Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have recently gained much attention as reinforcement for composite materials. Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times. At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material by stirring it into the workpiece. Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis

El presente trabajo estudia de forma comparativa la tendencia a la fisuración en caliente de la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW sin metal de aporte empleando tres condiciones de enfriamiento. Se elaboraron diferentes procedimientos de soldadura para analizar la soldabilidad del material mediante la obtención de cupones con descarga de líneas de calor sometidos a bajo aporte térmico (menor a 325 KJ/m), mediano aporte térmico (350 KJ/m), y a alto aporte térmico (mayor a 400 KJ/m); modificando en cada caso la velocidad de disipación del calor mediante el uso de un respaldo de acero, un respaldo de cobre y un respaldo de cobre refrigerado con agua, con la finalidad de analizar su relación con la tendencia a la fisuración en caliente. La inspección visual y los ensayos microestructurales realizados sobre los cupones con descarga de líneas de calor mostraron que bajo condiciones normales de soldeo no se logra evitar la aparición de fisuración en caliente. No obstante, si aseguramos que la soldadura presente una velocidad de enfriamiento superior al que normalmente se produce en procesos de soldadura, se podrá eliminar la aparición de fisuración en caliente. Ello se puede conseguir utilizando un respaldo de cobre, el cual presentó buenos resultados a bajo y mediano aporte térmico. Si bien es cierto, el respaldo de cobre refrigerado con agua logra eliminar la fisuración en caliente incluso para alto aporte térmico, no se recomienda su uso en soldadura debido a que este es un método poco práctico y difícil de utilizar en construcciones soldadas. Por otro lado, se realizaron cupones soldados a tope sin el empleo de metal de aporte y con enfriamiento mediante respaldo de cobre. Estos cupones fueron sometidos a ensayos de líquidos penetrantes, doblado y tracción, comprobándose su integridad y obteniendo una resistencia promedio de 145 MPa. Estos resultados fueron comparados y cumplieron con las exigencias del código de soldeo estructural de aluminio AWS D1.2, concluyéndose que cuando se desee soldar la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW y sin el uso de metal de aporte, se deberá garantizar una velocidad de enfriamiento superior al que se obtiene normalmente en procesos de soldadura, lo que se consigue asegurando un buen contacto entre el metal base y el respaldo de cobre a fin de favorecer una buena disipación de calor. / Tesis

Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have recently gained much attention as reinforcement for composite materials. Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times. At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material by stirring it into the workpiece. Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis

El presente trabajo estudia de forma comparativa la tendencia a la fisuración en caliente de la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW sin metal de aporte empleando tres condiciones de enfriamiento. Se elaboraron diferentes procedimientos de soldadura para analizar la soldabilidad del material mediante la obtención de cupones con descarga de líneas de calor sometidos a bajo aporte térmico (menor a 325 KJ/m), mediano aporte térmico (350 KJ/m), y a alto aporte térmico (mayor a 400 KJ/m); modificando en cada caso la velocidad de disipación del calor mediante el uso de un respaldo de acero, un respaldo de cobre y un respaldo de cobre refrigerado con agua, con la finalidad de analizar su relación con la tendencia a la fisuración en caliente. La inspección visual y los ensayos microestructurales realizados sobre los cupones con descarga de líneas de calor mostraron que bajo condiciones normales de soldeo no se logra evitar la aparición de fisuración en caliente. No obstante, si aseguramos que la soldadura presente una velocidad de enfriamiento superior al que normalmente se produce en procesos de soldadura, se podrá eliminar la aparición de fisuración en caliente. Ello se puede conseguir utilizando un respaldo de cobre, el cual presentó buenos resultados a bajo y mediano aporte térmico. Si bien es cierto, el respaldo de cobre refrigerado con agua logra eliminar la fisuración en caliente incluso para alto aporte térmico, no se recomienda su uso en soldadura debido a que este es un método poco práctico y difícil de utilizar en construcciones soldadas. Por otro lado, se realizaron cupones soldados a tope sin el empleo de metal de aporte y con enfriamiento mediante respaldo de cobre. Estos cupones fueron sometidos a ensayos de líquidos penetrantes, doblado y tracción, comprobándose su integridad y obteniendo una resistencia promedio de 145 MPa. Estos resultados fueron comparados y cumplieron con las exigencias del código de soldeo estructural de aluminio AWS D1.2, concluyéndose que cuando se desee soldar la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW y sin el uso de metal de aporte, se deberá garantizar una velocidad de enfriamiento superior al que se obtiene normalmente en procesos de soldadura, lo que se consigue asegurando un buen contacto entre el metal base y el respaldo de cobre a fin de favorecer una buena disipación de calor.