Obtención por fusión y caracterización microestructural y mecánica de una aleación ligera de alta entropía MnNiCuAl para aplicaciones especiales

Abstract

En este trabajo se obtuvo una aleación de alta entropía (AAE) MnNiCuAl elaborada mediante fusión por oxicombustión, empleando una temperatura promedio de 1700°C, con el objetivo de evaluar su microestructura y sus propiedades mecánicas en estado de colada. Primeramente, se realizaron cálculos teóricos para determinar la viabilidad de la fabricación de la aleación, de tal manera que se determinaron los siguientes parámetros termodinámicos, estructurales y electrónicos; un valor de entropía y entalpía de mezcla de 11.53 (J/Kmol) y de -10.5 (kJ/mol) respectivamente, un parámetro de estabilidad termodinámica (Ω) de 1.52, una diferencia de radios atómicos (δ) de 5.23, una concentración de electrones de valencia (CEV) de 7.75 electrones por átomo (e/a) y una diferencia de electronegatividad (Δ𝜒) de 0.164. De acuerdo con los valores obtenidos, se determinó que la aleación MnNiCuAl cumple con las cualidades de una AAE, además es posible precisar, que la aleación presenta la formación de dos soluciones sólidas, una con estructura cristalina cúbica centrada en las caras (ccca) y otra con estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (cccu), las cuales aportan una alta ductilidad en combinación con una alta resistencia mecánica respectivamente. La aleación se caracterizó mediante diferentes técnicas; para comprobar su estructura cristalina, se realizó difracción de rayos X, mediante microscopía óptica (MO) se observó que la microestructura representativa exhibe la presencia de dos microconstituyentes dominantes, uno dendrítico y otro interdendrítico, ricos en Ni-Al y Mn-Cu respectivamente, así como otro microconstituyente eutéctico en regiones dendríticas aisladas, a través de espectroscopia de energía dispersiva se obtuvo una composición química superficial en porcentaje atómico de Mn25.20Ni24.78Cu24.95Al25.07. Finalmente se realizaron ensayos mecánicos de microdureza y compresión a temperatura ambiente, reportando valores de microdureza entre 370 y 460 HV, una resistencia a la compresión por arriba de los 600 MPa y una elongación superior al 70%. Destacando que la aleación presentó una densidad teórica de 6.51 g/cm³, valor que es inferior a la densidad de los aceros al carbono (7.84 g/cm³).