Caratterizzazione meccanica del composito Ti6Al4V/SiCf dopo prolungata esposizione ad alta temperatura

Il composito con matrice Ti6Al4V rinforzato con fibre lunghe di SiC (tipo SCS-6) è un materiale di grande interesse per applicazioni nei motori aeronautici. Non esistendo dati specifici di letteratura relativi al comportamento meccanico del composito dopo esposizione ad alta temperatura, simulante quella di esercizio, si sono eseguite prove meccaniche (trazione, microdurezza e indentazione strumentata con punta cilindrica a testa piatta-FIMEC) per studiare la presenza di un eventuale degrado rispetto al materiale non trattato. Preliminarmente, per valutare eventuali effetti dell’atmosfera durante l’esposizione in temperatura, sono state eseguite prove FIMEC su campioni non protetti trattati per 1 ora a 100, 200, 300, 400, 500 e 600 °C in vuoto, argon e aria. I risultati mostrano chiaramente un peggioramento del comportamento meccanico rispetto al materiale non trattato. Tale degrado è di entità maggiore nel caso del trattamento in aria, tuttavia anche negli altri due casi la presenza residua di ossigeno comporta danni alla struttura del composito e ne compromette le caratteristiche meccaniche. Pertanto il materiale potrà esser posto in esercizio solo proteggendo preventivamente le fibre e l’interfaccia fibra-matrice. Tutte le prove successive sono state eseguite dopo aver ricoperto per spruzzatura i provini con nitruro di boro. I trattamenti termici sono stati eseguiti in vuoto alle temperature di 400°C e 600°C con tempi di permanenza di 100, 500 e 1000 ore. Una serie di campioni è stata esposta per 100 e 1000 ore a 600 °C in atmosfera di gas inerte con tensione applicata di 15 MPa. Le prove di trazione su questi provini sono state eseguite a temperatura ambiente e a 600 °C. La modesta variazione delle proprietà meccaniche rispetto a quelle iniziali, anche nelle condizioni più severe di trattamento termico, indica che non c’è degrado significativo della struttura, in particolare dell’interfaccia fibra-matrice. Questo è stato confermato anche da osservazioni SEM delle superfici di frattura. Il lavoro dimostra che il composito Ti6Al4V/SiCf , una volta protetto con nitruro di boro, offre ottime garanzie per operare anche per tempi prolungati alle temperature di esercizio tipiche dei compressori dei motori aeronautici.