Estudio de las fases amorfas y nanocristalinas del sistema Fe2Zr obtenidas por técnicas de mecano síntesis

Abstract

En los últimos años, la investigación de materiales amorfos y nanocristalinos con nuevas propiedades mecánicas, químicas y magnéticas han concitado el interés de muchos grupos de ciencia de materiales debido a la diversidad de aplicaciones tecnológicas. Asimismo, existe un creciente interés en fabricar nuevos materiales por diversas técnicas que impliquen costos económicos cada vez menores. En esta tesis se realiza un estudio comparativo de la formación de las fases amorfas y nanocristalinas en el sistema Fe-Zr, con una composición nominal de 66.67% at. Fe, el cual posee interesantes propiedades físicas para potenciales aplicaciones tecnológicas. Las muestras han sido preparadas a través de dos variantes técnicas de la mecano-síntesis basadas en reacciones sólidas: Aleación Mecánica (AM), que se inicia a partir de polvos elementales puros, y Molido Mecánico (MM), a partir de polvos de un intermetálico previamente aleado por la técnica de horno de arco. El análisis estructural (orden de largo alcance - long range order -) de las muestras se realizó usando Difracción de Rayos X (DRX). Además, el análisis microestructural (orden de corto alcance - short-range order -) alrededor de los sitios de Fe se realizó empleando Espectroscopia Mossbauer de Transmisión (EMT). La evolución del proceso, monitoreado por EMT, permite determinar la transición de fases de ferromagnéticas a fases amorfas paramagnéticas por las dos rutas de síntesis. Asimismo, de los resultados finales de las dos rutas de mecano-síntesis, después de 9 horas de molido, se determina que la muestra procesada por AM contiene aproximadamente un 91% de fase amorfa, mientras que la obtenida porMMalcanza aproximadamente el 68%. Además, mediante AM, después de 9 h, se obtiene una fase nanocristalina de Fe- con tamaño de grano de aproximadamente 13 nm y una solución sólida de Fe(Zr); mientras que por MM, se forma una fase nanocristalina de Fe2Zr con tamaño de grano de aproximadamente 10 nm. Finalmente, de los parámetros M¨ossbauer, a 9 h de molido, se observa la homogeneidad de las dos muestras amorfas.

-- In recent years, research on amorphous and nanocrystalline materials with new mechanical, chemical, and magnetic properties have attracted the interest of many groups of materials science due to the diversity of technological applications. There is also a growing interest in producing new materials by different techniques involving a remarkable reduction of production costs. In this thesis, it is carried out a comparative study of the formation of amorphous and nanocrystalline phases in the Fe-Zr system, with a nominal composition of 66.67 % at. Fe, which has interesting physical properties for potential technological applications. The samples were prepared following two different routes of mechano synthesis technique based on solid state reaction: Mechanical Alloying (MA), starting from pure elemental powders, and Mechanical Milling (MM) from powders of a intermetallic alloy previously produced by the technique of electric arc furnace. The structural analysis (long range order) of the samples was performed using X-ray diffraction (XRD). Moreover, microstructural analysis (short-range order) around Fe sites was performed by Transmission M¨ossbauer spectroscopy (TMS). The evolution of the process, employing TMS, allows us to determine the transition from a ferromagnetic phase to a paramagnetic amorphous phases in both routes of synthesis. The final results of the mechano synthesis after 9 hours of milling show that the sample processed by MA contains approximately 91% of amorphous phase, while that obtained by MM reaches approximately 68 %. Moreover, following the first route (MA), after 9 h milling, it is obtained a nanocrystalline Fe- phase with an average grain size of approximately 13 nm and a solid solution of Fe(Zr). Following the second route (MM) it is obtained a nanocrystalline Fe2Zr alloy with an average grain size of approximately 10 nm. Finally, theM¨ossbauer results show the homogeneity of the amorphous samples (after 9 h milling), independent of the followed routes.