2.2.1 Características del material base
La tabla 2.1 muestra los elementos empleados para fabricar las aleaciones, así como algunas características particulares.
Elemento Pureza Proveedor Presentación
Níquel 99.99 % Sigma-Aldrich Lámina
Hierro 99.98 % Sigma-Aldrich Hojuela
Manganeso 99.98 % Sigma-Aldrich Hojuela
Galio 99.99 % Sigma-Aldrich Líquido
Cobalto 99.99 % Sigma-Aldrich Varilla
Tabla 2.1: Características del material base.
2.2.2 Preparación de aleaciones
Las aleaciones de estudio fueron elaboradas en horno de arco a presión menor a la atmosférica y en presencia de argón para evitar al máximo la oxidación. El sistema del horno de arco lo podemos dividir en tres partes: fuente, sistema de enfriamiento y cámara de fundición.
La fuente proporciona la corriente eléctrica necesaria para generar el arco eléctrico. El sistema de enfriamiento consiste en una bomba de agua y mangueras conectadas a la fuente y a la cámara de fundición, permite disipar el calor. La cámara de fundición está dividida en dos partes hechas de cobre una superior donde se encuentra el electrodo móvil y la parte inferior donde es colocado el crisol de cobre. Estas dos partes están unidas a través de un tubo de cuarzo. El crisol de cobre tiene un electrodo fijo, una muestra de titanio y el espacio donde se coloca el material a fundir. Para formar el arco eléctrico se ponen en contacto los electrodos (filamentos de Tungsteno dopados con Torio) y se hace pasar una
corriente intensa a través de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto y si a continuación se separan los electrodos se forma entre ellos un arco similar a una llama. La descarga es producida por electrones que van del electrodo negativo al positivo y por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El impacto de los iones genera una gran cantidad de calor entre los electrodos, pero el positivo se calienta más debido a que los electrones que chocan con él tienen mayor energía total. Este intenso calor es el utilizado para fundir el material. La figura 2.1 muestra la cámara de fundición y el crisol del horno de arco empleados para elaborar las aleaciones.
Figura 2.1: Cámara de fundición y crisol del horno de arco eléctrico.
El proceso de fundición inicia con la preparación y pesado de los distintos elementos que componen la aleación. Para cada aleación los elementos se agrupan en dos partes iguales, esto con la intención de asegurar la homogeneidad de cada parte y al final unir las dos partes. En el crisol se coloca una parte del material, la muestra de titanio y el filamento, luego se inserta en la parte inferior de la cámara de fundición apoyándose del sistema de vacío y fijándolo con los dos seguros. Se genera vacío en la cámara de fundición hasta que se llegue a una presión de 3.75 X 10-2 mmHg, para luego cerrar la válvula entre la cámara y la bomba de vacío. Se introduce argón a la cámara de fundición hasta una presión de 260 mmHg y esperamos unos segundos para luego abrir la válvula y generar vacío de nuevo. Este proceso se repite 2 veces más para asegurar que dentro de la cámara no existan elementos contaminantes. Al final de esta secuencia se cierra la válvula del sistema de vacío y se introduce argón a una presión de 380 mmHg. Finalmente se enciende el sistema de enfriamiento para que comience
a circular el agua en todo el sistema. Se enciende además la fuente, para luego generar el arco dentro de la cámara poniendo en contacto los dos electrodos. Una vez formado el arco eléctrico este se dirige a través del mando hacia la muestra de titanio para fundirlo (y con ello eliminar al máximo el oxígeno) y finalmente se dirige el arco hacia el material preparado para fundir. Es importante no prolongar mucho la estadía del arco eléctrico en el material para evitar pérdidas debidas a evaporación y mover el mando circularmente para fundir todos los elementos. Como resultado tendremos una pequeña esfera, la cual refundimos dos veces repitiendo el procedimiento descrito para asegurar homogeneidad. De manera similar para el grupo de material restante se realiza la fundición. Estas dos esferas se unen y se refunden tres veces para obtener la muestra final.
Es importante mencionar que la generación del arco eléctrico y la posterior fundición del material generan residuos que se adhieren al crisol. Por lo tanto el crisol se limpia con lija 2400 al contacto con agua, mientras que el tubo de cuarzo en la cámara de fundición se limpia mediante la impregnación de papel con acetona. Esta limpieza se realiza antes de cada proceso de fundición o refundición, para evitar la contaminación de las muestras.
2.2.3 Tratamientos térmicos
Las aleaciones de estudio fueron sujetas a distintos tratamientos térmicos. La aleación del sistema Ni-Mn-Ga se sometió a un tratamiento térmico de ordenamiento por 72 horas a 1073 K. Mientras la aleación del sistema Ni-Fe-Ga fue sujeta tanto a un tratamiento de homogenización a 1100 °C por 6 horas como a uno de ordenamiento a 500 °C durante 1 hora.
Todos los tratamientos se realizaron en un horno tipo mufla y las aleaciones fueron previamente encapsuladas en un ámpula de cuarzo al vacío para evitar oxidación. En ambos casos después del tratamiento de ordenamiento se realizó un templado en agua con hielo.