Materialele compozite își găsesc aplicații mai largi în sectorul aerospațial, al construcțiilor, fabricarea automobilelor, datorită rezistenței lor ridicate, greutății reduse, capacității de a modela forme complexe și rezistenței la coroziune. Cel mai utilizat tip de compozite sunt polimerii armați cu fibre (FRP). Fibrele de armare utilizate în general în FRP sunt fibre de carbon sau de sticlă, dar se mai folosesc fibre de bor, Kevlar, nitrură de siliciu, alumină. Componentele de ranforsare pot fi, de asemenea, armate cu particule sau structurale, așa cum se găsesc în structurile tip sandwich.
Analiza metalografică
Examinarea metalografică a structurilor armate cu fibre implică analiza separării componentelor constitutive, a porozității și a tranzițiilor dintre componente. Procedurile de pregătire presupun secţionarea cu un disc de tăiere abraziv sau de precizie, urmată de înglobare, acolo unde este necesar şi apoi de şlefuire şi lustruire manuală sau semi-automată înainte de analiza macroscopică şi microscopică.
Secționarea/Debitarea
Secționarea eșantioanelor compozite mai mari ar trebui să fie efectuată cu un echipament de tăiere abraziv specializat, folosind discuri diamantate sau discuri abrazive pentru a obține o dimensiune ușor de gestionat. Utilizarea tehnicilor agresive, cum ar fi ferăstraiele cu bandă, trebuie evitată, deoarece acestea discuri pot provoca daune grave la o adâncime mare a specimenului. Chiar și dispozitivele de tăiere abrazive pot provoca unele daune și, prin urmare, se recomandă resecționarea ulterioară pe un dispozitiv de tăiere de precizie. Dispozitivele de tăiere de precizie, cum ar fi echipamentul IsoMet High Speed, taie cu forță minimă.
Pentru structurile care conțin componente meta-lice, grosimea și tipul de material al inserțiilor utilizate vor avea un impact asupra tipului de disc folosit pentru secţionare. Pentru probele care conțin titan sau aluminiu va fi necesar un disc cu componență neferoasă adecvată pentru secționare. Astfel, un disc din carbură de siliciu cu o aderență adecvată ar trebui să fie selectat pentru a fi utilizat pe un tăietor abraziv, în timp ce, pentru o mașină de debitat de precizie, ar fi recomandat un disc diamantat cu concentrație mare (HC).
Înglobarea
Pentru înglobarea structurilor compozite armate cu fibre, se recomandă rășini epoxidice cu întărire scăzută și cu vâscozitate scăzută, cum ar fi EpoThin 2 sau EpoxiCure 2. Utilizarea echipamentelor de vid, cum ar fi Cast ‘n Vac pentru înglobare, și presiunea în timpul ciclului de întărire, este de asemenea recomandată pentru o mai bună impregnare a rășinii în structura compozită. Adăugarea de coloranți/ pigmenți la rășină îmbunătățește contrastul în timpul analizei optice și ajută la facilitarea identificării fisurilor sau a porilor. Evitați înglobarea prin compresie la cald din cauza presiunii ridicate și a temperaturilor de întărire care ar afecta integritatea structurilor compozite.
Șlefuire şi lustruire
Hârtia SiC este folosită în mod obișnuit pentru etapele inițiale de șlefuire, dar trebuie remarcat faptul că pentru structurile compozite cu diferențe variate de duritate (scăzută spre mare) ale componentelor constitutive, hârtia SiC ar putea să nu fie ideală și ar trebui utilizate discuri de șlefuit diamantate.
Pentru compozitele armate cu fibre, folosim o procedură tipică în 4 pași, așa cum este recomandată de Buehler®.
Această procedură începe cu o hârtie SiC cu granulație 320 (P400), urmată de un disc perforat rigid nețesut TexMet P folosind o suspensie diamantată de 9μm. Acest lucru înlătură daunele cauzate după pasul 1, dar asigură, de asemenea, că finisajul suprafeței rezultat are o planeitate excelentă.
Urmează lustruirea cu un disc țesut cu o duritate medie, VerduTex folosind o suspensie diamantată de 3 μm, urmând finisarea cu alumină de 0,05 μm folosind discul de lustruire MicroCloth.
Ultima etapă are ca rezultat o suprafață fără zgârieturi, obținând și o geometrie excelentă a fibrei în secțiune transversală și benzile de interferometrie optică dorite la capetele fibrelor aflate longitudinal, pentru validarea planeității după lustruire.
Structura de fagure
O structură de fagure, este caracterizată printr-un panou compozit care strânge un miez de fagure, fie din titan, fie din aluminiu, rezultând o structură cu densitate scăzută și proprietăți ridicate de compresie și forfecare în afara planului. Acestea sunt utilizate pe scară largă în domeniul aerospațial, și inspecția metalografică este în general efectuată pentru a verifica integritatea legăturii dintre structura miezului de fagure și pielea exterioară din compozit armat cu fibre, a defectelor pielii compozite, cum ar fi goluri și prezența fisurilor. Defectele de legătură și/sau ale structurii armate cu fibre prezintă locuri de inițiere a defecțiunilor care s-ar putea propaga la defecțiuni catastrofale în timpul funcționării.
Compozit laminat de titan armat cu fibră de carbon
Aceste tipuri de laminate, denumite și compozite hibride, sunt din ce în ce mai utilizate în structurile aerospațiale și aeronautice datorită capacității lor ușoare. Aceste tipuri de laminate, denumite și compozite hibride, sunt din ce în ce mai utilizate în structurile aerospațiale și aeronautice datorită capacității lor ușoare. Acestea sunt îmbinate cu alte structuri de aeronave prin prindere mecanică, ceea ce oferă cea mai bună fiabilitate și permite detașarea ușoară pentru inspecție. Adăugarea de inserții metalice oferă o rezistență suplimentară care altfel ar lipsi unei structuri armate cu fibre.
Concluzie
Acest articol a oferit o privire de ansamblu asupra pregătirii metalografice a componentelor armate cu fibre, oferind cele mai bune practici în timpul etapelor de secționare, înglobare și șlefuire/lustruire într-o secvență de pregătire.
