La aleación mecánica ( MA ) es una técnica de procesamiento de polvo y estado sólido que implica la soldadura en frío repetida , la fracturación y la re-soldadura de partículas de polvo mezcladas en un molino de bolas de alta energía para producir un material homogéneo. Originalmente desarrollada para producir superaleaciones de níquel y hierro reforzadas con dispersión de óxido (ODS) para aplicaciones en la industria aeroespacial, [1] ahora se ha demostrado que la MA es capaz de sintetizar una variedad de fases de aleación en equilibrio y fuera de equilibrio a partir de polvos prealeados o elementales mezclados. [2] Las fases fuera de equilibrio sintetizadas incluyen soluciones sólidas sobresaturadas, fases cristalinas y cuasicristalinas metaestables, nanoestructuras y aleaciones amorfas. El método a veces se clasifica como un método de deformación plástica superficial severa para lograr nanomateriales. [3]
La aleación mecánica es similar al procesamiento de polvos metálicos, donde los metales pueden mezclarse para producir superaleaciones . La aleación mecánica ocurre en tres pasos. Primero, los materiales de aleación se combinan en un molino de bolas y se muelen hasta obtener un polvo fino. Luego se aplica un proceso de prensado isostático en caliente (HIP) para comprimir y sinterizar simultáneamente el polvo. Una etapa final de tratamiento térmico ayuda a eliminar las tensiones internas existentes producidas durante cualquier compactación en frío [ anclaje roto ] que pueda haberse utilizado. Esto produce una aleación adecuada para álabes de turbinas de alta temperatura y componentes aeroespaciales . En combinación con la esferoidización de polvo , esta tecnología se puede utilizar para desarrollar rápidamente nuevos polvos de aleación para fabricación aditiva [5].
Los parámetros de diseño incluyen el tipo de molino, el recipiente de molienda, la velocidad de molienda, el tiempo de molienda, el tipo, tamaño y distribución de tamaño del medio de molienda, la relación de peso de bolas a polvo, el grado de llenado del vial, la atmósfera de molienda, el agente de control del proceso, la temperatura de molienda y la reactividad de las especies.
El proceso de aleación mecánica implica la producción de partículas de polvo compuestas mediante:
Durante el fresado de alta energía, las partículas de polvo se aplanan, se sueldan en frío, se fracturan y se vuelven a soldar repetidamente. Cada vez que dos bolas de acero chocan, algo de polvo queda atrapado entre ellas. Normalmente, alrededor de 1000 partículas con un peso agregado de aproximadamente 0,2 mg quedan atrapadas durante cada colisión. La fuerza del impacto deforma plásticamente las partículas de polvo, lo que provoca el endurecimiento por deformación y la fractura. Las nuevas superficies así creadas permiten que las partículas se suelden entre sí, lo que conduce a un aumento del tamaño de las partículas. Dado que en las primeras etapas del fresado, las partículas son blandas (si se utiliza una combinación de materiales dúctil-dúctil o dúctil-frágil), su tendencia a soldarse entre sí y formar partículas grandes es alta. Se desarrolla una amplia gama de tamaños de partículas, algunas de las cuales son hasta tres veces más grandes que las partículas iniciales. Las partículas compuestas en esta etapa tienen una estructura en capas característica que consiste en varias combinaciones de los componentes iniciales. Con la deformación continua, las partículas se endurecen por deformación y se fracturan por un mecanismo de falla por fatiga y/o por la fragmentación de escamas frágiles.