Compositi a matrice metallica: proprietà, produzione e applicazioni

I compositi a matrice metallica (MMC) sono una classe di materiali costituiti da un metallo fuso con un’altra sostanza. Questi due componenti appaiono in fasi diverse che sono fisicamente e chimicamente distinte . Il materiale di base è una matrice metallica, mentre l’altra sostanza appare come fibre o particolato per funzionare come materiale di rinforzo.

Come per la maggior parte dei compositi a matrice metallica, l’obiettivo della produzione di tale materiale è quello di migliorare le proprietà esistenti della matrice metallica, aggiungendo caratteristiche supplementari fornite dal rinforzo.

Proprietà dei compositi a matrice metallica

Alta resistenza

Una delle caratteristiche più comuni dei materiali compositi a matrice metallica è l’aumento della resistenza e della rigidità . Il suo elevato rapporto resistenza-peso rende il materiale utile in un’ampia varietà di applicazioni.

Ciò è evidente quando esposto a tensione o compressione, poiché la maggior parte dei compositi a matrice metallica ha un’elevata resistenza meccanica.

Alta resistenza al calore

Alcuni compositi sono costruiti per avere una maggiore resistenza allo scorrimento rispetto alle controparti in metallo puro. Ciò riduce il rischio di deformazioni o deformazioni nel materiale, specialmente se esposto a saldature o sollecitazioni di trazione ad alta temperatura. I compositi a matrice metallica funzionano meglio nelle industrie ad alto rischio di affaticamento da scorrimento o sbalzi di temperatura improvvisi.

Inoltre, questi materiali hanno un coefficiente di dilatazione termica inferiore, che fa ben sperare per applicazioni che richiedono l’integrità del materiale a temperature estremamente elevate.

Altre proprietà uniche

Ogni composito ha una propria serie di proprietà uniche a seconda della composizione e dell’orientamento del metallo e del materiale di rinforzo. Alcune di queste proprietà includono quanto segue:

• resistenza al Fuoco
• Incapacità di assorbire l’umidità

• resistenza alle Radiazioni
• Maggiore resistenza all’usura

Esempi di Compositi a Matrice Metallica

Come maggiori produttori di produrre di più i materiali di questo tipo, l’elenco dei compositi a matrice metallica può cambiare ogni tanto. Tuttavia, la maggior parte dei compositi disponibili sul mercato sono generalmente classificati come segue:

Alluminio MMC

Questi compositi utilizzano l’alluminio come matrice di metalli di base. Gli esempi includono SupremEX ® 620XF T5 Precision Extrusion (6061B), composito alluminio-grafite e compositi alluminio-berillio come AlBeMet® AM162 HIP.

Magnesio MMC

Il magnesio è un altro eccellente materiale a matrice per compositi. Alcuni prodotti di questa categoria includono il carburo di magnesio-silicio (Mg-SiC), l’ossido di magnesio-alluminio (Mg-Al2O3) e il carburo di magnesio-titanio (Mg-TiC).

Titanio MMC

Il titanio puro è già un materiale forte in sé, ma la sua forma composita può migliorare la sua resistenza superiore.

Altri MMC

Altri materiali di base a matrice meno comuni ma molto utili utilizzati per i compositi includono rame, cobalto, nichel o una combinazione di metalli. Nel frattempo, alcuni dei materiali di rinforzo più comuni utilizzati sono fibra di carbonio, carburo di silicio, allumina e boro.

Produzione e lavorazione

I compositi a matrice metallica possono essere lavorati in molti modi secondo una delle seguenti procedure :

Elaborazione a stato solido

Come suggerisce il termine, l’elaborazione a stato solido comporta la miscelazione della matrice e del materiale di rinforzo nelle rispettive forme solide. Questo può essere fatto attraverso la deposizione fisica di vapore, il legame di diffusione o la miscelazione della polvere.

La miscelazione in polvere utilizza un materiale matrice in polvere combinato con una sostanza legante all’interno di un solvente stoddard. Dopo l’essiccazione e la laminazione, il foglio di polvere risultante viene impilato alternativamente con fibre di rinforzo. Gli strati di stoffa sono riscaldati sottovuoto e pressati a caldo .

Liquid State Processing

Questo tipo di produzione prevede la combinazione di materiale di rinforzo con metallo liquefatto e permettendo alla miscela di raffreddarsi e solidificare. Ciò può essere condotta con la colata di stirata, la colata di compressione, l’infiltrazione, o la decomposizione dello spruzzo.

Per quest’ultimo, il metallo liquido viene spruzzato su un materiale di rinforzo particolato o fibra corta.

Elaborazione in Situ

Questo tipo di lavorazione produce il materiale di rinforzo attraverso reazioni chimiche all’interno della matrice. Ciò si traduce in una miscela composita di metallo puro con forti forze di legame di dispersione della matrice.

Quando si forma un materiale composito, può rientrare in uno di questi orientamenti: rinforzo di particelle, rinforzo di baffi e rinforzo di fogli. Le differenze sono viste nel modo in cui il materiale di rinforzo è incorporato o integrato nella matrice metallica.

Applicazioni dei compositi a matrice metallica

Industria aerospaziale e aeronautica

I compositi a matrice metallica funzionano bene come componenti in sistemi di trasmissione, riduttori, parti e accessori del motore e altri elementi interni.

Sport

Il rapporto resistenza-peso superiore della maggior parte dei compositi a matrice metallica rende il materiale adatto per racchette da tennis, telai di biciclette e altri sport che coinvolgono velocità e resistenza.

Applicazioni automobilistiche

Le auto e le corse automobilistiche utilizzano compositi a matrice metallica per le parti del corpo del motore e del veicolo a causa della natura leggera del materiale.