Aleaciones

La aleación es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos

 para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes fundan. 

Un medio primario para disminuir los procesos corrosivos es la selección del material más adecuado para aquel medio. Debe seleccionarse en función del binomio medio-aleación.

Sin embargo no es fácil esta selección por lo restringido del campo de selección, ya que no se conoce una aleación óptima para todos los medios posibles.

Para cualquier aleación existe el medio que produce fuerte corrosión.

Tampoco es fácil la selección pues además hay que realizarlo atendiendo a los procesos de unión, soldadura, tratamientos, etc., que añaden parámetros que sensibilizan el material.

En cualquier caso la selección de la aleación debe ir asociada con la de algún proceso adicional de protección como los que se citan en los puntos siguientes.

Existen, sin embargo, algunas reglas generales que son bastante aceptadas y que pueden ser aplicadas cuando se seleccionan metales y aleaciones resistentes a la corrosión para aplicaciones de ingeniería. Estos son:

1.    Para condiciones no oxidantes o reductoras tales como ácidos y soluciones acuosas libres de aire, se utilizan frecuentemente aleaciones de níquel y cromo.

2.    Para condiciones oxidantes se usan aleaciones que contengan cromo.

3.    Para condiciones altamente oxidantes se aconseja la utilización de  titanio y sus aleaciones.

Las aleaciones que no se pasivan en un medio muestran velocidades de corrosión crecientes con el incremento del voltaje.

Los metales que se pasivan en un medio corrosivo muestran un mínimo para ciertas condiciones de polarización anódica.

Sin embargo se entiende que el metal pasivado sigue un mínimo proceso de corrosión.

Los materiales poliméricos tales como los plásticos y los cauchos son débiles y blandos y en general menos resistentes a los ácidos inorgánicos fuertes que los metales y aleaciones, y en consecuencia su utilización como materiales primarios en resistencia a la corrosión es muy limitada. Sin embargo, a medida que aumenta la disponibilidad de nuevos materiales plásticos resistentes a la corrosión, su presencia en la industria se hace cada vez más importante.

Los materiales cerámicos poseen una resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas calificable de excelente, pero tienen la desventaja de ser quebradizos para resistencias a tensión bajas. Por tanto, la utilización de materiales no metálicos en el control de la corrosión concreta principalmente en la producción de forros, juntas y recubrimientos.

Níquel y sus Aleaciones Generalidades y Aplicaciones El Níquel es uno de los metales de mayor relevancia industrial cuyo empleo se remonta a tiempos prehistóricos, incluso mucho tiempo antes de que este metal pudiera ser aislado y clasificado como elemento químico. Es un metal de color blanco plateado, duro, tenaz y maleable, que posee unas buenas características de resistencia a la corrosión y a la oxidación. Se obtiene a partir del tratamiento de sus menas de tipo óxido (40%) y sulfuros (60%). Propiedades físicas: PROPIEDADES FÍSICAS Estructura cristalina FCC Punto de fusión 1453ºC Punto de ebullición 2910ºC Coeficiente de dilatación 20 a 100ºC 13,3.10-6 20 a 900ºC 16,3.10-6 Conductividad térmica 20ºC 0,210cal/cm.s.ºC 500ºC 0,148cal/cm.s.ºC Resistencia eléctrica 99,99% 6,8Ω.cm 99,8% 9,9Ω.cm El Níquel se utiliza industrialmente tanto en su denominación comercial de Níquel puro como formando parte de un gran número de aleaciones a las que se les adicionan distintos elementos que   actúan sobre sus propiedades mecánicas.  Los efectos de algunos de estos elementos de aleación son los que se muestran en la tabla siguiente: Elementos de aleación Cr Confiere buena resistencia a la corrosión en medios oxidantes.Mejora la resistencia frente a la sulfidización.Incrementa la resistencia mecánica. Mo Incrementa la resistencia mecánica.Mejora la resistencia frente a la corrosión por picaduras o por cavidades. Fe Incrementa la resistencia mecánica.Reduce el precio de las aleaciones. Al Principal endurecedor de las aleaciones base Níquel.Incrementa la resistencia frente a la oxidación. C Contribuye a la resistencia de la aleación.Puede afinar las partículas presentes en las juntas, incrementando su resistencia. Ti, Nb, W Incrementan la resistencia mecánica. Co Incrementa la resistencia mecánica.Mejora la resistencia frente a la sulfidización. Cu Mejora la resistencia a la corrosión en medios marinos Cantidades superiores al 0,5% ocasionan la formación de fases indeseables de bajo punto de fusión. B Mejora la resistencia mecánica, la resistencia frente a la fluencia y afina las juntas de grano. Si Mejora la resistencia frente a la sulfidización. Dada su gran resistencia a la corrosión, el Níquel se emplea como revestimiento electrolítico (niquelado) de aquellos metales que son susceptibles a la corrosión, como son el Hierro y el acero. El Níquel se usa principalmente en forma de aleaciones, en aquellas aplicaciones en las que interesa conferir propiedades mecánicas especiales, aumentar la resistencia a la corrosión, controlar la dilatación, disponer de cualidades magnéticas especiales o disminuir la conductividad eléctrica. Magnesio y sus Aleaciones Generalidades y Aplicaciones  El magnesio es el 4º metal más abundante de la naturaleza, después del Si, Al y Fe, y se considera el 8º en importancia. De forma natural se encuentra en la forma de carbonato, silicato, sulfato o cloruro, de los que se extrae por electrolisis o por tostación-reducción. Su baja densidad (1,74 g/cm3) incluso menor a la del aluminio (2,7 g/cm3), le proporciona importantes ventajas en el campo de las aleaciones ligeras. Pero, de forma general las propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio son inferiores a las del aluminio. Densidad 1770-1830 kg/m3 Punto de Fusión 650 °C Módulo de Young 44.8 GPa Coeficiente de Poisson 0.35 Límite elástico 152-379 MPa Resistencia a la tracción 80-280 MPa Alargamiento 5-15% No se considera un buen material estructural, ya que funde a 650ºC y tiene baja rigidez (40-45GPa de módulo de Young). Además, su estructura cristalina, hexagonal compacta, perjudica su comportamiento mecánico pues se produce agrietamiento por trabajado en frío si se reduce su espesor en más de un 10% mediante laminación. Su resistencia a la tracción está en torno a 180MPa y presenta un 5% de alargamiento. Por todo ello, si se quiere trabajar es necesario aplicar previamente un tratamiento de recocido o trabajarlo en caliente entre 200-350ºC mediante   embutición. Para evitar estos inconvenientes, se puede conformar por moldeo, principalmente por inyección o por colada (lo que favorece la obtención de secciones gruesas que minimicen su falta de rigidez), favorecido por su estabilidad dimensional. Su baja ductilidad debe tenerse en cuenta en el diseño de las piezas para evitar fragilidad bajo la acción de cargas durante la vida en servicio. Tampoco puede considerarse que tenga una buena fluencia y resistencia a la fatiga, aunque presenta poco desgaste. Dadas estas características, es más habitual utilizar industrialmente el magnesio como aleación, en vez de como metal puro. Gracias a la formación de aleaciones se pueden mejorar las propiedades mecánicas (refinando el grano o endureciendo por precipitación) y la resistencia a la corrosión (sobre todo mediante la precipitación de las impurezas en forma de compuestos intermetálicos). El afino de grano se produce con la adición de pequeñas cantidades de Zr, Al, Zn, tierras raras y Th, que deshacen la estructura basta columnar de solidificación del magnesio puro. La precipitación de impurezas se consigue principalmente con la adición de Mn, que precipita impurezas como las de Fe. Efecto de las impurezas: ELEMENTO EFECTO Fe, Cu, Ni y Co Disminuyen de forma importante la resistencia a la corrosión Mn Permite la precipitación de impurezas formando compuestos intermetálicos Na, K y Ba Provocan fragilización severa H Provoca la reducción de la resistencia a la tracción y de la ductilidad debido a que favorece la aparición de porosidad  Efecto de los elementos de aleación: ELEMENTO EFECTO Al Permite aumentar la resistencia y afinar el grano Mn Permite la eliminación de impurezas mediante precipitación, lo que     mejora la resistencia a la corrosión Zn Contribuye al afino de grano, aunque no debe incorporarse en demasiada cantidad pues provocaría fisuración en caliente durante la solidificación Zr Contribuye en gran medida al afino de grano, con lo que mejora la ductilidad pero no beneficia en la resistencia Ce, La, Nd y Pr La adición de pequeñas cantidades de estos elementos mejora enormemente la resistencia a la fluencia en caliente hasta unos 250ºC, pero estas aleaciones binarias tienen baja resistencia a la tracción.Estos aleantes permiten reducir la microporosidad de las aleaciones Mg-Zn, y dado su bajo punto de fusión forman eutécticos fácilmente lo que mejora su moldeabilidad. Th Pequeñas cantidades de este aleante mejoran la resistencia a la fluencia en caliente hasta 350ºC, y evita la microporosidad y la fragilización de las aleaciones Mg-Zn, a la vez que aumenta su ductilidad.Su presencia mejora la moldeabilidad y la soldabilidad Ag Mejora considerablemente la resistencia a la tracción. Aplicaciones: En torno al 90% del total del magnesio se emplea en forma no metálica, para la obtención de productos químicos y refractarios. Del resto, la mayoría se usa como elemento de aleación (con el   Al, principalmente) o como agente inoculante para la formación de fundiciones esferoidales de Fe. Otras aplicaciones son como agente reductor en procesos de obtención de otros metales, en protección catódica (como ánodo de sacrificio), desulfurante de aceros... En cuanto a las aleaciones de magnesio, dado su poco peso y la excelente relación resistencia/peso, alcanzan cada día un mejor lugar reemplazando a metales y plásticos como material estructural. Su uso se está ampliando en las industrias del automóvil y aeroespacial, en la fabricación de componentes de maquinaria que trabajan a alta velocidad, equipos de manipulación, informática, herramientas... siempre y cuando el entorno o la presencia de otros materiales con los que pueda formar un par galvánico, no provoque la aparición de corrosión. - Industria del automóvil: La elevada ligereza (fundamental para la reducción del peso del vehículo y, por tanto, de las emisiones en los gases de escape) y buenas colabilidad y estabilidad dimensional hace que las aleaciones de magnesio se puedan moldear en formas complejas y en piezas monobloque. Con ello se minimizan las operaciones de ensamblado, disminuyendo la necesidad de anclajes y uniones. El acabado obtenido con el moldeo ya es lo suficientemente bueno como para no necesitar operaciones de acabado superficial. Además de piezas de diferentes zonas del habitáculo del coche también se pueden utilizar en el motor, en piezas mecánicas y en el chasis. Aún no es el sustituto habitual de las aleaciones metálicas y de los plásticos debido a su coste respecto a esos materiales tradicionales. Pero dado el avance en sus características tanto de comportamiento como de fabricación, su valor añadido hará que sean aleaciones de uso mucho más frecuente. Las aleaciones más empleadas hasta ahora son las de Mg-Al-Zn (AZ91, AZ92 AZ81), las de Mg-Al-Mn (AM60, AM50, AM20 cuando se requiere una elevada resistencia) y las de Mg-Al-Si (AS41, AS21 para usos a temperaturas elevadas). También es posible utilizar las aleaciones de magnesio como matrices de materiales compuestos reforzados con partículas cerámicas, por ejemplo, en pistones y barras de conexión. Con cargas del 20-30% de refuerzo es posible obtener piezas con 1/3 del peso del mismo componente en acero, con igual resistencia al desgaste y menor expansión térmica. Controlando el nivel de impurezas y la presencia de aleantes secundarios, es posible obtener piezas de elevada resistencia a la corrosión, comparable a la del aluminio pero con mejor resistencia al impacto. Así, la aleación AZ91D es 100 veces más resistente a la corrosión que la original AZ91. - Industria aeroespacial: Aquí también son beneficiosas las características de ligereza y de elevada relación resistencia/peso propias de estas aleaciones, en aplicaciones que requieren resistencia a elevadas temperaturas y a entornos agresivos. Las aleaciones más habituales son las de Mg-Zn-Zr-tierras raras (ZE63A) y las Mg-Y-tierras raras (WE54) que pueden usarse hasta temperaturas de 300ºC y con buena resistencia a la corrosión. También se suelen utilizar aleaciones Mg-Al-Si, Mg-Li-Al-Si y como matrices de materiales compuestos reforzados con fibras (mostrando mejoras de hasta un 50% en su resistencia y también mejores propiedades frente al desgaste).