Aleación

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Aleación
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Concepto:mezcla con propiedades metálicas compuestas de dos o más elementos, donde al menos uno es un metal

Aleación. Mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. Es muy raro encontrar aleaciones al estado natural; se las obtiene por fusión, mediante el aumento de la temperatura, al estado sólido.

Contenido

Definición

Es una mezcla homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado natural (estado de oxidación nulo), Fe, Al, Cu, Pb. Pueden obtener algunos elementos no metálicos por ejemplo P, Ce, Si, S, As. Para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan.

Propiedades

Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductibilidad eléctrica y térmica, aunque usualmente menor que los metales puros.

Las propiedades de las aleaciones dependen de su composición y del tamaño, forma y distribución de sus fases o microconstituyentes. La adición de un componente aunque sea en muy pequeñas proporciones, incluso menos de 1% pueden modificar intensamente las propiedades de dicha aleación

Las propiedades físicas y químicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades mecánicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad etc. pueden ser muy diferentes a las que pueden tener los componentes de forma aislada

Las aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la concentración, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo simultáneamente la fase líquida y fase sólida. Hay ciertas concentraciones específicas de cada aleación para las cuales la temperatura de fusión se unifica. Esa concentración y la aleación obtenida reciben el nombre de eutéctica, y presenta un punto de fusión más bajo que los puntos de fusión de los componentes

Proceso de obtención

Históricamente para la obtención de una aleación se mezclan los diversos elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan y dejando luego solidificar la solución líquida formando una estructura granular cristalina apreciable a simple vista o con el microscopio óptico

La pulvimetalurgia desarrollada más recientemente, ha alcanzado gran importancia en la preparación de aleaciones con características especiales. En este proceso, se preparan las aleaciones mezclando los materiales secos en polvo, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo de sus puntos de fusión. El resultado es una aleación sólida y homogénea. Los productos hechos en serie pueden prepararse por esta técnica abaratando mucho su costo.

Otra técnica de aleación es la implantación de ion, que ha sido adaptada de los procesos utilizados para fabricar chips de ordenadores o computadoras. Sobre los metales colocados en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbono, nitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal. Bombardeando titanio con nitrógeno, por ejemplo, se puede producir una aleación idónea para los implantes de prótesis

Procesos de fusión

Los componentes se calientan en un horno a una temperatura superior a las de fusión, se logra una mezcla homogénea y posteriormente se reduce la temperatura hasta que solidifican de nuevo.

Electrólisis

Si el electrolito contiene en disolución cationes de los elementos que queremos alear, con el paso de una corriente eléctrica dichos iones se depositarán sobre el cátodo.

Compresión

Mediante un proceso similar a la sinterización, se mezclan los materiales en forma de polvo o virutas, se aumenta la presión y se calienta la mezcla hasta temperaturas inferiores a la de fusión.

Implantación de iones

El metal, colocado en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbono, nitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal.

Tipos de aleaciones

En ingeniería las aleaciones pueden dividirse en dos tipos: ferrosas y no ferrosas.

La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, los aceros son aleaciones ferrosas, son importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas.

Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo. Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales como un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad.

Las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo.

Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.

Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones.

Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesos industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

La plata fina, el oro de 58 quilates, el oro blanco y el platino iridiado son aleaciones de metales preciosos.

El acero, el latón, el bronce, el metal Dow, la plata alemana, el bronce de torpedo, el monel, el peltre y la soldadura son aleaciones de metales menos preciosos.

Las aleaciones de metal y carbono (carburos), boro (boruros), oxígeno (óxidos), silicio (siliciuros) y nitrógeno (nitruros); conocidas como los cermets; combinan las ventajas del compuesto cerámico, estabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas y a la oxidación, con las ventajas del metal, ductilidad y resistencia a los golpes

Debido a sus impurezas, el aluminio comercial es en realidad una aleación. Las aleaciones de mercurio con otros metales se llaman amalgamas.

Clasificaciones

Mezclas sólidas

En estas aleaciones se pueden observar al microscopio las partículas correspondientes a cada uno de los metales, lo que demuestra que cada celda cristalina está formada por los iones de un solo metal. Esto sucede con las aleaciones de plomo y estaño, antimonio y plomo,etc.

Disoluciones sólidas

Son disoluciones líquidas de dos o más metales que al solidificarse forman una mezcla homogénea o disolución sólidad y los iones de uno de los metales se encuentran distribuidos en la red cristalina del otro. Por ejemplo, el sistema plata-oro.

Compuestos intermetálicos

Son aquellos en los que los átomos de los diferentes metales están en una proporción determinada formando verdaderos compuestos químicos. Por ejemplo, la aleación de magnesio-plomo, el latón, la cementita, etc.

Ejemplo de aleaciones

Las aleaciones pueden fabricarse con el fin de que cumplan un grupo determinado de características.

Un caso importante en el que son necesarias unas características particulares es el diseño de cohetes y naves espaciales y supersónicas. Los materiales usados en estos vehículos y en sus motores deben pesar poco y ser muy resistentes y capaces de soportar temperaturas muy elevadas. Para soportar esas temperaturas y reducir el peso total, se han desarrollado aleaciones ligeras y de gran resistencia hechas de aluminio, berilio y titanio. Para resistir el calor generado al entrar en la atmósfera de la Tierra, en los vehículos espaciales se están utilizando aleaciones que contienen metales como el tántalo, niobio, volframio, cobalto y níquel.

En los reactores nucleares se utiliza una amplia gama de aleaciones especiales hechas con metales como berilio, boro, niobio, hafnio y circonio, que absorben los neutrones de una forma determinada.

Las aleaciones de niobio-estaño se utilizan como superconductores a temperaturas extremamente bajas.

En las plantas de desalinización se utilizan aleaciones especiales de cobre, níquel y titanio, diseñadas para resistir los efectos corrosivos del agua salina hirviendo.

Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación.

Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.

Aleaciones más comunes

Las aleaciones más comunes utilizadas en la industria son:

Véase también

Enlaces externos

Fuentes

  • Plane, Robert A. y Sienko, Michel J. Química. Colección Ciencia Técnica Aguiar.
  • De Galiano Mingot, Tomás.Pequeño Larousse de Ciencias Técnicas
  • Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo I. Editorial Mir Moscú.
  • Ordóñez Hernández, Urbano. Tecnología de los metales I. Editorial Pueblo y Educación.