fundida.
23. - Produto compósito com matriz de liga de alumínio, caracterizado por compreender material cerâmico de enchimento encaixado numa matriz sólida de liga de alumínio, contendo a referida liga uma fase descontínua de nitreto de alumínio.
24. - Produto compósito com matriz de liga de alumínio, caracterizado por compreender material de enchimento revestido de cerâmica, encaixado numa matriz sólida de liga de alumínio, conten do a referida liga uma fase descontínua de nitreto de alumínio.
25. - Processo de acordo com a reivindicação 21, caracte: rizado por a espessura da referida camada de nitreto de alumínio aumentar ã medida que aumenta a temperatura da referida liga de alumínio fundida.
26. - Processo para a produção de um corpo compósito, ca racterizado por compreender:

(a) a obtenção de uma liga de alumínio compreendendo alu mínio e pelo menos cerca de 1Z em peso de magnésio;

(b) a obtenção de uma massa permeável de material cerâmi co de enchimento;

(c) na presença de um gás que compreende predominantemen te azoto, sendo o restante constituído por um gás não oxidante, o contacto da liga de alumínio num estado fundido a uma tempera tura de cerca de 1100-1200°C com a massa permeável, e infiltração da massa permeável com a liga de alumínio fundida, com formação de uma fase descontínua de nitreto de alumínio na massa permeável; e (d) depois de se ter infiltrado uma quantidade desejada da massa, deixar a liga de alumínio fundida solidificar para formar uma estrutura que encaixa o material cerâmico de enchimento .