8'
ATAQUE
TERMICO EN
ALUMINIO
99,99%·
Pablo KITTL··
Heraldo TABARES·"
Gabriel RODRIGUEZ····
RESUMEN
Se
discute
lafenomeno/ogia
conocida enataque
ff!rm;code
aluminio
poligonizado
de99,99%
de pureza, y en monocristales obtenidos
porsolidificacion, aplicando
losresultados
obtenidos al
estudio
de subestructuras dedeformacion
enaluminio
laminado. Se estudia
tambien,
el crecimientode
grano y la
recristalizacicSn
conayuda
de unataque
termico enatmosfera
deargon
- fcSsforo.•
1.-
INTRODUCCION
EI ataque
termico,
obtenido por enfriamiento apartir
de una temperatura elevada, produce figuras
de corrosion en lasuperficie
del metalpreviamente
pu lida. Estehecho,
encontradoprimeramente
porLacombe',
fue estudiado posteriormente por varios autores
3 a
11.
Esta formac ion de
microfiguras
decorrosion,
que se forman por condensa cion de vacancias en ciertos punrospreferenciales,
de pende, fundamentalmente,
de la capa de oxido transparente formada al calentar la pr obeta",
de la temperatura inidal y
final,
y porultimo,
de la velocidad de enfr iamienro!",Con fines de comparac
ion,
podemos
clasificar los e stud ios hechos sobreataque termico y
qulmic
o, en base al materialusado,
en lasiguiente
forma;1.1
Ataque
termico en aluminiopoligonizado. Wyon,
Marchin yLacombe',
10,establecieron que el ataque termico no s e
produce
en los entornos de lossubllmites de
pof igonizac
ion. Los resultados fueron obtenidos por comparadon con el araque de un reactivo que
produce
microfiguras
en los Iimite s de pc l
igon
izacIdn y poruna
tecnica de rayos X para revelar dichossub-·Trab.jo
present.do a la 43a reunion de la Asociacion Fisic. Argentina, Barilocbe, mayo1964.
··Consejo
H.eion.1 de Investigaciones Cientificas y Tec aica s (Subsidio 312 a); Bueno. Aire••F.ealtad de Cleneia. de San Luis, Republica Argentina. Investigador invicado por IDIEM.
84 REVISTA DEL IDlE.. yol 3, ul 2, julio 1964
limites. Arora y
'4etzger7
llegaron
al mismo resultado a traves de una tecnica diferente.
1.2
Ataque
termico en monocristales de aluminio. EI estudio de monocrista Ies obtenidos por solidificacion fue heche porDoherty
yDavis',
quienes
observaron que los limites del macromosaico estan libres de ataque termi
co. Ellos estudiaron tambien la
morfologia
de las subestructuras de soli dificacion.1.3
Ataque
quimico
en aluminiopoligonizado.
Los autores ya cirado s"
demos
traron que
hay
unacorrespondenc
ia entre lasmicrofiguras
produc
idas porataque
quimico
y las asociaciones d is Iocacidn-Impuee
aa, Esdecir,
que unamicrofigura
seproduce
en un punto deemergencia
de una d is Iocac i Sn rodea da de una atmosfera deimpurezas.
(Las
impurezas
migran
hacia la d isIocacion para disminuir el campo de tensiones de la d Is Iocacion),
1.4
Ataque quimico
en aluminio solidificado. Biloni yDestaillats12
y posreriormente
8ilonilJ,14probaron,
usando el mismo reactivo deWyon,
Marchin y Lacombe (ReactivoW'4L),
que las microfrgura
s seproducen
en las zonasde
segregacion
dondehay
una alta densidad de asociaciones d isloca cionimpureza
formadas durante la solidificac ion.De e sta comparaclSn de resultados nace una concordancia estrecha entre
el ataque termico y el quim ico,que nos perm iee afirmar que:
a)
El araque termico seproduciria
en las zonas donde nohay
asociaciones dis locac
Ion-Impure
za,b)
El ataquequimico,
con reactivo deltipo
WML,
revela practicame nre todas las asociaciones disIocac
Ion-impure
aa; encambio,
una d islocacion sin atmosfera deimpurezas
no pue de revelarse con e sretipo
de ataquel
".
c)
Tampoco
parece serposible
detectar por ataque termico una disloca cion sin atmosfera de.impurezas,
enaquellas
zonas donde nohay
a s ociaciones d is locac
ion-Impure
za; esro-suponiendo
que lasmicrofiguras
se
prod
ucen al azar.2.-
TECNICAS
EMPLEADAS
2.1
Pulido
e/eetro/ftico
Las muestra s se eonfeccionaron con Al
99,
99% siendopulidas
en eI elec trolito deJacquet"
(66,
66% de anhidrido acerico y33,33%
de ac ido per cler ico)
en bafiorefrigerado
y convoltajes
entre 15 y 2'; V.2.2
Ataque
termico enatmosfera de
argon
EI ataque termico se hizo en dos
tipos
deprobetas,a
saber: monocristales obtenidos por solidificacion de aiuminio recristalizado ytemplado
aooe,
ATAQUE TERMICO EN ALUMfNIO 99,99" 85
El ataque termico se re aIize de la
siguiente
manera:a)
Pulido eIecteolirico,b)
Oxidadon en el aire a temperatura ambiente durante cierrotiempo
(3
a8
horas)
..
c:)
Sellado de lasprobetas
en tubo de vidrio conargon
y enalgunos
casos conargon
y fosforo.d)
Calentamiento de los tubos sellados a 600°C durante 15 a 60 minutos.e)
Enfriamiento en airequieto.
2.3
Ataque
termico en aireEn
algunos
casas el ataque termico fue hecho enpresencia
de aire, colocando Ia
probeta pulida
a600°C,
durante c uatro horas, sin oxidacidn previa,
enfriando luego en ambiente exento de c orrientes de aire.2.4
Obse;vacion
almicroscopio de
luzLa observacion microsc
opica
se re alizo en unmicroscopic
Leitz,
con sistemade luz oblicua
ultropack.
Lasforografia
s se tomaron enpelicula
de 35 mm.2. '5
Replica
paramicroscopio
electr SnicoLa obse evacion al
microscopio
eIectronico s e hizo sobrereplicas
de p lastico-cromo, Una vez atacadas las
probetas
con reactivo dePerryman
(48%
HNO"
2% HF Y 50%H20)se
impr
im io su superf
icie sobre triafol de0,1
mmde espesor. Se sombreo con cromo a 30° en una camara de alto vacio Sie
mens VRG
3'10a,
con un vaciosuperior
a '5 •10-5
mmHg.
Lareplica
de cr omo se prote g io con
parafina,
se d isolv io el triafolprimero
yluego
el soporte de
parafina
para dejar
libres lasreplicas
de cromo.2.6
Observacion
almicroscopio
e/ectronicoLas
replicas
aSIpreparadas
se observaron en unmicroscopio
eIecrronicoSiemens,
modeloElmiskop
I,
a una tension de 40 0 60 kV. Lasfotografias
setomaron en
placas
Per utz-Konrrast. Lasreproducciones
fueron obtenidasdesde un
unegativo"
copiado
de lasplacas,
con el fin de que las sombrasaparecieran
o sc ura s.3.- R
ESUL
T ADOS3.1
Observacion al
microscopio
e/ectronico86 REVISTA DEL IDlE .. yol 5. ... 2. '11110 1964
con re activo de
Perryman,
se ve una estructura totalmenteplana
y extensa,correspondiente
a la capa deoxido,
10 queimplies
que lasfiBuras
de ataque termico se encuentrao por
debajo
de ella. Eoefecto,
con ataques masprofong
ados, seempieza
a disolver dicb. capa deoxido,
depreferencia
en los
Iugare
s donde inmediatamentedeba]o hay
unafiBurs
de corrosion(FiB.
1).
De esta manera se forman verdaderos pozos eo cuyo fondo aparecen las
figuras
de ataque. LamorfoloBia
de estssfiguras
es variada(F
ig.
2 y
3).
Aunque
presenta formasgeometricas reBulares,
00 sepudo
averi guar la orientacidn de la matriz doode seformaron,
y por ende, lospianos
cristalograficos
que las delimitan.Con ataques intensos
(aproximadamente
70seg)
selogra
eliminar casi to taImente la capa deoxido,
como se observa en laFiB.
4.3.2 Observocion 01
microscopio
deluz
3.2.1 Monocristales de aluminio
De los resultados obte nidos por
Doherty
yDavisll
seconcluye
que el ataque termico s e
produce
en loslugares
donde las subestructuras de solidificaci6n no presentan asociaciones d is Iocac
Icn-Impure
aa,Los nodos de la estructura ceIular que aparecen en la
interfase,
pres entanun
agujero
que ha sido mencionado por los autores reciente me nte citados. Sinembargo,
e stapeculiaridad
no se rep ite en todos los casos. Los resultados son los mismos
cualquiera
sea la tecnica usada para el ataque termico.
�.2.2
AlumiJliopoligonizado
Los resultados obtenidos estan de acuerdo con la
literatura,
e s decir, nohay
ataque termico en los bordes de lossubgranos
depoligonizaci6n.
Sin
embargo,
e s pos ib le aclarar lafenomenologia
de la apar lc Ien de microfiguras
de ataque termico en los bordes de grano(Fig.
6).
Estas solo aparecen marcadas en el caso de que el borde de grano no se e ncuentre en su
posicion
original
durante elpulido,
y aparecen en esaantigua posicion
cuaodo el borde de grano
migra
durante el recocido usado para realizarel ataque termico.
�.2.3
Aluminio laminado en frioEn todos los casos las
probetas
fueron oxidadas al aire durante tres horas,a)
Pulido eIectrolft ico abajo
voltaje.
En
probe
tas rec ocidas en atmosfera deargon,
que se.pul
ieron a 15 - 18volts,
fueposible
ver la subestructura de deformac Ien(FiB.
7 Y8).
Enciertos casos se observaron estados intermedios de recriaeaIiaacion y
en
consecuencia,
migraciones
de borde de grano. En otros casos(F
ig.
8)
la subestructura de deformacien aparece muyclaramente,
sin trazosde e srados Intermedios de
recristalizacion,
siendo sus dimensionesATAQUE TERMICO EN ALUMINIO 99.99" 87
b)
Pulido. altovoltaje
En eI mismo
tipo
deprobe
ta conpulido
a 25 volts no aparece la subestructura de deformacion.
5i se coloca en el tubo con
argon
cierta cantidad defosforo,
elimina ble con un reactivo parapulido
quimicol6
se obse rvarjinfiguras
de corrosion,
de forma geometrica no muy clara. En e stetipo
de ataque ter mico lasmigrac
iones de borde de grano son mucho mas frecuentes queconotros t
ipo
s de ataque termico(Fig.l0).
En eI
microscopio
electronico se observe que estasmigraciones
sondiscontinuas
(F
Ig
, 21 y 22).4.-
DISCUSION
DELOS
RESUL
TADOS4.1
En
monocrista/es obtenidos porsolidificacion
Doherty
yDavis'
creen que la raz on por la cual los nodos de las celulasformadas durante la s cl id if icacion aparecen sin ataque
termico,
reside enel hecho que las
microporosidades generadas
por segre gac ion gaseosa, ab sorben las vacancias deb ido a que acnian como micleos de condensacien,5uponen,
ade mds, que cuando lasmieroporosidades
no aparecen en la supedicie,
ello s e debe a que e stjin inmediatamentedebajo
y actuan aHi co mo sumideros de vacancias.De acuerdo a la
fenomenologia
observada,
e s mas c orre cro decir que, en esas zonas, no aparece ataquetc�rmico,
debido a que allihay
asociaciones d Is Iocac
Ion-Impure
z a, como en el caso del aluminiopoligonizado.
Parece tamb ien que el tamafio medio de los
microporos
no aumenta despues
del ataque termico.4.2
En aluminio
poligonizado
Los resultados esran muy de acuerdo con los obtenidos por
Wyon,
Marchioy
Lacombe"lo.
Elpulido
eIectrol it ico debajo voltaje graba,
de cierro modo,
los bordes de grano que lue go aparecen por ataque termico. Discutiremos en 4.4 el caso en que los movimientos de bordes de grano se
produ
cenluego
delpul
ido,
Los sub l im ites de po li gon izac ion que no estaban durante eI
pulido,
aparecen sinmicrofiguras.
4.3
En aluminio laminado
enfrIO
En e s te caso s e
pudo
determinar que las subestructuras de deformacioncorresponden
a aque l las encontradas por Perrymarr'" y obsenadas por Kitt!y
Sabatoll
y por Kittl yRodriguez19,20
en aluminio deformado porimpacto.
Tambien sepudo
observar que su Iormac ion es muyinhomogenea
,4.4
Migracion
discontinua
del borde de granome-88 REVISTA DEL IDIEM vol 3. nO 2. lullo 1964
tales,
tales como enuranio,
por Lacombe y deGrimberg21,
y en cobre por\fullinsu.
Sinembargo,
debemos senalar que las tecnicas usadas por esosautores d ifieren de las usadas por nosotros. En
consecuencia,
los elemen tostopograficos
que
contribuyen
al ataque son d iferente s, aSI como losmecanismos actuantes, Las teenicas usadas por los autores mencionados
re
quie
re n un re c ocido masprolongado
yproducen
una ac a naladura (comegrooves)
cuya formac ion se debe a la reaccien de la atmosfera con el metal,
evaporac ien de un componente,evaporacion
delmetal,
ymigracion
de los ionessuperfic
iales", Las tecnicas usadas en estetrabajo
permiten
un recocido
rapido
yproduce
nalgunos
pits
que son aumentados durante el araque u�rmico por condensaci/in devacancias7,1.
La atmosfera
empleada
en el ataque termicojuega
un pa pe 1importante,
yaque cuando este se ha he cho en aire, no aparec e marcada
practicamente
ninguna posicion
intermedia de Ia migrac
i Sn del borde de grano(Fig.
2).
En
cambio,
si setrabaja
en atmosfera deargon
estos corrimientos son masnotorios
(Fig.
7). La maxima frecuencia y relieve de estos estados inter medios de-l borde de grano se obtiene cuando el ataquetermic;o
se realiza,
en atmosfera de
argon
y fosforo(Fig.
10,
11 y12).
Nosotros pensamos que el recocido
produce algunos pits
en el borde de gra no y que estos determinan d ichasposiciones
interme d ias al permanecer alii un cierrotiempo minimo,
suficiente para que tales marcadones se produzcan.
De 10 e xpuesro se deduce que solo en atmosfera de
argon-fosforo
la velo cidad de formac ion de lospits
e s mayor que la velocidad demigrac
ion de Iborde de grano y que esta velocidad parece discontinua para los valores
obse rvados.
\tullins22
y otros autore spiensan
que eI crecimiento discontinuo se debea que la acanaladura
producida
por el ataque termicoimp
ide el movimien to libre del borde de grano que termina en la superf
ic ie, En nuestro caso se pue de suponer que lospits
acnian como lasacanaladuras,
en el sentido que
producen
una discontinuidad en el movimiento del borde de grano.4."
Diferencios
en 10morfofog;o
clel otoque
termicoEn todos los casas se
concluye
que el efectosuperficial
en el aire, en elargon
y en elargon-fosforo, produce
una gran diferencia eo la d iseribucion y forma de lasfiguras
de ataque termico. Estas depe nden de la orientacionde la cara donde cre cen y del
espesor de la capa de
oxido, dependencias
que habria que estud iar con mas detalle.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos
la colaboracienprestada
enmicroscopia
elecerenlca, por la Sra.ATAQUE TERMICO EN ALUMINIO 99,99" 89
Fig. 1. Ataque t_rmico en aire y ataque qUlmlco can reactlvo de
Perryman par 30 seg. Se observan mlcroflguras d. ataque termlco en
los lugores donde el reactiva ha di suelto 10 capo de oxlda.
Replica
a 10.500 X.
Fig.
2. Tratamiento igual aFig.
1. Otro tlpa d.mh:rofigura
d. co90 REVlSTA DEL IDlEM vol
3, nO 2, julio 1964
Fig.
3. Trolomienlo iguol 0 Fig. 1 y 2. Olro lipo de figuro de corrosion. Lo copo de exide eslo muy disueltc. Replica 0 16.500 X.Fig. 4.- Iguol 0 Fig. 1, 2 y 3, pero con oloque de 70 seg. Lo copo de
oxido ho
desoparecido
IOlalmente.Micrafigural
hexagonales. Replica
ATAQUE TERMICO EN ALUMINIO 99,99" 91
Fig.
5.· Subestruc:turo c:elulor en monoc:ristol c:on otoque termlco .naire. Los microfiguros no aporecen en los nodos celulores. Observ•••
que los mic:roporos aporecen algunos veces. Luz oblic:ua 150 X.
('\I)�lrs
y�" (
.:::-t<:l
I·I:
� �..
�
:: .. I���,
",.,
-1./
--'ISI
I<:,j'
Fig.
6.· Aluminlopollgonlzado
con ataque termico .n olre. Se ven do.92 REVISTA DEL IDlE\! vol 3. nO 2. julio I' I
Fig. 7. Aloque lermico, en atmosfera de argon, de oluminio laminodo.
Pulido eleclrolilico a boje vollaje. Se observa un antiguo borde triple
de grana y algunos estados intermedios de 10 re e ristcliaee+e.... luz ebli
cua 150 X.
Fig. 8. Tratomiento igual a
Fig.
7.. Antigua borde de grono can figurasde corrosion geometricas en donde termina uno sube.tructuro de deIer
ATAQUE TERMICO EN ALUMINIO 99.99re 93
Fig.
9.- A'aque termico en argon,de aluminio laminado. Pulido a altovoltaje.
Se observan estados intermedios de 10 recristalizacion. Los actuales bordes de grano no tienen ataque termico. Luz oblicua 80 X.Fig.
10.Ataque
"!rmico en aluminio laminodo, en atmo.fera deargon-fo.
foro. Pulido a 25 V.
Migraclon
dlscontinua de borde de grana. La. nue94 REVISTA DEL IDIEM vol 3, nD 2, julin 1964
fig.
11.- TratamlentoIgual
aFig.
10. Tr•• pulclone. Intermedlu de unamlgroclon
de borde de grana can morcoda dl.contlnuldod.Replica
a 13.500 X.Fig.
12•• TrotamlentoIguol
aFig. lOy
11. Envolvente de unamlgra.
ATAQUE TERMICO EN ALUMINIO 99,99% 95
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