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Los materiales intermetálicos constituyen un tipo de materiales con unas propiedades muy particulares para su uso en aplicaciones estructurales en ambientes corrosivos y a elevadas temperaturas.

En general, sus propiedades más atractivas son una alta resistencia mecánica y ductilidad razonable a la temperatura de operación, resistencia a la oxidación y corrosión, baja densidad y punto de fusión elevado. Pero también, la mayoría de los compuestos intermetálicos presentan fractura frágil y baja ductilidad a temperatura ambiente, siendo un problema en el mecanizado.

Los compuestos intermetálicos son materiales con una estructura ordenada y una composición cercana a la estequiométrica. Los más comúnmente utilizados son los basados en aluminuros y siliciuros, como Ni3Al, FeAl, TiAl y MoSi2, siendo la naturaleza del enlace parcialmente metálico y covalente [78].

propiedades magnéticas, barreras de difusión, o contactos e interconectores en la industria microelectrónica [79].

I.1.4.1. Aluminuros de hierro.

El estudio de los aluminuros de hierro en el campo de los materiales que operan a elevada temperatura comenzó en la década de 1980, cuando se vio que los intermetálicos ricos en hierro Fe3Al y FeAl, presentaban buena resistencia mecánica operando a temperatura elevada, suscitándose un gran interés en la industria aeroespacial [78].

El desarrollo de los aluminuros de hierro se debe pues a sus buenas propiedades, como resistencia a la corrosión, densidad, resistividad eléctrica, y nula toxicidad, pero también presentan inconvenientes como la baja tenacidad y ductilidad a bajas temperaturas [79], así como fragilización por hidrógeno por reacción con vapor de

agua [80] y ausencia de resistencia mecánica a temperaturas donde estos materiales son aún resistentes a la corrosión y soldables (temperaturas mayores de

600ºC) [81].

Como los intervalos de fusión de los aluminuros de hierro se encuentran entre 1200-1400ºC, podrían ser utilizados como materiales estructurales a temperaturas de hasta 1000ºC, pero su resistencia mecánica y a la fluencia en caliente son todavía insuficientes a esas temperaturas [82].

Las aplicaciones más importantes de los aluminuros de hierro provienen de su elevada resistencia a la corrosión a elevadas temperaturas en ambientes agresivos, en los que las aleaciones Fe-Cr-Ni y otras, sufren importantes procesos de degradación. Los aluminuros de hierro son resistentes a la carburización, sulfidación, oxidación y en medios de sales fundidas o aluminio fundido. En la tabla I.II se presentan las aplicaciones más destacadas, junto con la propiedad del material que se requiere en cada caso [83].

Tabla I.II. Principales aplicaciones de los aluminuros de hierro y el requerimiento exigido en cada aplicación [83].

Aplicación Requerimiento exigido.

• Elementos de calefacción (industria farmacéutica o alimentaria)

Resistencia eléctrica Ausencia de toxicidad • Filtros de gases calientes o metales líquidos Resistencia a la corrosión

• Procesado de vidrio Resistencia a la oxidación y a la fricción

• Cambiadores de calor Resistencia a la oxidación y a la erosión

• Conectores aeronáuticos y aeroespaciales Alta resistencia mecánica

Otra aplicación muy importante de los aluminuros de hierro en la corrosión a elevadas temperaturas, se produce tras la obtención de un recubrimiento protector basado en aluminuros de hierro sobre otro tipo de materiales con una pobre resistencia a la oxidación en determinados ambientes agresivos.

En la figura I.7 se expone el diagrama de fases aluminio-hierro [84]. En el rango de 0-54% atómico de aluminio existen cuatro fases, hierro γ, donde la solubilidad del aluminio es mínima (1,3% atómico), hierro α, con una solubilidad en aluminio mayor del 45 %, y las fases FeAl y Fe3Al. Por otro lado, en la zona rica en aluminio se encuentran cuatro compuestos diferentes, los intermetálicos FeAl2, Fe2Al5 y FeAl3 y la fase Al.

Los compuestos intermetálicos más comúnmente utilizados como materiales para altas temperaturas son los ricos en hierro, FeAl y Fe3Al. En la figura I.8 se muestran las estructuras de los compuestos FeAl y Fe3Al. Su uso preferente frente a otras fases intermetálicas se basa principalmente en que la fragilidad de los intermetálicos ricos en aluminio es mayor [85, 86].

• FeAl. La fase FeAl es una fase ordenada del tipo B2 (estructura tipo ClCs donde los átomos de hierro ocupan las posiciones catiónicas y el aluminio las aniónicas). El rango de estabilidad de esta fase está comprendido entre valores de aluminio de 23-54% atómico aproximadamente, dependiendo de la temperatura. Esta fase proviene de un enriquecimiento en aluminio de la fase ferrítica del hierro, A2, desordenada, que al llegar a una composición atómica en aluminio en torno al 23% se vuelve ordenada.

• Fe3Al. Esta fase es estable a composiciones de aluminio alrededor del 27% atómico y a temperaturas por debajo de 552ºC. Presenta una estructura DO3 ordenada (estructura tipo blenda donde el Fe ocupa las posiciones catiónicas y el Al las aniónicas), se forma por una transición orden-desorden A2/DO3. Esta fase además presenta permeabilidad magnética, siendo un material de aplicaciones potenciales como material magnético [87].

Los aluminuros ricos en hierro, el Fe2Al y FeAl3 se forman por reacciones peritécticas, mientras que el intermetálico Fe2Al5 es un compuesto con fusión congruente a 1169ºC con un rango de estabilidad comprendido entre el 70-73% atómico de aluminio [88, 89]. La estructura del compuesto Fe2Al5 pertenece al

Al Fe

B2: estructura ClCs DO3: estructura ZnS Al

Fe Al Fe

B2: estructura ClCs DO3: estructura ZnS

Figura I.8.Estructuras tipo B2 y DO3, correspondientes a las fases intermetálicas FeAl y Fe3Al, respectivamente.

sistema ortorrómbico, en la figura I.9 se muestra su estructura cristalina, en ella, los átomos de Fe y el 3 Al tienen ocupación de 1, y los átomos del tipo 1 Al y 2 Al tienen ocupación de 0.32 y 0.24, respectivamente [88].

I.1.4.1.1. Resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas de los