Cos'è la sinterizzazione in fase liquida?
Molti sistemi di sinterizzazione generano una fase liquida durante il processo di sinterizzazione. Tipicamente, gli elementi o i composti aggiunti non reagiscono né si dissolvono nella matrice e possono addirittura diventare liquidi durante la sinterizzazione. Non bagnano il materiale della matrice, come il piombo nel bronzo o l'MnS nell'acciaio inossidabile. Questa fase liquida non favorisce né influenza il processo di sinterizzazione; invece, esiste nella matrice sotto forma di goccioline e l'intero sistema è sinterizzato tramite diffusione allo stato solido.
Inoltre, quando esiste una fase liquida con reazione limitata alla matrice e che bagna il materiale della matrice, un'eccessiva formazione di questa fase liquida può portare al collasso localizzato della struttura perché la velocità di diffusione atomica della fase liquida è molto più veloce di quella della fase solida. Pertanto, il controllo del contenuto della fase liquida è vantaggioso per il processo di sinterizzazione, poiché la velocità di trasferimento di massa più rapida porta a una rapida densificazione delle parti. La fase liquida può esistere in due forme: una è quando la fase liquida è presente in tutta la stiva di sinterizzazione, chiamata fase liquida continua; l'altro è quando la fase liquida solidifica durante la pausa di sinterizzazione, chiamata fase liquida transitoria.
La sinterizzazione continua in fase liquida si divide in due tipologie: la prima prevede il riscaldamento di una polvere mista per formare un liquido. Un tipico esempio sono le leghe pesanti, come le leghe W-Fe-Ni, che vengono riscaldate per formare Fe-Ni liquido, dove W ha una solubilità limitata; o le leghe WC-Co, dove il Co dissolve parte del WC per formare un eutettico, ma il WC dissolve solo una quantità molto piccola di Co. La Figura 7.9 mostra una micrografia di una lega da 90W-7Ni-3Fe, che rivela grani sferici di tungsteno nella matrice della lega Ni-Fe-W. Durante la sinterizzazione, Fe-Ni si scioglie in una fase liquida e dissolve il tungsteno, portando alla sferoidizzazione delle particelle di tungsteno. Il tungsteno in eccesso che supera il limite di solubilità precipita nel liquido, un tipico esempio di riprecipitazione di dissoluzione durante la sinterizzazione in fase liquida.
(La presenza di grani circolari di tungsteno nella matrice della lega Ni-Fe-W è un tipico esempio di dissoluzione-riprecipitazione durante la sinterizzazione di fase.)
Il secondo tipo è la sinterizzazione in fase liquida a linea supersolida- (SLPS). Quando la polvere prelegata viene riscaldata sopra la linea del solido, i bordi dei grani sulla superficie e all'interno delle particelle si fondono, generando una piccola quantità di fase liquida, che si traduce nella sinterizzazione della fase liquida della linea supersolida. La generazione di questa fase liquida facilita la rapida densificazione. Un tipico esempio di utilizzo di SLPS è l'acciaio per utensili di tipo M2. La Figura 7.10 mostra una tipica microstruttura sinterizzata di acciaio per utensili di tipo M2. La figura mostra piccole particelle di fase di carburo nella matrice e una maggiore quantità di fase di carburo lungo alcuni bordi di grano.
(C'è una piccola quantità di fase di carburo all'interno dei grani e una grande quantità di fase di carburo in alcuni bordi dei grani.)
Esistono due tipi di sinterizzazione transitoria in fase liquida: la prima è la sinterizzazione per reazione, che avviene quando l'elemento A e l'elemento B formano un composto, rilasciando calore e generando il composto AB. NiAl è un esempio del genere. Il secondo è quando la fase liquida transitoria scompare a causa della diffusione di un determinato elemento per formare una soluzione solida. Ad esempio, il carbonio forma un eutettico con ferro e cromo. Quando il carbonio si diffonde nella matrice, forma una soluzione solida e la fase liquida si solidifica.