Miranda, Francisco (2024) Desarrollo de materiales compuestos para aplicaciones de amortiguación y actuación / Composite materials development for actuation and damping applications. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 59Mb |
Resumen en español
Se desarrolló un método de fabricación de esponjas metálicas de CuAlNi, con memoria de forma, de alta porosidad interconectada y gran tamaño de celda, del orden de los milímetros. Estas esponjas se fabricaron utilizando la técnica de pulvimetalurgía por espaciadores, utilizando polvos de cobre, aluminio y níquel, y urea como espaciador. Se desarrolló un método de fabricación de materiales compuestos a partir de esponjas de CuAlNi, fabricadas en el presente trabajo, y de esponjas de CuZnAl, de fabricación previa. Se variaron las propiedades del polímero y la porosidad de las esponjas de CuAlNi. Para la caracterización de los materiales se utilizaron diversas técnicas. Microtomografía computarizada de rayos X, calorimetría diferencial de barrido (DSC), difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido (SEM) y ensayos de compresión uniaxial. La microtomografía de rayos X permitió el análisis estructural de las muestras. Los experimentos de DSC permitieron determinar las temperaturas de transformación de las fases metálicas para las muestras de CuAlNi y CuZnAl. La técnica de difracción de rayos X permitió determinar la presencia de las fases martensíticas 18R y 2H a temperatura ambiente para las muestras de CuAlNi, y la presencia de austenita para las esponjas de CuZnAl a temperatura ambiente. Utilizando la microscopía electrónica de barrido se estudió la microestructura de las muestras de CuAlNi, Además el SEM utilizado permitió hacer uso de la técnica de espectroscopia por energía dispersiva, lo cual permitió realizar análisis químicos de zonas de interés. Los ensayos de compresión y su procesamiento, brindan una curva de tensión-deformación que permite la evaluación de las propiedades mecánicas de las distintas muestras.
Resumen en inglés
A method for manufacturing CuAlNi shape memory alloy foams, with high interconnected porosity, and millimetric cell size, was developed. These foams were fabricated using a powder metallurgy technique, employing copper, aluminum, and nickel powders, and urea as the space holder. A method for manufacturing composite materials from CuAlNi foams, produced in the present work, and CuZnAl foams, from previous works, was developed. The polymer properties and the porosity of the CuAlNi foams were varied. Various techniques were used for characterising the materials. X-ray computed microtomography, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), and uniaxial compression testing. X-ray microtomography allowed for the structural analysis of the samples. DSC experiments determined the phase transformation temperatures of the metallic phases for the CuAlNi and CuZnAl samples. The X-ray diffraction technique identified the presence of 18R and 2H martensitic phases at room temperature for the CuAlNi samples and the presence of austenite for the CuZnAl foams at room temperature. Scanning electron microscopy was used to study the microstructure of the CuAlNi samples. Additionally, SEM allows the use of energy-dispersive spectroscopy, which enables chemical analysis of areas of interest. Compression testing and its processing delivered a stress-strain curve that facilitated the evaluation of the mechanical properties of the various samples.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Alloys; Aleaciones; Composite materials; Materiales compuestos; Powder metallurgy; Metalurgia de polvos; [Shape memory alloys; Aleaciones con memoria de forma; Cellular materials; Materiales celulares] |
| Referencias: | [1] Lagoudas, D. C. Shape memory alloys: modeling and engineering applications. Springer, 2008. ix, ix, ix, ix, ix, ix, ix, ix, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 21 [2] Rao, A., Srinivasa, A., Reddy, J. Design of Shape Memory Alloy (SMA) Actuators. Springer, 2015. ix, 6, 7 [3] J Ma, I. K., Noebe, R. D. High temperature shape memory alloys. International Materials Reviews, 55 (5), 257–315, 2010. ix, 7 [4] German, R. M. Powder metallurgy and particulate materials processing: the processes, materials, products, properties and applications. Metal Powder Industries Federation, 2005. ix, 8 [5] Saud, S. Cu-Based Shape Memory Alloys: Modified Structures and Their Related Properties. 2019. ix, 9 [6] Asanovic, V., Delijic, K. The fabrication and heat-treating of Cu-based alloy for shape memory plates. Journal for Manufacturing Science and Production, 7, 61–72, 2006. ix, 10 [7] Rajak, D., Gupta, M. An Insight Into Metal Based Foams: Processing, Properties and Applications. 2020. ix, 11 [8] Gibson, L. J., Ashby, M. F. Cellular Solids: Structure and Properties. Cambridge Solid State Science Series, 2a ed. Cambridge University Press, 1997. ix, ix, ix, 10, 12, 13 [9] Banhart, J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams. Progress in Materials Science, 46, 559–632, 2001. ix, 16 [10] Castrodeza, E. M., Mapelli, C., Vedani, M., Arnaboldi, S., Bassani, P., Tuissi, A. Processing of shape memory CuZnAl open-cell foam by molten metal infiltration. Journal of Materials Engineering and Performance, 18, 484–489, 2009. ix, 17 [11] Landis, E. N., Keane, D. T. X-ray microtomography. Materials Characterization, 61 (12), 1305–1316, 2010. ix, 20 [12] David Brandon, W. D. K. Scanning Electron Microscopy. 2008. ix, 23 [13] Liu, P., Chen, G. Mechanical relation of foamed metals under uniaxial and biaxial loads of collective tension and compression. Materials Science and Engineering: A, 507 (1), 190–193, 2009. xi, xi, 58 [14] Bertolino, G., Gruttadauria, A., Arneodo Larochette, P., Castrodeza, E. M., Baruj, A., Troiani, H. E. Cyclic pseudoelastic behavior and energy dissipation in as-cast Cu-Zn-Al foams of different densities. Intermetallics, 19, 577–585, 2011. 1, 45 15] Gómez, A. P. Desarrollo de esponjas con memoria de forma por métodos de pulvimetalurgia. Tesis de maestría en ingeniería, Instituto Balseiro. Universidad de Cuyo, 2022. 1, 27 [16] Munir, Z. A. Surface oxides and sintering of metals. Powder Metallurgy, 24 (4), 177–180, 1981. 8 [17] Lojen, G., Anzel, I., Kneissl, A., Kriˇzman, A., Unterweger, E., Kosec, B., et al. Microstructure of rapidly solidified cu–al–ni shape memory alloy ribbons. Journal of Materials Processing Technology - J MATER PROCESS TECHNOL, 162, 220–229, 05 2005. 10 [18] Ashby, M., Evans, A., Fleck, N., Gibson, L., Hutchinson, J., Wadley, H. Chapter 3 - characterization methods. En: Metal Foams, págs. 24–39. Burlington: Butterworth-Heinemann, 2000. 11 [19] Poniznik, Z., Salit, V., Basista, M., Gross, D. Effective elastic properties of interpenetrating phase composites. Computational Materials Science, 44 (2), 813–820, 2008. 13 [20] Torra, V., Martorell, F., Lovey, F. C., Sade, M. Remarks on the particular behavior in martensitic phase transition in Cu-based and Ni-Ti shape memory alloys. Shap. Mem. Superelasticity, 4, 2018. 42 [21] Gómez, A. P., Urretavizcaya, G., Baruj, A. L., Malachevsky, M. T. Consolidation and properties of porous Cu–Al–Ni shape memory alloys manufactured by powder metallurgy. Powder Metallurgy, 66 (5), 548–556, 2023. 42 [22] Bertolino, G., Larochette, P. A., Castrodeza, E., Mapelli, C., Baruj, A., Troiani, H. Mechanical properties of martensitic Cu–Zn–Al foams in the pseudoelastic regime. Materials Letters, 64 (13), 1448–1450, 2010. 46 |
| Materias: | Física > Física de materiales |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Ciencias de materiales > Física de metales |
| Código ID: | 1269 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 12 Sep 2024 15:48 |
| Última Modificación: | 12 Sep 2024 15:48 |
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