SOLUCIONES POR MATERIALES:

COMPOSITES

Soluciones de preparación metalográfica por material

Utilice esta guía para obtener consejos sobre por dónde empezar a la hora de realizar la preparación metalográfica y el análisis de materiales compuestos. Se incluyen consejos para obtener los mejores resultados para su aplicación metalográfica.

Corte general

Montaje general

Desbaste y pulido general

Electropulido general

Pruebas generales de dureza

Aspectos a tener en cuenta al trabajar con materiales compuestos

Las características diversas y altamente ajustables de los materiales compuestos han provocado un rápido aumento de su uso en todo el mundo. Desde palos de golf ligeros hasta piezas de aviones de alto rendimiento, los materiales compuestos reforzados son cada vez más populares debido a sus propiedades físicas únicas y a la capacidad de fabricarse fácilmente en geometrías complejas. El término materiales compuestos abarca una gama muy amplia de materiales, agrupados generalmente en las subcategorías de materiales compuestos de matriz polimérica (PMC), materiales compuestos de matriz metálica (MMC) y materiales compuestos de matriz cerámica (CMC). En consecuencia, los esquemas de preparación pueden ser bastante difíciles de generalizar.

Las diferencias en la dureza y las características de desbaste/pulido de esta gama de materiales hacen que el control del relieve sea una de las principales preocupaciones durante la preparación. Los problemas de arrancamiento y fractura también son muy comunes. El seccionamiento produce con frecuencia daños considerables que deben eliminarse en los pasos posteriores de la preparación. A menudo se realiza el montaje con resina epoxi moldeable junto con la impregnación al vacío.

Consejos para el corte de composites

Todo seccionamiento debe realizarse en húmedo, con un amplio flujo de refrigerante dirigido al corte. El corte en húmedo producirá un acabado superficial más suave que el corte en seco. El uso de refrigerante también evitará daños en la superficie causados por sobrecalentamiento y tensiones mecánicas. Es importante reducir los daños durante el seccionado. Los daños mecánicos, como las fracturas, pueden penetrar profundamente en la estructura y alargar los pasos posteriores de preparación. Se ofrecen dos tipos principales de herramientas de corte: abrasivos y de precisión.

En el caso de los materiales compuestos, normalmente se debe atender al material más sensible a los parámetros de corte. Si tiene un material dúctil y un material quebradizo que se fracturará fácilmente, atienda al material quebradizo.

Consejos de corte abrasivo

Los dicos abrasivos tienen diferentes fuerzas de adherencia y se recomiendan en función de la eficacia de su fuerza y tipo de abrasivo con diferentes materiales. La elección de un disco incorrecto puede conducir a una tasa de desgaste inadecuada y posiblemente alterar la microestructura existente. Un disco está compuesto en su totalidad por abrasivo unido por una resina. Cuando se utiliza, va reduciendo su tamaño hasta que ya no puede cortar. Entonces se puede colocar una nueva unidad en el equipo de seccionamiento para realizar cortes adicionales.

El tamaño del disco abrasivo también afecta a los parámetros de corte. Los más grandes y gruesos eliminan más material, pero también generan más calor que uno más fino. Para reducir el calor producido, deben reducirse las velocidades de avance.

Los discos abrasivos deben seleccionarse en función del tipo de material y del tamaño de la pieza a cortar.

Consejos para el corte de precisión

Los discos de precisión se utilizan en la preparación metalográfica de composites cuando se cortan muestras pequeñas o delicadas. Estos no se rompen mientras se están utilizando. En el borde exterior hay una sección donde el abrasivo se ha unido con la aleación metálica y si se cuida adecuadamente puede durar más que una caja de discos abrasivos. Los discos wafering se pueden utilizar con composites para cortes más difíciles, incluyendo la realización de un corte preciso cerca de una característica de interés, o cuando es crítico reducir la anchura de un corte (pérdida de kerf).

Otras ventajas de utilizar un disco de precisión son que se aplica una carga menor y, en consecuencia, se genera menos calor, lo que reduce la cantidad de daños.

Las discos abrasivos también se fabrican para las cortadoras de precisión. Se pueden utilizar cuando la posibilidad de que los discos se rompan es alta. Esto puede ocurrir si la pieza es difícil de sujetar, si la pieza puede desplazarse durante el seccionado o si hay más variabilidad en el proceso (por ejemplo, varios operarios).

Consejos para el montaje de compuestos

El montaje de muestras metalográficas puede permitir la automatización y aumentar la facilidad de manipulación durante los pasos posteriores de la preparación y el examen metalográficos. Las muestras de formas intrincadas pueden montarse para crear formas uniformes que permitan la automatización del proceso de preparación de la muestra.

El montaje de las muestras también protege y preserva los bordes o defectos superficiales durante la preparación metalográfica. El método de montaje no debe alterar en modo alguno la microestructura de la muestra. La presión y el calor son las fuentes más comunes de efectos perjudiciales. Las temperaturas en torno a 350oF y las presiones en torno a 4000 PSI son comunes para el montaje por compresión en caliente.

La geometría y las propiedades de la muestra pueden determinar el método adecuado para el montaje de muestras compuestas. Utilice el montaje en molde cuando las muestras sean delgadas o se deformen con facilidad. Estas muestras tienden a ser sensibles a las altas presiones. Si las muestras no son sensibles a la presión, el montaje por compresión en caliente puede ahorrar tiempo y dinero.

Montaje por compresión en caliente

El montaje por compresión en caliente puede dañar las muestras compuestas. Se recomiendan las resinas moldeables con temperaturas pico bajas.

En los casos en los que un composite puede montarse utilizando el montaje por compresión en caliente, existen varios tipos de soportes disponibles. Para uso general, PhenoCure^® es una buena elección. EpoMet® o Diallyl Phthalate presentan una mejor retención de bordes en relación con PhenoCure y serían buenas opciones si este criterio es prioritario. Si lo que le interesa es un molde transparente, considere TransOptic. Al ser un termoplástico, TransOptic, cuando se calienta y se mantiene a temperaturas entre 105-115oC durante unos 20 minutos, se ablanda permitiendo la extracción de la muestra.

Para microscopía electrónica, ProbeMet puede ser el medio conductor que está buscando. Si interesa el contenido de cobre en la muestra, KonductoMet^® es una alternativa conductiva a ProbeMet.

Montaje moldeable

Una selección cuidadosa puede garantizar que el material satisfaga las necesidades de montaje en cuanto a tiempo, viscosidad, temperatura y contracción. Los sistemas acrílicos pueden aumentar el rendimiento con tiempos de curado rápidos de entre 5 y 30 minutos. Aunque el curado es más rápido, la adhesión y la viscosidad de las muestras de acrílico a veces pueden ser deficientes, especialmente con formas más intrincadas. Aquí es donde los sistemas epoxídicos pueden ayudar. Con tiempos de trabajo más largos, el epoxi mezclado puede utilizarse con un sistema de vacío para ayudar a los niveles de penetración en geometrías intrincadas. Nuestros sistemas epoxi también ofrecen picos exotérmicos más bajos. Puede encontrar información adicional en nuestra página de montaje.

Consejos de desbaste y pulido de composites para todos los métodos

Algunos problemas comunes al preparar muestras de composite son el relieve, la fractura y la extracción. Para reducir el alcance del relieve, puede ser útil realizar pasos de desbaste más cortos con SiC. En el caso de componentes de refuerzo de menos de 10 micras, a menudo se observan fracturas y arranques de los abrasivos. En estos casos, los abrasivos alternativos, como la alúmina, pueden ser una opción mejor que el diamante.

El uso del sistema de dosificación Burst de Buehler puede conservar el diamante y mejorar la consistencia.

La tasa ideal para el sistema de dosificación Burst cambia con el tamaño de la platina y el paño de pulido que se esté utilizando. Como pauta general, para un tamaño de plato de 8″ un ajuste de ráfaga de 3 es un buen punto de partida, para tamaños de 10″ y 12″ ajustar el sistema de ráfaga a 4 y ajustar según sea necesario. Puede que sea necesario experimentar un poco para determinar los ajustes óptimos que garanticen un abrasivo y una humectación del paño suficientes. Los dispensadores de ráfaga también son capaces de dispensar extensores simultáneamente con suspensiones de diamante si se desea.

Las cargas indicadas en los métodos de desbaste y pulido son recomendaciones para una muestra montada de 1,25″. Si se utiliza la fuerza central durante la preparación, la fuerza indicada debe multiplicarse por el número de muestras que se pulen. Para diferentes tamaños de muestra, utilice nuestra calculadora de conversión de carga para determinar la carga correcta para su aplicación.

Método de 4 pasos para composites de matriz polimérica
Superficie	Cargas [N]	Velocidad Base [rpm]	Rotación Relativa	Tiempo
CarbiMet^® grano 320	6 [27]	300 rpm		Until Plane
TexMet^® P con 9um MetaDi^® Supreme Diamond	6 [27]	150 rpm		5:00
VerduTex con 3um MetaDi Supreme Diamond	6 [27]	150 rpm		5:00
MicroCloth^® con 0.05um MasterPrep^® Alumina	6 [27]	150 rpm		1:30
= Plato = Soporte de muestras *Más MetaDi Fluid Extender según se desee

Método de 4 pasos para compuestos de matriz metálica
Superficie	Cargas [N]	Velocidad Base [rpm]	Rotación Relativa	Tiempo
DGD Color Yellow (35-μm Diamond)	5 [22]	300 rpm		Until Plane
UltraPad con 9um MetaDi Supreme Diamond	5 [22]	150 rpm		4:00
VerduTex con 3um MetaDi Supreme Diamond	6 [27]	150 rpm		3:00
ChemoMet^® con MasterMet^® Colloidal Silica	6 [27]	150 rpm		1:30
= Plato = Soporte de muestras *Más MetaDi Fluid Extender según se desee

Método de 4 pasos para compuestos de matriz cerámica
Superficie	Cargas [N]	Velocidad base [rpm]	Rotacioón Reltiva	Tiempo
DGD Ultra Yellow (45-um Diamond)	6 [27]	300 rpm		Until Plane
UltraPad con 15um MetaDi Supreme Diamond	56[27]	150 rpm		4:00
VerduTex con 6um MetaDi Supreme Diamond	6 [27]	150 rpm		3:00
VerduTex con 1um MetaDi Supreme Diamond	6 [27]	150 rpm		2:00
= Plato = Soporte de muestras *Más MetaDi Fluid Extender según se desee

Consejos para el ataque quimico de composites

Debido a las diferentes composiciones de los materiales compuestos, las prácticas de ataque deben ser determinadas por los constituyentes. Por favor, revise las páginas adecuadas de los diferentes componentes.

Consejos para el ataque quimico de composites

Dependiendo de la composición y la aplicación, el objetivo del análisis puede variar. Algunos objetivos comunes de análisis son las mediciones de vacíos, el examen de delaminación, el análisis de microestructura y las interacciones químicas. Las mediciones dimensionales pueden tomarse y guardarse utilizando uno de los niveles inferiores de nuestro software OmniMet^®. Para otras necesidades de análisis y exportación, pueden ser necesarias versiones más avanzadas como el software OmniMet Enterprise.

Consejos para el ensayo de dureza de materiales compuestos

Materiales de referencia para ensayos de dureza
	ASTM	ISO
Brinell	E10	6506
Rockwell	E18	6508
Vickers	E92,E384	6507
Knoop	E384	4545
Instrumentación	E2546	14577
Conversiones	E140	18265
Manual ASM Volumen 8: Ensayos Mecánicos y Evaluación	Sección de ensayos de dureza

Cuando se está determinando el método de ensayo de dureza, se evalúa la aplicación para encontrar la escala que satisfaga todas las necesidades y normas. En Buehler, nuestros equipos soportan ensayos de dureza utilizando cuatro escalas: Brinell, Rockwell, Vickers y Knoop. Dependiendo de la información requerida y de los estándares a cumplir, la escala requerida puede cambiar. La tabla de al lado enumera varios buenos materiales de referencia para los métodos de ensayo.

Al trabajar con materiales compuestos, hay varios factores que pueden afectar a la capacidad de medir la indentación.

El acabado de la superficie de la probeta; la planitud y los rasguños podrían dificultar la medición automática de las muescas por parte del software. Para reducir el acabado desigual de la superficie, asegúrese de que las muestras estén planas antes de iniciar el proceso de pulido.

El ensayo de materiales compuestos puede resultar difícil debido a las diferencias de reflectancia entre los constituyentes. Un buen contraste es importante a la hora de realizar mediciones de indentación. Pueden ser necesarios ajustes de iluminación para cada constituyente. DiaMet Full-Automatic y superiores tienen ajustes para permitir la iluminación automatizada, y el enfoque para cada sangría realizada.

Las puntas de indentación pueden quedar ocultas u oscurecidas dentro de poros y grietas. Los componentes cerámicos son especialmente susceptibles a esto. Una forma de mitigar estos efectos es utilizar una carga más ligera. Las cargas más ligeras no sólo disminuyen las posibilidades de que se produzcan grietas, sino que también permiten apuntar a zonas más pequeñas del material. Configure el equipo con un objetivo de 100 aumentos cuando mida muescas de 20 micras o menos.

Los niveles de automatización y documentación se basan en la escala utilizada. Si se necesita automatización, deben discutirse los diferentes niveles de DiaMet disponibles con un comprobador. Añadir automatización a los procesos de ensayo puede ayudar a aumentar el rendimiento de los sistemas de análisis y la repetibilidad.