Superaleación
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Se llama superaleación a un grupo de materiales con capacidad para ser usados a temperaturas por encima de los 540°C, y que generalmente tienen contenidos de hierro (Fe), níquel (Ni) y cobalto (Co) en su composición, aunque muchas de las aleaciones base níquel contienen cromo (Cr), aluminio (Al), titanio (Ti), molibdeno (Mo), tungsteno (W), niobio (Nb) y tantalio (Ta).
Sumario
Descripción
La combinación de níquel y cromo en estas aleaciones provee resistencia del material frente a soluciones corrosivas reductoras como oxidantes. Estos compuestos muestran una elevada resistencia a las altas temperaturas y presentan características tales como:
- Resistencia a la fractura por tensión
- Elevada dilatación térmica
- Alta resistencia a la corrosión
- Alta resistencia a la fatiga térmica
El concepto de superaleación comenzó a usarse después de la II Guerra Mundial para catalogar un grupo de aleaciones empleadas en partes de turbocompresores y turbinas de motores de aviación a reacción, que requerían altos desempeños a elevadas temperaturas. Estas aleaciones tienen una estructura austenítica (no magnética) de cristales en forma de cubo. El desarrollo de estos tipos de aleaciones fue enfocado rápidamente hacia la industria aeroespacial, para la fabricación de turbinas y motores coheteriles; para la construcción naval, en la fabricación de submarinos; para la fabricación de tubos intercambiadores de calor en la industria petroquímica y química; en plantas energéticas para generación de electricidad a partir de gas y petróleo; y en la fabricación de reactores nucleres.
Compuestos metálicos avanzados (superaleaciones) más empleados
- Base níquel: entre estas se destaca el Iconel (76% de Ni, 16% de Cr y 8% de Fe), que combina resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y a la tenacidad, así como las características del Ni con la resistencia a la oxidación a altas temperaturas, típica del Cr. Resiste a la fatiga térmica sin hacerse frágil. Se emplea en motores de naves aéreas, hornos y recipientes para tratamientos de nitruración, y en tubos de protección de termopares.
La primera superaleación base níquel fue el Nimonic 80, desarrollada en 1941 en Gran Bretaña.
- Base niobio: es una de las más recientes, y se encuentra en los aceros empleados en oleoductos y centrales nucleares, así como en la fabricación de trenes magneto levitantes Se extrae del coltán, mineral disponible en Brasil y Australia, aunque el 80% de las reservas que se conocen están en el Congo.
- Base cobalto: se emplea en la industria aeroespacial, en la producción de turbinas de gas, en ciertas fases de la refinación de petróleo, en la fabricación de herramientas para trabajar diamantes, y en la producción de ciertos productos químicos. Los principales productores de esta aleación son China, Zambia, Rusia y Australia.
- Base titanio: para reducir el peso y garantizar la estabilidad a altas temperaturas, se emplea esta aleación en la aeronáutica y las naves aeroespaciales. La temperatura de fusión de este metal es de 1660°C, pero se eleva a 3140°C durante la formación de carbidos. Ofrece resistencia a los ácidos, por lo que se emplea en la industria química y alimenticia, y como también es resistente a la corrosión, se emplea para la construcción de barcos y submarinos nucleares. Los principales exportadores son China, Canadá, Australia y Sudáfrica.
- Base aluminio: una de las aleaciones de mayor interés en los últimos tiempos en las aplicaciones aeroespaciales es la de aluminio-litio, debido a su baja densidad. Le siguen aleaciones de aluminio-hierro-molibdeno-circonio, que funcionan muy bien a altas temperaturas, compitiendo en casos con el titanio.
- Base refractaria: son aleaciones con estructuras semejantes a las de base níquel, aunque con más alto punto de fusión. El metal base para estas aleaciones es el iridio, cuyo punto de fusión es de 2443°C.
Tecnologías de producción de las superaleaciones
Se basan generalmente en procesos pirometalúrgicos en los que se combinan reacciones de oxidación y reducción de los óxidos, para lo que se emplea argón o simplemente el vacío, en dependencia del tipo de horno, los que en todo caso estarán revestidos con materiales de alta refractabilidad. El patrón termotécnico varia, empleándose en algunos casos el método de escoria electrofundida y en otros un proceso dúplex, etc. También se aplica el método de pulvimetalurgia, que es el método logrado a partir de la utilización de polvos metálicos de alta pureza. En este método no siempre se emplea el calor, pero cuando se usa, se mantiene por debajo de la temperatura de fusión de los metales con los que se trabaja. Cuando se aplica calor, se está frente al proceso de sinterizado.
Fuentes
- Nacer Awad, O y Bello Canto, S. Tecnologías del milenio. El poder del futuro. Edit. Científico Técnica, La Habana. 2013.
