Sintering of pure aluminum and nano-alumina powders by ECAP and hot extrusion | Sinterizzazione di polveri di alluminio puro e nano-allumina mediante ECAP ed estrusione a caldo

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.