Comportamiento del Sn durante la fusión y la solidificación

• Autores: Peralta, Juan Ignacio
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Fornaro, Osvaldo
• Materia: Fisíca; Mecánica de los procesos fluidos; Fusión; Termodinámica; Transferencia del calor; Calor; Ingeniería térmica; Ciencias exactas; Sn; Solidificación; Estaño
• Institución: Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

La transformación de fase sólido-líquido (S-L) y/o líquido-sólido (L-S) de un metal puro es una transición de fase de primera especie y como tal se espera que, bajo consideraciones de equilibrio termodinámico total, se produzcan a la misma temperatura y en forma isotérmica. Sin embargo, es común notar que durante la solidificación, la transformación comienza con un sobreenfriamiento inicial seguido por una recalescencia, luego de la cual se recupera una temperatura cercana a la del equilibrio1–3. Como en el estado sobreenfriado del líquido el inicio de la recalescencia aparece con el comienzo de la nucleación, se pretende encontrar una correlación de este efecto con las variables del proceso, como la temperatura máxima alcanzada por el líquido, la velocidad de enfriamiento y la superficie de contacto muestra – crisol, muestra – superficie libre. El sistema de estudio propuesto es el estaño técnicamente puro. Se denomina de esta manera a un elemento del cual se conoce su contenido de impurezas, que en principio no deberían afectar en forma radical a los resultados obtenidos. La elección del estaño como sistema material tiene tres razones fundamentales: 1) el fenómeno en este sistema está documentado pero no totalmente discutido, 2) en la bibliografía hay evidencia de que el fenómeno de la recalescencia afecta a aleaciones base estaño que tienen interés tecnológico, existiendo la firme suposición que la fase estaño es una de las responsables de su aparición, y 3) es de bajo punto de fusión, resistente a la corrosión y generalmente difícil de oxidar, lo que facilitaría su utilización. Es de particular interés estudiar en forma fundamental el tipo de transición que ocurre tanto durante la transformación de fase sólida a líquida como de líquida a sólida. Esto incluye efectos tales como el análisis de la estabilidad (metaestabilidad, inestabilidad) de la fase líquida sobreenfriada, los mecanismos de nucleación para el líquido sobreenfriado y las formas de crecimiento del sólido a partir de los núcleos iniciales. En el transcurso del presente trabajo se estudiaron las transiciones de fase S-L y L-S de muestras de Sn de pureza por medio de curvas de calentamiento-enfriamiento controladas. Para ello se utilizaron un calorímetro diferencial de barrido (DSC) y un horno eléctrico con el adecuado sistema de medición asociado. Durante el ciclo completo, ambos sistemas permiten observar la evolución de la fusión y la solidificación de las muestras en condiciones controladas. Para analizar la correlación entre las variables del proceso y el fenómeno de sobreenfriamiento se desarrollaron diferentes experiencias de enfriamiento a partir del metal líquido: • Fusión de la muestra y enfriamiento a distintas velocidades desde la fase líquida. • Fusión de la muestra, alcanzando distintas temperaturas máximas del líquido y enfriamiento a una misma velocidad previamente fijada. • Mantenimiento con o sin perturbación térmica de la muestra de Sn sobreenfriado con el propósito de analizar el grado de estabilidad del líquido en esa zona. • Ciclos completos y continuos de calentamiento hasta distintas temperaturas máximas y enfriamiento a velocidad constante en crisoles de diferente material y/o geometría. • Ciclos iguales y continuos de calentamiento hasta una misma temperatura máxima y enfriamiento a velocidad constante en crisoles de diferente material y/o geometría. • Fusión y solidificación de la muestra en atmósfera controlada de argón. Del análisis de los datos extraídos de las distintas experiencias se determinó el comportamiento del sistema durante la fusión y particularmente durante la solidificación del Sn puro. Este fenómeno incluye los efectos de los distintos tipos de nucleación, estabilización y crecimiento de los núcleos formados. La información obtenida podrá ser utilizada tanto en consideraciones formales de las transiciones de fase como también en aplicaciones tecnológicas que incluyan la formación de líquidos sobreenfriados durante el comienzo de la solidificación.
Fil: Peralta, Juan Ignacio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina.
Fil: Fornaro, Osvaldo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas; Argentina.