Sinterizzazione di polveri di alluminio puro e nano-allumina mediante ECAP ed estrusione a caldo

Abstract

I nano-compositi a matrice metallica (Metal Matrix nano-Composites, MMnCs) sono una nuova classe di materiali
caratterizzati da elevate proprietà meccaniche, tribologiche e di damping. Questi compositi sono costituiti da una
matrice metallica duttile e tenace rinforzata con nano particelle ceramiche. Al fine di superare il problema della
scarsa bagnabilità delle particelle ceramiche nel metallo liquido e di produrre un composito caratterizzato da una
buona dispersione dei rinforzi, diversi metodi non convenzionali sono stati oggetto di studio in ricerche recenti. Il
lavoro presentato in questo articolo mira ad esaminare due processi di metallurgia delle polveri per la produzione
di MMnCs. In particolare, polvere di dimensioni micrometriche di Al è stata macinata mediante un mulino a sfere
ad alta energia (High Energy Ball Milling) e compattata mediante ECAP (Equal Channel Angular Pressing) a 200°C
e mediante estrusione a caldo (Hot Extrusion, HE) a 300°C. La microstruttura del materiale è stata monitorata
durante le varie fasi del processo produttivo attraverso un’analisi SEM. Misure di densità e durezza Vickers sono state
effettuate sui prodotti finali. Il metodo di compattazione via ECAP si è rivelato molto efficiente per la compattazione
delle polveri, quindi è stato adottato per la produzione di compositi a base di alluminio rinforzato dal 2% e dal 5% di
?-allumina (20nm). Le analisi al microscopio elettronico hanno rivelato che i rinforzi ceramici sono in parte aggregati
in micro-cluster e in parte distribuiti come singole particelle nanometriche all’interno della matrice metallica. Inoltre,
un aumento della quantità di Al2O3 ha portato ad una riduzione della densità del composito. Nonostante le porosità e
i cluster di allumina, i compositi presentano maggiore durezza Vickers (rispettivamente 54.3HV e 58.2HV per il 2% e
il 5% di Al2O3 contenuta) rispetto al campione di alluminio puro (51.5HV). Possibili soluzioni vengono infine proposte al
fine di conseguire una migliore dispersione delle particelle ceramiche.