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Aluminio 6061 T6 y su velocidad de Corrosión

ALUMINIO 6061 T6

El Aluminio 6061 tiene como composición química:

Características

Cuando el metal contiene entre 99.5 y 99.79 % de aluminio este es llamado aluminio puro o aluminio comercial. El termino aleación se utiliza cuando se adicionan otros elementos al aluminio. La principal razón por la cual el aluminio es aleado es para obtener mayor resistencia sin incrementar importantemente el peso, dependiendo del uso especifico que se le de se puede obtener mayor resistencia a la corrosión mejor soldabilildad, maquinibilidad o solamente una mejor apariencia

Los principales elementos químicos adicionados al aluminio para producir aleaciones específicas, son los siguientes:

Silicio , magnesio, manganeso, cobre, zinc, cromo, hierro

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Fotografía 1.- Muestra de laminas de Aluminio

Propiedades del Aluminio

Ligero. El aluminio es el más ligero de todos los metales para uso estructural, a excepción del magnesio. el aluminio pesa solo la tercera parte que el hierro y el cobre.

Resistencia Mecánica. El aluminio tiene la resistencia para trabajos pesados, por lo general esta resistencia se obtiene mediante aleaciones de aluminio adicionando metales como manganeso, silicio, cobre, magnesio y zinc. las aleaciones de aluminio pueden ser tan resistentes como algunos aceros.

Elasticidad. La elasticidad de un material es la medida de su capacidad para regresar a su forma original después de que ha sido deformada por fuerzas externas. la elasticidad de los metales depende del tratamiento metalúrgico que tienen se puede decir en general que la elasticidad viene acompañada de dureza, esto significa que el aluminio puede ser mas o menos elástico como lo requiera su aplicación.

Resistencia a la Corrosión. En un ambiente en el que el aire este húmedo se forma una película fina resistente de oxido de aluminio que protege que la oxidación avance hacia el interior del metal.

Conductividad Eléctrica. Las aleaciones de aluminio son los mejores conductores de electricidad económicos disponibles porque manejan sobre dos veces la corriente que el cobre en relación a su peso. el aluminio puro tiene una conductividad eléctrica de 65% y algunas aleaciones el 55%.

Conductor del Calor. El aluminio es un excelente conductor del calor, lo conduce tres veces mejor que el acero.

Refleja la Energía Radiante. Las superficies pulidas de aluminio son excelentes reflectores de la energía radiante.

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No Magnético. Para efectos prácticos el aluminio es no magnético lo que lo hace que sea de los pocos metales apropiados para proteger ciertas aplicaciones eléctricas y electrónicas.

No Flamable. Aunque es un excelente conductor eléctrico, el aluminio no produce chispas. esto es una propiedad esencial en productos usados con alta flamabilidad o materiales y ambientes explosivos.

No Toxico. Es usado en industrias que procesan productos alimenticios.

El aluminio 6061 –T6 tiene como principales propiedades mecánicas las siguientes:

Resistencia a la Tension: 45,000 psi Resistencia a la Elongacion: 40,000 psi

Elongacion % en 2” : 10

Dureza: 95 brinell

Conductividad térmica cuatro veces mayor a la del acero

Excelente maquinabilidad

Buena estabilidad, con excelente acabado superficial

Altas propiedades mecánicas

No necesita tratamientos superficiales

Alta resistencia a la corrosión y al desgaste

Más ligero que el acero

Soldable

Densidad de 2,7 g/cc

Dúctil Ligero, con gran resistencia y excelentes características de acabado, el aluminio 6061-T6 es ideal para la elaboración de piezas maquinadas con calidad de excelencia y para trabajos que requieran buen acabado superficial.

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Tratamiento Termico T6

Tratado térmicamente por solución y envejecida artificialmente, el cual se realiza a temperatura de 520-530 ºC este tratamiento ayuda a la reducción de porosidad y a la mejora de la microestructura.

Aleaciones de aluminio de fundición

Son aquellas aleaciones que se utilizan en fundición para la fabricación de piezas obtenidas por colada en moldes de arena (colada en arena), en moldes de acero (colada en coquilla) y mediante inyección. Aunque se han desarrollado una gran cantidad de aleaciones de aluminio de colada, existen seis tipos de aleaciones principales:

- Aluminio-cobre - Aluminio-silicio - Aluminio-zinc-magnesio

- Aluminio-cobre-silicio - Aluminio-magnesio - Aluminio-estaño

Designación para los grupos de aleaciones de aluminio

Se diseño un sistema numérico de cuatro dígitos para formar las aleaciones de aluminio en este sistema el aluminio de 99.00 % o mas, es señalado como una aleación numero 1xxx. en cambio otras aleaciones de aluminio son agrupadas por el mayor elemento de aleación:

cobre 2xxx

manganeso 3xxx

silicio 4xxx

magnesio 5xxx

magnesio y silicio 6xxx

zinc 7xxx

otros elementos 8xxx y serie no usada 9xxx

El segundo digito en el numero de aleación indica los limites de impureza, si el digito es cero no contiene impurezas, si el valor es de uno a nueve indica un control especial de una o mas impurezas. los

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últimos dos dígitos en la serie 1xxx expresan el valor en décimas y centésimas del porcentaje de aluminio. (ejemplo: aleación 1060 =99.60 % de aluminio). En las series dos hasta nueve lo segundos dos dígitos no tienen ningún significado en especial, solo sirven para identificar las diferentes aleaciones de aluminio en el grupo.

Aleaciones Al-Mg-Si

Es posible tratarlo térmicamente, y muestra buena sensibilidad al temple, sus precipitados endurecen usando Mg2Si .Si este tiene una baja concentración de aleación de Mg o Si entonces el compuesto puede ser disuelto durante el tratamiento térmico. Si el porcentaje está en exceso el precipitado se distinguirá por la presencia de una estructura Widmanstatten. Si la fase es rica en hierro las fases serán Fe3SiAl12 o Fe2Si2Al9. si Mg y Cr están presentes entonces Fe3SiAl12 es estabilizado.

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TABLA1.-Posibles fases y composiciones encontradas en distintos tipos de aleaciones de Aluminio

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Composición Química del Aluminio 6061

Ventajas

Adicionalmente a sus características naturales (excelente conductividad, ligereza, nula toxicidad y que no produce chispa), el aluminio 6061-T6 ofrece las siguientes ventajas

Resistencia superior a la de las aleaciones 6063

Elaborado mediante tratamiento térmicos

Envejecido artificialmente

Optima conformación en frío

Excelentes características para soldadura fuerte y al arco.

Beneficios

Siempre que se necesite un producto verdaderamente confiable conviene pensar en aluminio 6061-T6, que por su calidad garantiza los siguientes beneficios

Excelente resistencia a la corrosión

Gran resistencia a la tensión

Excelente maquinabilidad

Aplicaciones:

Portamoldes y portatroqueles Moldes Prototipos

Moldes de producción para moldeado por soplado, inyección y al vacío

Partes de Maquinaria

Tipo de Corrosión

Tal metal forma una película de óxidos en la mayoría de los medios. Esta película lo protege contra una corrosión más aguda. El espesor de esta capa es de 1nm cuando acaba de formarse al aire libre en una superficie recién pulida. Se compone de dos capas, la mas próxima al

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metal es compacta, amorfa, de espesor determinada por la temperatura. Por encima de ella hay otra capa mas gruesa y más porosa formada por óxido hidratado.

La estabilidad de esta capa de óxidos se puede predecir mediante análisis del diagrama de Pourbaix. Como la corrosión del aluminio 6061 es habitualmente por picaduras, se da particular importancia al potencial de picadura como indicador de su capacidad a resistir a los ataques.

Análisis Metalografico del Aluminio 6061-T6

La metalografía es, esencialmente, el estudio de las características estructurales o de constitución de un metal o una aleación para relacionar ésta con las propiedades físicas y mecánicas. Sin duda alguna, la parte más importante de la metalografía es el examen microscópico de una probeta adecuadamente preparada, empleando aumentos que, con el microscopio óptico, oscilan entre 100 y 2000 aumentos, aproximadamente. Tales estudios microscópicos, en manos de un metalógrafo experimentado, proporcionan una abundante información sobre la constitución del metal o aleación investigados. Mediante ellos se pueden definir características estructurales, como el tamaño de grano, con toda claridad; se puede conocer el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras heterogeneidades que tan profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal.

Cuando el examen microscópico a permitido la determinación de estas y otras características constitucionales, es posible predecir con gran seguridad el comportamiento del metal cuando se le utilice para un fin específico. Importancia parecida tiene el hecho de que, con ciertas limitaciones, la micro estructura refleja casi la historia completa del tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material.

La experiencia demuestra que poco a nada se puede obtener del examen microscópico si antes no se prepara la probeta, para obtener una superficie satisfactoria, con arreglo a normas más o menos rígidas y precisas. Una preparación defectuosa puede arrancar todas las inclusiones interesantes, destruir los bordes de grano. La preparación de

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la probeta consiste, en general, en obtener primero una superficie plana y semipulida, mediante el empleo de papeles de esmeril de finura de grano creciente o realizando este desbaste con discos adecuados sobre los que se deposita un abrasivo, terminando con un pulido fino y final sobre discos provistos de paños. Esto procediendo desde un desbaste grueso, uno intermedio y uno fino.

El final de la operación es la obtención de una superficie especular que es la requerida para, después, efectuar el ataque y observar adecuadamente la estructura. Uno de los factores más esenciales que influyen sobre la técnica de la preparación de probetas es el cuidado con que se les maneja en todas las fases de operación. De igual importancia es el trabajar con limpieza, por que una partícula del esmeril o de una materia extraña puede inutilizar una probeta que sin ello estaría perfectamente pulida. A intervalos frecuentes, durante el transcurso de la preparación, tanto la probeta como las manos del laborante deben lavarse con agua y jabón. Tal operación de limpieza es necesaria para evitar que la superficie se raye a causa de los deterioros del papel de esmeril y es en particular indispensable cuando se pasa de un papel a otro más fino.

Después se realizo el desbaste con lijas de 60, 120,240, 320,400, 600,800 y 1200. En Bibliografía se encontró que para realizar el pulido se requiere de oxido de magnesio lo cual no lo utilizamos porque fue difícil encontrarlo, y por ello utilizamos la alúmina porque podríamos tener algunos problemas con la presencia de ralladuras en la muestra. En la experimentación nosotros utilizamos la alúmina de 0.5 micras.

Oxido de Magnesio. Es el abrasivo que suele recomendarse para el pulido final de los metales blandos, tales como el aluminio, magnesio y otros, o para sustituir a la alúmina en el pulido de las fundiciones y otros materiales relativamente duros. La técnica adecuada para el empleo del óxido de magnesio en el pulido final consiste en poner un apequeña cantidad de polvo fresco y seco sobre el paño de pulir colocado en el disco de la pulidora, añadir agua destilada en cantidad suficiente para formar una pasta clara, y luego trabajar esta pasta con la yema d los dedos, extendiéndola y embebiéndola en las fibras del paño. Después de esta carga, y durante el pulido posterior, se mantiene húmedo el paño por adición de agua destilada.

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Metodo de Ataque

La consideración preliminar más importantes es la elección acertada del reactivo adecuado, de entre los más recomendados para una aleación o metal dados. Hacer una selección requiere de juzgar y conocer el comportamiento de los distintos reactivos, cuando se emplean en las condiciones recomendadas. Cada reactivo ha de emplearse para el uso específico a que esta destinado y exactamente de acuerdo a las instrucciones adecuadas para su empleo. Los reactivos de ataque aplican, en general, por inmersión de la probeta en el reactivo o poniendo en contacto con la superficie de la misma un algodón impregnado. Es preciso que la superficie de la probeta este limpia, para asegurarse de que el reactivo la mojara regular y uniformemente.

Cuando se realiza el taque por inmersión, se suspende la probeta, con su superficie pulida hacia abajo, dentro del reactivo, sujetándola con los dedos o con unas pinzas. Cuando el tiempo transcurrido en el ataque se considera suficiente, se retira la probeta del reactivo, y rápidamente se le introduce en un chorro de agua. De esta manera se detiene inmediatamente la acción del reactivo y se elimina toda traza del mismo en la superficie de la probeta.

Seguidamente se lava con alcohol etílico, para quitar las gotitas de agua y, después, se seca en un chorro de aire caliente, quedando lista para su examen microscópico. Puede ser necesario volver a atacar si las imágenes no son nítidas.

El medio de ataque que utlizamos para nuestra Aleación de Aluminio 6061 fue de acido Fluorhídrico ( HF) , el cual lo obtuvimos de las Tablas siguiente encontradas en bibliografía.

Agentes más utilizado dependiendo la aleación

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Tabla de Medios de Ataque

Tiempo de Ataque

El tiempo de ataque es factor que sigue directamente importancia a la elección adecuada del reactivo. El aspecto visual de una estructura atacada o la calidad de una fotomicrografía de ella, dependen en gran manera de la precisión con los detalles más delicados hayan sido puestos de manifiesto por el ataque, y ello a su vez depende fundamentalmente del tiempo de ataque. Según el metal atacado y el reactivo empleado, los tiempos de ataque pueden oscilar entre pocos segundos y 30 o más minutos.

Muchos reactivos tienen una composición que asegura baja actividad y largos tiempos de ataque, con el fin de que se pueden controlar bien esos tiempos. El sobreataque es tan inadecuado como el ataque escaso, el sobreataque puede ocultar muchos detalles finos y ensanchar los límites de grano logrando una imagen no verdadera.

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El tiempo aproximado para el Ataque de nuestra muestra fue de 15 segundos continuamente.

Análisis por Microscopía Óptica

La fase matriz que se observa en las fotografías siguientes son de Aluminio y observamos claramente la limitación de un grano con otro.

Figura1. Aleación de Aluminio 6061 , 50X

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Figura2. Aleación de Aluminio 6061, 100X

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Si este tiene una baja concentración de aleación de Mg o Si entonces el compuesto puede ser disuelto durante el tratamiento térmico. Si el porcentaje está en exceso el precipitado se distinguirá por la presencia de una estructura Widmanstatten. Por tanto No existe exceso de Mg o Si

Si la fase es rica en hierro las fases serán Fe3SiAl12 (cúbica) o Fe2Si2Al9. (monoclínica) formadas de la rección eutéctica.

Precipitados claros y obscuros.

Si Mg y Cr están presentes entonces Fe3SiAl12 es estabilizado.

Más obscuros por tanto hay cromo y se estabiliza Fe3SiAl12, la fase obscura es Fe3SiAl12.

A bajos contenidos de silicio casi siempre el hierro está presente como Al3Fe.

Con el aumento de contenido de silicio entonces aparece la fase -Al-Fe-Si.

Fases comúnmente encontradas en materiales comerciales donde no se puede determinar su equilibrio.

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Silicio es adicionado a aleaciones con magnesio para propiciar el endurecimiento por precipitación.

El sistema Al-Mg-Si

Con el aumento de magnesio las partículas de silicio forman una estructura hexagonal en equilibrio de Mg2Si.

Precipitados circulares.

Forman esferoidita al envejecer el material.

Cuando éste aumenta se aprecia la corrosión intergranular.

El hierro puede entrar presente en el proceso de fabricación o remanente desde la composición del mineral de aluminio.

Composición de la BAUXITA:

Calculo de Tamaño de Grano

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En base a las fotos expuestas anteriormente se realizo el cálculo por medio de un software que se encuentra en el laboratorio de Metalurgia.

50 X

Numero de Intercepción 653

Tamaño de Grano 12.9

Área 7063.31

Fase1.- 29.60

Fase2.- 70.39

100X



200X



500 X



El area que se tomo fue 7065.31 micras

Fase 1 .- 18.12%

Fase2.- 81.87%

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Microanálisis

Se realiza en el SEM

El mecanismo de la difracción

El patrón de difracción puede ser utilizado como huella digital para la presencia de fases. El éxito de DRX para la identificación de fases depende en gran medida de la disponibilidad de archivos de polvos de difracción del ICDD (Centro internacional para datos de difracción) que contiene (típicamente intensidad de pico y posición de pico) datos de mas de 130,000 sustancias. DRX puede hacer mucho mas

La aplicación clásica del DRX en la ciencia de materiales involucra la identificación de fases. La posición de la línea de difracción y la forma y amplitud de una línea de difracción, también llamado ampliación de la línea de difracción, puede ser usado para determinar muchos

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parámetros microestructurales importantes, como la concentración del elemento aleante disuelto en la matriz, el tamaño del cristal (de la fase precipitada), los macro y micro esfuerzos, y la concentración de los defectos como vacancias y dislocaciones. Obviamente, la secuencia de precipitación en una aleación sobresaturada esta influenciado por la cantidad y tipo de defectos (esfuerzos y dislocaciones) y la sobresaturación.

La difracción de las ondas electromagnéticas se produce porque los elementos de una rejilla, absorben la radiación y actúan a su vez como fuentes secundarias reemitiendo la radiación en todas direcciones. Cuando hacemos incidir un haz de rayos X sobre un cristal, éste choca con los átomos haciendo que los electrones que se encuentren en su trayectoria vibren con una frecuencia idéntica a la de la radiación incidente. Estos electrones actúan como fuentes secundarias de nuevos frentes de onda de rayos X con la misma longitud de onda y frecuencia.

Cuando un cristal difracta rayos X, las ondas dispersadas electromagnéticas reemitidas interfieren entre sí constructivamente sólo en algunas direcciones, es decir se refuerzan, anulándose en el resto. Los rayos 1 y 2 estarán en fase y por tanto se producirá difracción cuando la distancia AB represente un número entero de longitud de onda, esto es cuando AB=nl , siendo n un número entero (0, 1, 2, 3...n).

Para cada nl el ángulo q es constante y el conjunto de los rayos difractados forma un cono cuyo eje central está formado por una fila de átomos. Ese cono tiene otro simétrico al otro lado del haz incidente.

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En la figura ha quedado representado cada cono formado por un conjunto de haces difractados correspondientes a cada n

Para que la difracción tenga lugar en las tres dimensiones de un cristal es necesario que se satisfagan las siguientes tres ecuaciones conocidas como ecuaciones de Laue:

a(cos a1 – cos a2) = hl (eje X)

b(cos b1 – cos b2) = kl (eje Y)

c(cos g1 – cos g2) = ll (eje Z)

Donde:

a, b y c son las distancias reticulares en las tres dimensiones;

h, k, l son números enteros;

(a, b, g)1 representa el ángulo entre el haz incidente y la fila de átomos

y (a,b, g)2 entre ésta y el haz difractado en cada una de las dimensiones.

Así para que se produzca un haz difractado es necesario que tres conjuntos de conos representantes de tres posibles soluciones de las ecuaciones de Laue deben intersectarse a lo largo de tal dirección. Esto sucede en rarísimas ocasiones por lo que en la práctica se utiliza la ecuación propuesta por Bragg.

El espectro de rayos X debe ser también un espectro de líneas, además ha de haber tres líneas en cada serie, correspondientes a las tres posibilidades de que el espacio vacante pueda ser ocupado por un electrón de las capas L, M, ó N. También existe un fondo de radiación X continua, procedente del ánodo de un tubo cualquiera de rayos X, esto es debido a la rápida deceleración de aquellos <electrones de bombardeo> que no logran expulsar un electrón de un átomo.

Características de la Difracción de Rayos X

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Las longitudes de onda de algunos rayos X son más menos iguales a la distancia entre planos de átomos de sólidos cristalinos. Cuando una radiación electromagnética incide sobre una superficie provista de un gran número de elementos espaciados regularmente a intervalos aproximadamente iguales a la longitud de onda de la radiación, se produce el fenómeno de difracción, consistente en la separación del rayo incidente en una serie de haces que se dispersan en todas direcciones. El dispositivo que produce éste fenómeno se llama rejilla de difracción.

Este espaciado es del orden de Å, que es la misma magnitud de la longitud de onda de los rayos X, éstos últimos pueden ser difractados por el sólido que actúa como rejilla de difracción. Los elementos de la rejilla son las partículas constituyentes del sólido y más precisamente sus electrones, que al recibir la radiación la reemiten haciendo las veces de nuevas fuentes de radiación.

El siguiente esquema indica la deducción de la Ley de Bragg:

Para el ángulo ø de Bragg, los rayos reflejados están en fase y se refuerzan mutuamente y representa el ángulo entre el rayo incidente (o el reflejado) y el cristal.

El rayo incidente número 2 recorre la siguiente distancia (más que el rayo incidente número 1):

sen ø =

d*seno ø = nl

con : 2dhklsen ø = nl LEY DE BRAGG

Condiciones de difracción para celdillas cúbicas unidad. Las técnicas de difracción de rayos X permiten determinar las estructuras de sólidos cristalinos. La interpretación de los datos de difracción de rayos X para la mayoría de las sustancias es compleja, de ahí que trataremos el caso de difracción en metales de estructura cúbica básica. El análisis de difracción de rayos X para celdillas unidad cúbicas puede ser expresado mediante la combinación de las ecuaciones de la distancia interplanar y la ley de Bragg, de allí se obtiene:

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Esta ecuación puede ser empleada con los datos de difracción para determinar si la estructura es cúbica centrada en el cuerpo ó cúbica centrada en las caras. Para emplear esta ecuación debemos saber que planos del cristal son los planos de difracción para cada tipo de estructura cristalina. Para la red cúbica simple, son posibles reflexiones desde todos los planos (hkl). Sin embargo para la estructura cúbica centrada en el cuerpo la difracción ocurre sobre los planos cuyos índices de Miller sumados (h+k+l) nos dá un número par; los principales planos de difracción son {110}, {200} ,{211} , etc. En el caso de la estructura cúbica centrada en las caras, los planos principales de difracción son aquellos cuyos índices de Miller son todos pares o impares (cero es considerado par), de esta manera, para la estructura FCC, los planos difractantes son {111} , {200} , {220}, etc.

Factores de Dispersión

Como ya vimos, para que un rayo X que incide sobre una estructura cristalina produzca un rayo difractado, se debe necesariamente que cumplir la ley de Bragg, sin embargo, esta no es la única condición que se debe cumplir, ya que cuando un rayo que llega a una estructura e incide sobre un plano que cumple la relación mencionada, puede que lo haga de tal forma que los rayos difractados se unan "positivamente", en tal caso se tiene un rayo difractado con una intensidad determinada, en caso contrario se tiene una "suma negativa" de rayos que cumplen la ley de Bragg pero cuya intensidad como conjunto es cero y no se manifiesta al realizar un estudio de difracción de rayos X. Por lo anteriormente expuesto se puede concluir que la posición de los átomos en la estructura afecta la intensidad, más no la dirección de los rayos difractados, y que por lo tanto es posible a partir de la medición de la intensidad, determinar la posición de los átomos en la celda del la estructura en estudio. Para ilustrar esto, se muestra la figura 3, donde se puede observar que los rayos que dispersados en la figura 3a, lo hacen en fase, lo que no ocurre con los rayos dispersados de la figura 3b, en donde los rayos dispersados están en desfase en un ángulo de l /2, lo cual se traduce en un decaimiento de la intensidad hasta que alcanza el cero.

Entonces como se observa, la intensidad depende entonces de la posición de los átomos en la estructura, pero no debemos olvidar que los átomos están conformados por los electrones y que además la reunión de átomos es lo que conforma la celda unidad que a su vez conforma la estructura del material; por lo tanto al estudiar la dispersión producto de la posición de los átomos, hay que considerar además la dispersión por efecto de los electrones y por efecto de la estructura como efectivamente se hará.

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Aleaciones Al-Si y Al-Mg son usados como sistemas modelos. Silicio y magnesio son frecuentemente agregados como elementos de aleación para el aluminio. Estos muestran efectos contrastantes: solubilidad al equilibrio de Si en Al es baja (acerca de 1.6% a 850°K) y del Mg es alta (18.9% a 723°K); empezando de una solución solida sobresaturada, los precipitados de silicio como Si puro (red diamante) directamente en la matriz de Al sin presencia de precipitados intermedios, mientras que el equilibrio del precipitado b (Al3Mg2; fcc) se desarrolla en la matriz Al como el final de la etapa de la secuencia de precipitación vía zona Guinier-Preston y precipitados intermedios.

Los resultados de DRX de aleaciones Al-Si y Al-Mg serán usadas para enfatizar especialmente esos aspectos microestructurales que parecen ser un descuido y el cual puede ser analizado por DRX, en, por ejemplo, el rol de las vacancias en exceso en los macro y micro esfuerzos. Los aparatos de DRX incluyen un generador de rayos x, dispositivos de fijación de los especímenes examinados, y equipo de grabación (difractómetro de rayos x, cámara de rayos x para registro fotográfico)

El análisis de fases de rayos x en aleaciones comerciales de aluminio es utilizado usualmente en los siguientes casos:

*investigación de aleaciones templadas

* Análisis local de defectos en lingotes y semiproductos

* La determinación de composición de fase de la capa superficial lo que ha sido alterada como resultado de oxidación por calentamiento, procesos de corrosión, o efectos especiales como la anodización o el tratamiento termomecánico.

*Definición de composición de fase para inclusiones grandes (0.5micras; inclusiones no metálicas, partículas que contienen hierro, partículas que contienen los componentes mas importantes de la aleación no disueltas en el tratamiento de solución solida y proceso de deformación en caliente)

*Composición de fase de dispersoides (compuestos íntermetálicos con metales de transición en el rango de tamaño de 0.02-0.5 micras)

*Composición de fases de precipitados endurecidos de tamaño menor a 0.02 micras

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Influencia de del contenido de elementos aleantes en solución sólida en espaciamiento de red del aluminio para aleaciones binaria

Los rayos X para la difracción son ondas electromagnéticas con longitudes de onda entre 0.05 y 0.25 nm (0.5 y 2.5 Å). Para producir rayos X para propósitos de difracción es necesario un voltaje de uno 35 KV y se suministra entre un cátodo y un metal diana anódico ambos mantenido en vacío como se presenta en la figura 1. Cuando el filamento de Wolframio del cátodo se calienta, se liberan electrones por emisión termoiónica y se aceleran a través del vació por la gran diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo, por consiguiente ganando energía cinética. Cuando los electrones golpean la lámina de metal se emiten rayos X. Sin embargo, la mayor parte de la energía cinética (cerca del 98%) se convierte en calor, por tanto, la muestra tiene que enfriarse externamente.

Como sabemos los electrones externos de un átomo son los que producen los espectros ópticos de los elementos, basta con pequeñas cantidades de energía relativamente pequeñas para producir estados excitados, y a su vuelta al estado normal se emiten longitudes de onda en (ó cerca de la región visible). Los electrones más cerca del núcleo requieren mayor energía para ser separados, por lo tanto cuando el átomo llega a su estado normal los electrones internos generan desplazamiento y sé dá lugar a la emisión de rayos X.

Los electrones al chocar con los átomos del ánodo, desplazarán uno de los electrones internos, por ejemplo, uno de los electrones de la capa K, esto deja un vacío en la capa k, que es ocupado inmediatamente por un electrón cualquiera de la capa L, M ó N. El reajuste de los electrones va acompañado de una disminución de energía del átomo, emitiéndose un fotón de Rayos X con una energía exactamente igual a dicha disminución.

A continuación se muestra el difractograma de la aleación de Aluminio 6061 y sus fases o precipitados encontrados en ella. Es la

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misma aleación estudiada pero en diferentes rangos de intensidad y ángulo.

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Difractograma con los Precipitados presentes en la Aleación 6061

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Difractograma del Aluminio 6061

Extrapolación Tafel

A principios de siglo, Tafel encontró de manera empírica que el flujo neto decorriente varía logarítmicamente con la magnitud de la desviación que tiene el potencial de equilibrio (n) a través de la relación:

n = a + b log i neta

i neta = densidad de corriente del sistema

Es una ecuación análoga a la de una recta, donde n es el sobrepotencial, i neta es el flujo de corriente en la interfase, a y b son constantes características de cada interfase electroquímica, de mucha importancia en el análisis cinético de los procesos de corrosión.

Buttler y Volmer desarrollaron la teoría cinética electroquímica a partir de la teoría de los procesos de cinética química, obteniendo una expresión para la velocidad de la reacción de transferencia electrónica bajo la influencia de un campo eléctrico, a partir de la velocidad de la reacción química bajo la condición de un campo eléctrico. La relación que se conoce como ecuación de Buttler-Volmer, constituye la ecuación fundamental de la cinética electroquímica para transferencia de carga en electrodos.

i = io ( e (i- ß)nF/RT) - e (-ß )nF/RT) )

donde:

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i = corriente neta

io = corriente de intercambio

n = sobrepotencial

ß = coeficiente de simetría

F = constante de Faraday

R = constante de los gases

T = Temperatura

La ecuación de Butler-Volmer muestra que para cambios pequeños en el campo eléctrico se producen grandes cambios en la corriente. Esta ecuación se puede representar en una gráfica de potencial en función de la corriente, la cual se conoce como curva de polarización y permite observar el efecto de los cambios en los diferentes parámetros de la ecuación.

Por ejemplo, considerando sobrepotenciales muy positivos (comparados con la situación de equilibrio) la ecuación se simplifica ya que la contribución de la reacción catódica se desprecia, siendo lo mismo para sobrepotenciales muy negativos donde ahora la reacción anódica se desprecia.

Por lo tanto las ecuaciones quedan:

ηa = -2.303 RT (log io/(1-β)F) + 2.303 RT (log ia/(1-β)F)

ηc = -2.303 RT (log io/βF) + 2.303 RT (log ic/βF)

La ecuación de Tafel donde (+) corresponde a la reacción anódica y (-) a la reacción catódica. A las partes lineales de la gráfica E vs log i se le conocen como pendientes de Tafel que son usadas para determinar parámetros cinéticos de la reacción de transferencia de carga. La intersección de las pendientes de Tafel le corresponde un punto en el eje del potencial denominado potencial libre o de corrosión, Ecorr, y otro en el eje de las corrientes, Icorr , que es la denominada corriente de corrosión, que dividida entre el área del metal proporciona la densidad de corriente de corrosión, siendo este uno de los parámetros cinéticos más importantes.

El coeficiente de Tafel puede calcularse con las formulas siguentes

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La figura de a continuación muestra como se presentan las curvas de extrapolación Tafel, en la cuales por medio de ella se van a extrapolar las líneas anódicas y catódicas en las que se obtendra el valor de el E corr y i corr

Del cual podemos obtener al igual que en el ejemplo pasado unas lineas en forma de curva, en la cuales extrapolaremos líneas en la región anódica y en la región catódica para poder encontrar un punto de intersección y así encontrar nuestro i corr y E corr , en base a nuestra grafica de densidad de corriente contra potencial.

Con esta técnica se obtiene la i corr por la extrapolación de las regiones catódica y anódica en el potencial de corrosión. El principal inconveniente de la extrapolación de Tafel es que desplaza a la interfase de sus condiciones naturales, con la posibilidad de que no sea restablecido el estado estacionario

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inicial, o que tarde mucho tiempo. Tiene además como limitación que no es aplicable a sistemas pasivos, en los cuales la rama anódica describe una tendencia a mantener o reducir la salida de corriente a medida que se incrementa el potencial, haciendo imposible la extrapolación.

Al momento de obtener nuestro i corr nosotros realizaremos nuestros cálculos para encontrar nuestra masa de material corroido empleamos la fórmula siguiente:

w=Icorr tA/zF

En donde:

w= masa del material corroido

t = tiempo

A= area

z = num de electrones

F= constante de Faraday ( 96500 C)

En la Tecnica de Extrpolacion Tafel realizada en el Laboratorio de Analisis quimico para el Aluminio 6061 se observo lo siguiente:

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-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

0.0000000001 0.0000001 0.0001 0.1

Pote

ntial (V

)

A/cm^2

E vs log( I )ALUMINIO 6061 T6

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4. Atlas of Microestructures of Industrial Alloys

Metals Andbook ASM

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Translated by

Dr. Martin P. Schmidt

Patent Attorney, Lyon, France

2004 ELSEVIER

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Trabajo Final Aluminio 6061 - Copy

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