ITTO20130531A1

ITTO20130531A1 - Metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione

Info

Publication number: ITTO20130531A1
Application number: IT000531A
Authority: IT
Inventors: Claudio Francesco Badini; Sara Biamino; Xiang Chen; Paolo Fino; Matteo Pavese; Wenshu Yang
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2014207776A1

Description

Descrizione dell’Invenzione Industriale avente per titolo:

“Metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione.

I compositi a matrice di alluminio possiedono elevata rigidità specifica ed elevata robustezza specifica, buone proprietà ad alta temperatura, buona resistenza a fatica ed usura, buona capacità di smorzamento e basso coefficiente di espansione termica. Come qualsiasi altro composito, esso può combinare proprietà meccaniche e fisiche specifiche per soddisfare i requisiti applicativi. Di conseguenza, i compositi a matrice di alluminio sono diventati uno dei compositi a matrice metallica più comuni ed importanti.

I compositi a matrice di alluminio sono di solito fabbricati tramite il trattamento di colata sotto pressione, metallurgia delle polveri, infiltrazione sotto pressione, colata per agitazione e infiltrazione senza pressione o infiltrazione spontanea. Tra loro, il trattamento di infiltrazione senza pressione ha un maggior potenziale per l’applicazione industriale per il suo processo semplice, il basso costo e il fatto di non avere alcuna limitazione sulla dimensione o la forma dei prodotti. La limitazione principale per questo trattamento è il suo campo di applicazione. L’applicazione dell’infiltrazione senza pressione dipende significativamente dalla bagnabilità tra materiale di rinforzo ed alluminio o leghe di alluminio fusi, ma di solito la bagnabilità è relativamente scarsa per i rinforzi ceramici utilizzati comunemente (quale l’ossido di alluminio) e l’alluminio o le leghe di alluminio fusi. Esistono tre tipi principali di metodi per migliorare la bagnabilità in modo da indurre l’infiltrazione spontaneamente: uno è tramite la modifica della composizione della matrice tramite l’aggiunta di certi elementi leganti (ad esempio magnesio o litio che sono comunemente applicati a questo scopo); un altro è tramite la modifica delle proprietà superficiali del rinforzo tramite il rivestimento della sua superficie con un agente di miglioramento dell’infiltrazione (ad esempio nichel o nitruro di titanio) o la formazione di un agente di miglioramento dell’infiltrazione (ad esempio spinello magnesio-alluminio o nitruro di alluminio) all’interfaccia tra il rinforzo e la matrice; l’ultimo è tramite l’introduzione di una reazione prima o durante l’infiltrazione, che cambia la composizione chimica del rinforzo o del metallo della matrice, che è anche definita come infiltrazione reattiva. Inoltre, un tipo speciale di infiltrazione senza pressione può essere generato attraverso la generazione di vuoto nel sistema oppure generando un vuoto interno tramite il consumo di un gas interno reattivo.

Il brevetto statunitense No. 5509555 descrive un metodo per produrre un articolo tramite infiltrazione reattiva senza pressione. In quest’invenzione, una preforma porosa contenente almeno carbonio può essere infiltrata da leghe infiltranti liquide contenenti almeno due elementi tra Al e Si oppure Cu e Si. La bagnabilità è ottenuta insieme al processo di infiltrazione grazie alla formazione di carburo di silicio. Esistono limiti composizionali sia per la preforma (deve contenere carbonio) sia per le leghe infiltranti (Al-Si oppure Cu-Si), il che limita notevolmente la sua applicazione. Inoltre, la temperatura richiesta in questo brevetto è relativamente elevata (900<o>C-1800<o>C), di solito superiore a 900<o>C, dando come risultato un elevato costo di produzione.

Il Brevetto Europeo No. 0291441 descrive un metodo per realizzare un composito a matrice di alluminio tramite infiltrazione spontanea di una massa permeabile di riempitivo ceramico con alluminio fuso, dove la lega di alluminio della matrice contiene almeno circa l’1 per cento in peso di magnesio, e il processo avviene in un’atmosfera contenente dal 10 al 100% in volume di azoto, essendo il rimanente gas non ossidante, con la temperatura compresa tra 700<o>C e 1200<o>C. I compositi a matrice di alluminio prodotti contengono tipicamente nitruro di alluminio nella matrice di alluminio come fase discontinua, che si forma durante l’infiltrazione grazie alla reazione tra la matrice di alluminio (anche grazie alla presenza di magnesio) e l’atmosfera di azoto, e si ritiene che abbia un effetto positivo sull’infiltrazione spontanea. Il controllo richiesto dell’atmosfera e della composizione della lega della matrice complicano il processo, aumentano il costo di produzione e limitano l’applicazione (soltanto una lega di alluminio contenente magnesio può servire come matrice).

Il Brevetto Europeo No. 0115742 descrive un componente di celle elettrolitiche per la produzione di alluminio con una struttura composita di una matrice pre-formata di ceramica infiltrata da alluminio. Esso prevede un modo per rendere bagnabile da parte dell’alluminio fuso un materiale non bagnabile (quale ossido di alluminio) tramite pre-rivestimento di un agente bagnante sulla sua superficie. L’agente bagnante può essere scelto tra litio, magnesio, calcio, titanio, cromo, ferro, cobalto, nichel, zirconio o afnio ed i diboruri di titanio, zirconio, afnio e niobio. Tuttavia, il processo di pre-rivestimento aumenterebbe notevolmente il costo dell’apparecchiatura e della produzione. Inoltre, la temperatura richiesta è di solito troppo elevata (con rivestimento di Ni, 1200<o>C per 12 ore) cosicché esso non è adatto per un’applicazione commerciale.

Il Brevetto Europeo No. 0368784 descrive un metodo per fabbricare compositi a matrice metallica tramite infiltrazione spontanea del materiale riempitivo o della preforma con metalli fusi, dove si ritiene che l’infiltrazione sia indotta dalla comunicazione tra l’atmosfera di infiltrazione e il materiale riempitivo o la preforma, o il metallo della matrice, che fornirebbe un agente di miglioramento dell’infiltrazione o un suo precursore all’interfaccia tra matrice e riempitivo. Come sviluppo del documento EP0291441, questo brevetto allarga significativamente l’applicazione. Il punto saliente è tuttavia dato dalla necessità della presenza di azoto insieme ad un precursore di un agente di miglioramento dell’infiltrazione, quale magnesio/stronzio, oppure della presenza di ossigeno insieme a zinco/calcio, che permette alla matrice fusa di alluminio di infiltrare spontaneamente il riempitivo. Analogamente al documento EP0291441, si ottiene la bagnabilità contemporaneamente all’infiltrazione durante la formazione dell’agente di miglioramento dell’infiltrazione. Il controllo richiesto dell’atmosfera e della composizione della lega della matrice complica il processo, aumenta il costo di produzione e limita l’applicazione.

Il Brevetto Europeo No. 1178127 descrive un metodo per produrre un composito a matrice metallica per infiltrazione senza pressione, senza il controllo dell’atmosfera. In questo brevetto, un metallo di accelerazione dell’infiltrazione (magnesio) ed un riempitivo di rinforzo (carburo di silicio) sono caricati in un contenitore di alluminio con il 30%-70% di spazio pieno d’aria; quindi, il contenitore di alluminio viene sigillato e fuso in una fusione di metallo di matrice. Dopo l’infiltrazione, avviene la solidificazione del metallo del bagno di fusione e della matrice e si ottiene un composito. In questo brevetto, il contenitore di alluminio sigillato con aria residua all’interno genera una pressione ad alta temperatura che contribuisce all’infiltrazione iniziale, ed i prodotti di reazione di magnesio ed aria migliorano la bagnabilità e contribuiscono all’infiltrazione finale. Analogamente ai documenti EP0368784 ed EP0291441, è richiesta la presenza di azoto/ossigeno e del precursore dell’agente di miglioramento dell’infiltrazione, inoltre in questo brevetto è previsto un contenitore di alluminio sigillato con il 30%-70% di aria per controllare l’atmosfera, il che potrebbe semplificare il processo e ridurre il costo di produzione. Tuttavia, in questo brevetto, il composito prodotto si raffredda insieme al bagno del metallo della matrice, il che rende difficile separarlo dalla matrice solidificata. Analogamente al documento EP0368784, grazie alla presenza di ossigeno ed azoto, il metallo di accelerazione dell’infiltrazione è scelto tra un metallo contenente magnesio, calcio o zirconio. L’aggiunta di questo tipo di metallo di accelerazione dell’infiltrazione probabilmente modifica la composizione finale del materiale della matrice.

Scopo della presente invenzione è risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo un processo semplificato per il controllo flessibile della percentuale di rinforzo e per migliorare ulteriormente il campo di applicazione della tecnologia dell’infiltrazione senza pressione, e così si prevede nella presente invenzione un nuovo approccio per fabbricare compositi a matrice di alluminio, in cui la maggior parte dei materiali di rinforzo quali ossidi (ossido di alluminio, ossido di silicio, ecc.), carburi (SiC, TiC, B4C ecc.), boruri (TiB2, AlB, MgB2), nitruri (AlN, TiN, Si3N4) possono essere infiltrati senza pressione tramite alluminio o leghe di alluminio fusi in un campo di temperature di 700<o>C-1500<o>C, tramite il mescolamento con una quantità sufficiente di polvere di alluminio o di lega di alluminio, in un ambiente protettivo quale un’atmosfera di azoto, argo o vuoto.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 è una vista schematica in sezione laterale di un crogiuolo in cui si può realizzare l’esempio 1 del metodo della presente invenzione;

- la Figura 2 è una vista schematica in sezione laterale di un crogiuolo in cui si può realizzare l’esempio 2 del metodo della presente invenzione; e

- la Figura 3 è un diagramma schematico delle principali fasi del metodo secondo la presente invenzione.

Facendo riferimento alle Figure, è illustrata e descritta una forma di realizzazione preferita del metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione della presente invenzione. Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

Nel metodo della presente invenzione, una massa permeabile o preforma comprendente almeno un tipo di rinforzo e polvere di alluminio o di lega di alluminio può essere infiltrata tramite alluminio o una lega di alluminio fusi in un ambiente protettivo senza l’applicazione di pressione aggiuntiva. I materiali di rinforzo comprendono ossidi (ossido di alluminio, ossido di silicio, ecc.), carburi (SiC, TiC, B4C ecc.), boruri (TiB2, AlB, MgB2ecc.), nitruri (AlN, TiN, Si3N4ecc.). Tale polvere di alluminio può essere identica al metallo della matrice oppure diversa dal metallo della matrice come composizione. E’ richiesta una quantità sufficiente di alluminio per una buona infiltrazione e la quantità dipende dalle proprietà del rinforzo, dalla polvere di alluminio e dalla preforma, ed anche dalla temperatura di infiltrazione, poiché la dimensione del rinforzo e della polvere di alluminio e la porosità della preforma hanno un’influenza evidente sull’infiltrazione. In generale, una temperatura superiore, una dimensione di rinforzo maggiore ed una porosità di preforma inferiore avranno un’influenza positiva sull’infiltrazione. Dopo un tempo di infiltrazione sufficiente, i compositi ottenuti possono essere estratti direttamente dal bagno di alluminio fuso ad una temperatura relativamente bassa di circa 680<o>C, e raffreddati all’aria, oppure potranno essere raffreddati insieme al bagno di alluminio fuso in un forno e quindi tagliati dai residui solidificati.

Riepilogando, il metodo inventivo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione comprende le fasi di:

- preparazione, come pre-bagnabilità, di una massa/preforma permeabile comprendente almeno un tipo di rinforzo e polvere di alluminio o lega di alluminio; e

- messa in comunicazione di rinforzo e polvere di alluminio per generare un’infiltrazione spontanea di tale massa/preforma permeabile tramite alluminio o lega di alluminio fusa in un ambiente protettivo ad una temperatura di infiltrazione senza l’applicazione di una pressione aggiuntiva.

In particolare, si prevede che la fase di preparazione come pre-bagnabilità comprenda le sotto-fasi di:

- pesatura del rinforzo;

- pesatura della polvere di alluminio o lega di alluminio;

- miscelazione meccanica di rinforzo e polvere di alluminio o lega di alluminio;

- realizzazione della preforma al verde; e

- riscaldamento della preforma al verde in atmosfera protettiva.

Ancora in particolare, la fase di miscelazione meccanica viene effettuata alternativamente come:

- miscelazione a secco, che genera polveri della miscela; o

- miscelazione ad umido, che genera una miscela con solvente, sottoposta alternativamente ad essiccamento per ottenere polveri della miscela, oppure a pressatura o colata su nastro.

Inoltre, sono previste le fasi di:

- fornitura di alluminio massivo;

- immersione della preforma al verde nel bagno di alluminio;

- infiltrazione senza pressione ad una temperatura variabile tra 700 e 1500 °C;

- formazione di un composito nel bagno di alluminio;

- estrazione del composito;

- raffreddamento in aria o all'interno del bagno della matrice; ed

- ottenimento del composito, oppure taglio del composito.

La presente invenzione sarà ora descritta qui di seguito utilizzando alcuni esempi non limitativi del metodo per la fabbricazione di compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione.

Esempio 1

In questo caso, polvere di ossido di alluminio di taglia 100 mesh e polvere di lega di alluminio 6061 di taglia -325 mesh sono state miscelate in una soluzione di etanolo, con un rapporto in peso di 6:8:10. Si è eseguita una macinazione a sfere a bassa velocità per 2 ore, quindi si è trasferita la sospensione in un becher pulito. Dopo un riposo di 30 minuti, si è estratto il precipitato e lo si è riscaldati ed agitato a 80 °C per 30 minuti, fino a quanto tutto l’etanolo rimasto è evaporato. In questo modo, si è preparata una miscela di ossido di alluminio e polveri di lega di alluminio 6061. Si è applicata una pressatura isostatica a freddo con una pressione tra 150 MPa e 200 MPa, e si è ottenuta una preforma con una porosità di circa il 20%. Si è preparato un rivestimento di polveri fini di ossido di alluminio in un crogiuolo refrattario (ossido di alluminio), e vi si è collocata all'interno la preforma e due masse di lega di alluminio 6061, con una delle masse sulla cima, ed un'altra sul fondo (Figura 1). Il crogiuolo è stato messo in un forno, ed il forno è stato ventilato con argo inerte per formare un'atmosfera protettiva. Il forno è stato riscaldato ad una velocità di 300-400 °C/h per 3-4 ore fino al raggiungimento di 1200 °C, mantenendo la temperatura per 2 ore. Dopo l'infiltrazione, il forno è stato raffreddato a temperatura ambiente, quindi si è interrotta l'applicazione di argo e si è estratto il crogiuolo, tagliando via infine i compositi derivati dai residui all'interno del crogiuolo. Si sono ottenuti compositi di Al2O3p/6061Al tramite infiltrazione senza pressione. Esempio 2

In questo caso, si sono miscelate tramite agitazione, in una soluzione di butanolo, polvere di diboruro di titanio con dimensione di 2-10 micrometri e polvere di lega di alluminio 2024 di taglia -325 mesh a temperatura ambiente per 2 ore. Il rapporto in peso dei tre componenti (TiB2: 2024-Al: butanolo) era 1:1:2. Dopo agitazione, si è lasciata riposare la sospensione per 30 minuti fino a quando è avvenuta la sedimentazione. Si è rimosso lo strato superiore di liquido e si sono agitati i residui a 80 °C per altri 30 minuti, fino a quando si è rimosso tutto il liquido. Si sono sottoposte le polveri della miscela a pressatura isostatica a freddo per ottenere una preforma con una pressione di 150-200 MPa; la porosità della preforma era di circa il 25%-30%. Si sono disposte la preforma e le leghe di alluminio 2024 a matrice in crogiuoli refrattari come illustrato in Figura 2. Il crogiuolo è stato messo in un forno ed il forno è stato ventilato con gas azoto per formare un'atmosfera protettiva. Il forno è stato riscaldato alla temperatura di infiltrazione di 700 °C con un tasso di riscaldamento di 300-400 °C/h per circa 2 ore, mantenendo la temperatura a 700 °C per altre 2 ore per generare l'infiltrazione. Dopo l'infiltrazione, il forno è stato raffreddato a 680 °C in 30 minuti, e si è mantenuta la temperatura per altri 30 minuti. Quindi, si è interrotta l'applicazione di gas azoto, estraendo i compositi derivati e raffreddandoli in aria. Si sono ottenuti compositi TiB2p/2024 Al tramite infiltrazione senza pressione.

Esempio 3

In questo caso, si sono miscelate con agitazione in una soluzione di etanolo polvere di carburo di titanio con dimensione di particelle di 2-10 micrometri e polvere di leghe di alluminio 7075 di taglia -325 mesh. Il loro rapporto in peso (TiC : 7075 : etanolo) era di 19:1:10; il processo di agitazione è durato 2 ore a temperatura ambiente per garantire una buona miscelazione della polvere di miscela. Si è lasciata riposare la sospensione per 30 minuti per avere la sedimentazione, quindi si è rimosso lo strato liquido superiore e si è continuato il processo di agitazione per altri 30 minuti a 80 °C per garantire la completa evaporazione di etanolo residuo. Dopo aver ottenuto una miscela di carburo di titanio e polvere di leghe di alluminio 7075 con una buona miscelazione, si è applicato un processo di pressatura isostatica a freddo per preparare la preforma. Con una pressione di 250 MPa - 300 MPa, la preforma ottenuta aveva una porosità pari a circa il 35%-40%. La preforma attaccata a metà delle due masse di leghe di alluminio 7075 è stata disposta all'interno di un crogiuolo refrattario e collocata in un forno ad alta temperatura. Si è utilizzata un'atmosfera sotto vuoto e un tasso di riscaldamento di 600 °C/h quando il grado di vuoto è risultato sotto a 0,01 pascal. Si è mantenuta la temperatura a 1100 °C per 2 ore, e si è poi raffreddato il forno a temperatura ambiente. Alla fine, si sono ottenuti compositi di TiCp/7075 Al tramite taglio del composito dall'alluminio solidificato del bagno di infiltrazione.

Esempio 4

Si sono miscelati con macinazione a sfere a bassa velocità, insieme a butanolo, per circa 2 ore, polvere di carburo di silicio UF10 e polvere di Al-Si10% di taglia -325 mesh con rapporto in peso pari a 5:1. Si è estratta la sospensione in un becher per la sedimentazione, lasciandola riposare per 30 minuti. Dopo aver rimosso lo strato di butanolo superiore, il sedimento della miscela è stato riscaldato ed agitato a 80 °C per altri 30 minuti per far evaporare il butanolo rimanente, fino a quanto la miscela è risultata completamente asciutta. Si è applicata pressatura isostatica alla polvere ben mescolata ad una pressione di 200 MPa -250 MPa a temperatura ambiente e la porosità della preforma ottenuta è stata di circa il 34%-38%. La preforma è stata posta a metà delle due masse di leghe di Al-10Si, disponendole all'interno di un crogiuolo refrattario e quindi riscaldandole a 1000 °C con un forno ad alta temperatura in un'atmosfera protettiva di argo. Il tasso di riscaldamento è stato di circa 300-400 °C/h e, dopo un mantenimento a 1000 °C per 2 ore, il forno è stato raffreddato a temperatura ambiente. I compositi derivati sono stati tagliati via dai residui solidificati e si è ottenuto SiCp/Al(Si).

Esempio 5

In questo caso, polvere di silicio di taglia -325 mesh e polvere di alluminio di taglia -325 mesh con un rapporto in peso di 1:10 sono state aggiunte in un solvente di miscela di etanolo, butanolo ed olio di pesce. La sospensione è stata miscelata con un legante di polivinil butirrale (PVB) e polietilen glicole (PEG), tramite macinazione a sfere a bassa velocità per 12 ore. Si sono aggiunte gradualmente fibre tagliate di carburo di silicio di diametro 12 micrometri e lunghezza 10 mm, nell'impasto liquido già miscelato in una giara per macinazione a sfere. L'impasto liquido è stato agitato per altre 6 ore, quindi si sono rimosse le bolle di gas dall'impasto stesso, riducendo la pressione dell'aria. Si sono realizzati nastri su uno strumento di colata su nastro con l'impasto liquido finale. I nastri asciugati in aria sono stati dapprima bagnati con un solvente ottenuto dalla miscela di alcol polivinilico (PVA), etanolo e butanolo; quindi li si è impilati per formare una massa. Si è ottenuta la preforma sgrassando la massa in un forno ad una temperatura di 500 °C protetta da gas argo inerte. Due masse di leghe di Al-10Si sono state intercalate alla preforma preparata e disposte in un crogiuolo refrattario all'interno di un forno, protette da gas argo inerte. La temperatura del forno è stata innalzata ad un tasso di circa 300-400 °C/h per 2-3 ore, ed è stata tenuta a 900 °C per 2 ore fino al completamento dell'infiltrazione. Il forno è stato raffreddato a temperatura ambiente, si è separato l'alluminio connesso, e si sono ottenuti compositi di SiCsf/Al-10Si.

Esempio 6

In questo caso, si è utilizzato come rinforzo delle micro-fibre di carburo di silicio con dimensioni di 1,5 micrometri di diametro e circa 18 micrometri di lunghezza. Le micro-fibre di carburo di silicio sono state agitate con lega di alluminio Al-10Si di taglia -325 mesh per 2 ore per renderle molto ben miscelate; il loro rapporto in peso era di 10:1. Si è preparata la preforma dalla miscela tramite pressatura isostatica a freddo con una pressione di 200-250 MPa e la porosità della preforma è risultata intorno al 25%. La preforma è stata infiltrata in modo simile a quanto descritto nell'Esempio 5, tranne che la temperatura di infiltrazione è stata di 850 °C. Si è raffreddato il forno a temperatura ambiente, si sono estratti i residui dal crogiuolo, si è separato l'alluminio connesso, e si sono ottenuti compositi di SiCw/Al-10Si.

Esempio 7

Una polvere di nitruro di titanio della dimensione di 2-10 micrometri è stata miscelata on leghe di alluminio 2219 con un rapporto in peso di 3:2 tramite agitazione per 2 ore. Dopo essere stata miscelata a fondo, la miscela di polveri è stata pressata a freddo per formare una preforma tramite pressatura isostatica ad una pressione di 200-250 MPa, e la porosità della preforma è risultata intorno al 30-35%. La preforma è stata infiltrata in modo simile all'Esempio 2, tranne che la temperatura di infiltrazione è stata di 750 °C e le leghe della matrice erano una lega di alluminio 2219. Dopo l'infiltrazione, si è raffreddato il forno a 680 °C in 30 minuti, mantenendo la temperatura per altri 30 minuti. Quindi, si è interrotta l'applicazione del gas azoto, si sono raccolti i compositi derivati e li si è raffreddati in aria. Si sono ottenuti compositi di TiNp/2219 Al tramite infiltrazione senza pressione.

Sono state illustrate e descritte in precedenza alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione: ovviamente, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per produrre compositi a matrice di alluminio tramite infiltrazione senza pressione, comprendente le fasi di: - preparazione, come pre-bagnabilità, di una massa/preforma permeabile comprendente almeno un tipo di rinforzo e polvere di alluminio o leghe di alluminio; e - messa in comunicazione di rinforzo e polvere di alluminio per generare un’infiltrazione spontanea di detta massa/preforma permeabile tramite alluminio o leghe di alluminio fusi in un ambiente protettivo ad una temperatura di infiltrazione senza pressione aggiuntiva. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta massa/preforma permeabile è preparata tramite un processo di pressatura a freddo, pressatura a caldo, o colata su nastro, e la porosità di detta massa/preforma permeabile è inferiore all’80%. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto rinforzo è di materiale ceramico. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto rinforzo comprende polveri, micro-fibre, o fibre tagliate. 5. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detteo materiale ceramico comprende ossidi, carburi, nitruri, o boruri. 6. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto materiale ceramico comprende ossido di silicio, ossido di alluminio, carburo di titanio, carburo di silicio, carburo di bodo, diboruro di titanio, boruro di alluminio, boruro di magnesio, nitruro di alluminio, nitruro di titanio, o nitruro di silicio. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto ambiente protettivo comprende un'atmosfera di azoto, argo, o vuoto. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di preparazione come pre-bagnabilità comprende le sotto-fasi di: - pesatura del rinforzo; - pesatura della polvere di alluminio o lega di alluminio; - miscelazione meccanica di rinforzo e polvere di alluminio o lega di alluminio; - realizzazione della preforma al verde; e - riscaldamento della preforma al verde in atmosfera protettiva. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui la fase di miscelazione meccanica è eseguita in alternativa tramite: - miscelazione a secco, che genera polveri della miscela; o - miscelazione ad umido, che genera una miscela con solvente, sottoposta alternativamente ad essiccamento per ottenere polveri della miscela, oppure a pressatura o gettata a nastro. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente quindi le fasi di: - fornitura di alluminio massivo; - immersione della preforma al verde nel bagno di alluminio; - infiltrazione senza pressione ad una temperatura variabile tra 700 e 1500 °C; - formazione di un composito nel bagno di alluminio; - estrazione del composito; - raffreddamento in aria o all'interno del bagno di matrice; ed - ottenimento del composito, oppure taglio del composito. 11. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la temperatura per detta infiltrazione spontanea è al di sopra di 650 °C. 12. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta massa/preforma permeabile contiene almeno l'1% in volume di materiali metallici. RIVENDICAZIONI 1. Method for producing aluminum matrix composites through pressure-less infiltration, comprising the steps of: - preparing, as pre-wettability, a permeable mass/preform comprising at least one type of reinforcement and aluminum or aluminum alloys powder; and - communicating reinforcement and aluminum powder to generate a spontaneous infiltration of said permeable mass/preform with molten aluminum or aluminum alloys in a protecting environment at an infiltration temperature without additional pressure.
2. Method according to claim 1, wherein said permeable mass/preform is prepared by a process of cold pressing, hot pressing, tape casting, and the porosity of said permeable mass/preform is lower than 80%.
3. Method according to claim 1 or 2, wherein said reinforcement is of ceramic material.
4. Method according to claim 1 or 2, wherein said reinforcement comprises powders, micro-fibres, chopped fibers.
5. Method according to claim 3, wherein said ceramic material comprises oxides, carbides, nitrides, borides.
6. Method according to claim 3, wherein said ceramic material comprises silica, alumina, titanium carbide, silicon carbide, boron carbide, titanium diboride, aluminum boride, magnesium boride, aluminum nitride, titanium nitride, silicon nitride.
7. Method according to claim 1, wherein said protecting environment comprises nitrogen, argon, vacuum atmosphere.
8. Method according to claim 1, wherein the step of preparing as pre-wettability comprises the substeps of: - weighing the reinforcement; - weighing the aluminum or aluminum alloys powder; - mechanically mixing reinforcement and aluminum or aluminum alloys powder; - making a green preform; and - heating the green preform in a protecting environment.
9. Method according to claim 8, wherein the step of mechanically mixing is alternatively performed through: - dry mixing, which generates mixture powders; or - humid mixing, which generates a mixture with solvent, alternatively subjected to drying to obtain mixture powders or to pressing or tape casting.
10. Method according to claim 8 or 9, comprising then the steps of: - providing massive aluminum; - immersing the green preform in an aluminum bath; - pressurelessly infiltrating at a temperature ranging between 700 and 1500 °C; - forming a composite in the aluminum bath; - extracting the composite and cooling(or cooling within the matrix bath); - obtaining the composite or cutting out the composite.
11. Method according to claim 1, wherein the temperature for said spontaneous infiltration is above 650 °C.
12. Method according to claim 1, wherein said permeable mass/preform contains at least 1% in volume of metallic materials.