INGENIERÍA MECÁNICA
METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS Los metales y las aleaciones no ferrosas (es decir, aleaciones de elementos que no sean de hierro) cubren una amplia gama, desde los metales más comunes como el aluminio, cobre y magnesio, hasta aleaciones de alta temperatura y alta resistencia como el tungsteno, tantalio y molibdeno. Aunque por lo general cuestan más que los metales ferrosos.
METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS Los metales y aleaciones no ferrosas tienen aplicaciones importantes debido a propiedades como la resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica, baja densidad y facilidad de fabricación.
El aluminio es el tercer elemento mas abundante en la naturaleza (después del oxigeno y el silicio), pero, hasta finales del siglo XIX era muy costoso y difícil de producir.
PROPIEDADES El aluminio tiene una densidad de 2.7g/cm3, un tercio de la densidad del acero, y un modulo de elasticidad de 10000000PSI (70GPa). Al aluminio se le puede dar forma con toda facilidad, tiene alta conductividad térmica y eléctrica. No muestra transición dúctil a quebradizo a bajas temperaturas. Debido a su baja temperatura de fusión, el aluminio no opera bien a altas temperaturas. Responde bien a mecanismos de endurecimiento.
La siguiente tabla compara la resistencia del aluminio recocido, con la de aleaciones endurecidas por medio de diversas técnicas; las aleaciones pueden ser 30 veces mas resistentes que el aluminio puro.
USOS Aproximadamente el 25% del aluminio producido se usa en la industria del transporte Otro 15% eléctricas
en
aplicaciones
25% en la manufactura de latas de refrescos y otros envases 15% en la construcción Y un 20% en otras aplicaciones
Nuevos perfeccionamientos relacionados con el aluminio incluyen la invención de aleaciones de aluminio que contienen concentraciones mas altas de Mg para su uso en la fabricación de automóviles.
Estructuras portantes de aluminio en edificios. Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc. Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc. Transmisión eléctrica. Un conductor de aluminio de misma longitud y peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. Sin embargo el cable sería más grueso. Medida en volumen la conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre. Su mayor ligereza reduce el esfuerzo que deben soportar las torres de alta tensión y permite una mayor separación entre torres, disminuyendo los costes de la infraestructura. En aeronáutica también sustituye al cobre. Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que contrariamente al acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas.
PRODUCCIÓN Para la producción de aluminio se emplean las bauxitas, que son minerales que contienen de un 40 a un 60% de hidróxido de aluminio (Al (OH)3 ), y además impurezas como: Fe2O3; SiO2; CaO; TiO2, etc. MÉTODOS PARA LA OBTENCIÓN DE ALUMINIO
Producción del óxido de aluminio por el método alcalino Los minerales con pequeño contenido de sílice se tratan con álcalis para convertir el hidróxido de aluminio en aluminato sódico. 1. El aluminato de sodio obtenido se disuelve en agua, y los óxidos de hierro, calcio y titanio forman un sedimento sólido insoluble, que se separa con filtrado. 2. La solución acuosa filtrada de aluminato sódico se lleva a recipientes con agitadores, donde, como resultado de la hidrólisis, se descompone, separándose el sedimento sólido de hidróxido de aluminio. 3. El sedimento filtrado y lavado se envía a los hornos, donde a 1300°C se transforma en óxido deshidratado de aluminio Al3O3. Estos métodos son muy usados para la producción de alúmina.
Producción de aluminio por el método electrolítico La producción de aluminio a partir de la alúmina consiste en la descomposición (electrólisis) del óxido de aluminio en un baño de criolita fundida (AlF3NaF). La criolita que actúa como disolvente de la alúmina, rebaja su temperatura de fusión a aproximadamente 2000°C.Este proceso se realiza en celdas electrolíticas. 1. Antes de comenzar el proceso, se agrega al fondo de la celda una capa fina de coque desmenuzado, se bajan los electrodos hasta tocar el coque y se conecta la corriente. 2. Cuando el carbón comprimido se calienta al rojo, se introduce la criolita y después de su fusión se carga la alúmina, en una proporción no mayor del 15% de la criolita cagada. 3. Una vez conseguida la proporción, se fija la temperatura en límites de 950 a 1000°C. En la medida en que se descompone la alúmina, el aluminio reducido se acumula en el fondo de la celda y se carga nueva alúmina conforme se vaya descomponiendo.
Las celdas se acoplan en series de 80 a 100. El voltaje en los bornes de la celda es de alrededor de 5 a 10 V, con una corriente (I) de cerca de 10000 A. La descarga del aluminio se realiza después de 50 a 100 horas. Para una tonelada de aluminio, se emplea cerca de dos de alúmina, 0,6 de electrodos de carbón (ánodo), 0,1 de criolita y de 16000 a 19000 kWh de energía eléctrica. El aluminio que se obtiene pasa a un proceso de afinado para quitarle las partículas de criolita y los gases disueltos, quedando solo con un 0,3 a 1% de impurezas.
ALEACIONES DE ALUMINIO Las aleaciones de aluminio pueden ser divididas en dos grupos principales y dentro de cada grupo principal, es posible dividir las aleaciones en dos subgrupos:
Las aleaciones forjadas reciben su forma por deformación plástica, tienen composiciones y microestructuras que son considerablemente diferentes de las aleaciones fundidas, reflejando así las distintas necesidades del proceso de manufactura.
APLICACIÓN 1.
Un cable de acero de 0.5 pulg de diámetro tiene una resistencia a la fluencia de 70000psi. La densidad del acero es de aproximadamente 7.87 g/cm3. Con base en los datos de la tabla 4-5 determine : a) La máxima carga que el cable de acero puede soportar sin que fluya. b) El diámetro de una aleación de aluminio-manganeso trabajada en frio (3004-H18) requerida para sostener la misma carga de acero. c) El peso por pie del cable de acero contra el cable de aleación de aluminio.
SOLUCIÓN
El cobre se presenta en la naturaleza como el cobre elemental y fue extraído con éxito a partir de minerales mucho antes que el hierro, ya que las necesidades temperaturas relativamente bajas para su extracción se podrían obtener con mas facilidad.
PROPIEDADES Las aleaciones con base de cobre tienen densidades mas altas que los aceros. Aun cuando las resistencia a la fluencia de algunas aleaciones es alta, su resistencia especifica es en general menor a la de aleaciones de aluminio o magnesio. Estas aleaciones tienen mejor resistencia a la fatiga, a la termofluencia y al desgaste que las aleaciones de peso ligero de aluminio y magnesio. Tienen excelente ductilidad, resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y térmica y las mayor parte de ellas pueden fácilmente unirse o fabricarse en formas útiles.
USOS Componentes eléctricos (por ej. Alambre). Bombas Válvulas y piezas de plomería
Estas aleaciones también son usuales en cuanto a que se pueden seleccionar para producir un color decorativo apropiado.
PRODUCCIÓN Por lo general el cobre se produce PIROMETALÚRGICO (alta temperatura).
en
un
PROCESO
El mineral de cobre con contenido alto de azufre se concentra y a continuación, se convierte en un liquido fundido inmiscible que contiene sulfuro de cobre y sulfuro de hierro y se conoce como mata de cobre. Esto se hace en un horno de fusión rápida. En un reactor por separado, conocido como convertidor de cobre, oxigeno introducido a la mata de cobre convierte el sulfuro de hierro en oxido de hierro y el sulfuro de cobre en un cobre impuro llamado cobre ampollado que en seguida se purifica electrolíticamente. Otros métodos para la extracción de cobre incluyen la lixiviación del cobre a partir de minerales de bajo contenido de azufre con un acido débil, y luego se extrae electrolíticamente el cobre de la solución
ALEACIONES DE COBRE Aleaciones endurecidas por solución solida Varias aleaciones con base de cobre contienen grandes cantidades de elementos de aleación, pero siguen siendo en una sola fase.
Aleaciones que se pueden endurecer por envejecimiento Varias aleaciones base cobre presentan una respuesta al endurecimiento por envejecimiento, incluyendo zirconio-cobre, cromo-cobre y berilio-cobre.
Transformaciones de fase Los bronces al aluminio que contienen mas de 9% Al, pueden formar la fase Beta al calentarse arriba de 565grados C.
Aleaciones de cobre-plomo Prácticamente cualquiera de las aleaciones forjadas puede tener hasta 4.5% de Pb. El plomo mejora las características de maquinado, sin embargo tiene un importante impacto ambiental
APLICACIÓN 1.
Diseñe los contactos de para un interruptor o relé que abre y cierra un circuito de elevada corriente eléctrica.
SOLUCIÓN
Se clasifica como un metal de transición. En estado puro es blanco y brillante, es muy resistente, ligero y tiene una densidad considerablemente baja, siendo excelente en la resistencia frente a la corrosión.
PROPIEDADES Excelente resistencia a la corrosión Alta resistencia especifica Buenas propiedades a hasta temperaturas Resistencias hasta 200000psi (1400MPa) Densidad de 4.505g/cm3 Una película adherente y protectora de TiO2 da excelente resistencia a la corrosión y contaminación por debajo de los 535 grados C.
USOS Y APLICACIONES Equipo para procesos químicos Componentes marinos Implantes biomédicos Material aeroespacial Intercambiadores de calor Tuberías, reactores y bombas Válvulas para industrias química y petroquímica Bastidores para aviones y componentes para motores a reacción
PRODUCCIÓN El titanio se produce a partir del TiO2 por medio del proceso de Kroll. El TiO2 se convierte en TiCl4 (tetracloruro de titanio conocido como cosquilla), que posteriormente se reduce a metal de titanio por medio del sodio o magnesio. La esponja resultante de titanio se consolida entonces, aleada según sea necesario, y procesada usando fundición de arco eléctrico al vacío.
ALEACIONES DE TITANIO Titanio comercialmente puro El titanio no aleado se utiliza por su superior resistencia a la corrosión.
Aleaciones de titanio alfa La mas común de todas las aleaciones alfa contiene 5% Al y 2.5% Sn, que dan endurecimiento por solución solida a la alfa CH.
Aleaciones de titanio beta Aun cuando grandes adiciones de vanadio o molibdeno producen una estructura enteramente beta a temperatura ambiente, ninguna de la aleaciones beta en realidad son aleadas a ese grado.
Aleaciones de titanio alfa-beta Con un adecuado equilibrio de los estabilizadores alfa y beta, se produce una mezcla de alfa y beta a temperatura ambiente.
El níquel (Ni) es un metal blanco plateado descubierto en 1751 y uno de los principales elementos de aleación, ya que imparte resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión. El níquel se encuentra en minerales diversos como garnierita, millerita, pentlandita y pirrotina.
PROPIEDADES
Densidad: 8,85 kg/dm3. Punto de fusión: 1450°C. Resistividad: 0,11 Ω·mm2/m. Dureza (escala de Mohs): 4.0 Resistencia a la tracción: 49 kg/mm2 Es muy resistente a la oxidación y a la corrosión Es conductor del calor y la electricidad Tiene capacidad para crear campos magnéticos
USOS Y APLICACIONES Las aleaciones de níquel se utilizan en: Aplicaciones de alta temperatura (como componentes de motores a reacción, cohetes y plantas nucleares de potencia). Equipos de manejo de alimentos y de procesamiento químico. Monedas y aplicaciones marinas. Aplicaciones electromagnéticas, por ejemplo, los solenoides. El principal uso del níquel como metal ocurre en la electrodeposición de partes para mejorar su apariencia y su resistencia a la corrosión y al desgaste.
PRODUCCIÓN Las principales fuentes de níquel son minerales de sulfuros y óxidos, que tienen bajas concentraciones del metal. El níquel metálico se produce mediante procesos preliminares de sedimentación y térmicos, seguidos de electrólisis; esta secuencia rinde 99.95% de níquel puro. Aunque también hay cantidades significativas en el lecho marino, la minería submarina aún no es económica.
ALEACIONES DE NÍQUEL Se usan aleaciones de níquel para protección contra la corrosión y por su resistencia a alta temperatura, aprovechando su punto de fusión y alta resistencia.
NÍQUEL Y MONEL El níquel y sus aleaciones tienen una excelente resistencia a la corrosión y buenas características de formado. Cuando se agrega cobre al níquel, se obtiene una resistencia máxima cercana al 60% de Ni. Se usan varias aleaciones, llamadas Monel con aproximadamente esta composición, por su fortaleza y resistencia a la corrosión en agua salada y a temperaturas elevadas. Algunas de las aleaciones de Monel contienen pequeñas cantidades de aluminio y titanio. Estas aleaciones muestran una respuesta al endurecimiento por envejecimiento por la precipitación de , un precipitado de Ni3Al o Ni3Ti coherente que duplica las propiedades a la tensión. Los precipitados resisten el exceso de envejecimiento a temperaturas de hasta 425°C. Efecto de la temperatura en la resistencia a la tensión de varias aleaciones con base níquel
SUPERALEACIONES Las superaleaciones son aleaciones de níquel, hierro-níquel y de cobalto que contienen grandes cantidades de elementos de aleaciones destinados a producir una combinación de alta resistencia a elevadas temperaturas, resistencia a la termofluencia a temperaturas hasta de 1000 °C, y resistencia a la corrosión. Sus aplicaciones comunes incluyen álabes y deflectores para turbinas y motores a reacción, intercambiadores de calor, componentes de recipientes para reacciones químicas, así como equipo para tratamiento térmico.
El Plomo es un material no ferroso cuya característica principal es que es considerado un metal pesado. Al hacer un corte, su superficie presenta un lustre plateado brillante, que se vuelve rápidamente de color gris azulado y opaco, característico de este metal.
PROPIEDADES Alta densidad Resistencia a la corrosión. Baja resistencia a la tracción Blando y dúctil Maleable
USOS Y APLICACIONES Como lubricante sólido en las operaciones de formado del metal caliente. Elaboración de escudos de radiación para equipos de rayos X y para reactores nucleares. Como absorbente de sonido y vibración. Fundas para cables, tejados y baterías de almacenamiento plomo-ácido. Tubería y municiones. En la producción de vidrio, de lentes y en la industria química. Como elemento de aleación en soldaduras blandas, acero y aleaciones de cobre.
PRODUCCIÓN La fuente mineral básica para el plomo es la galena (PbS), contiene 65 a 68 % de plomo. Se extrae de minas, se funde y refina mediante tratamientos químicos. ESQUEMA DE PRODUCCIÓN
ALEACIONES DE PLOMO El plomo tiene un punto de fusión bajo, forma aleaciones con los demás elementos con fusión similar. Sus aleaciones son muy usadas en la industria: Plomo Químico: Contiene 0.04 a 0.08% de cobre, 0.002 a 0.020% de plata y menos de 0.005% de bismuto. Plomo Telurioso: tiene grano mas fino que el plomo regular. Plomo Antimonioso: tiene mejores propiedades mecánicas, pero a mayores temperaturas esto disminuye y por encima de los 120 °C sucede lo contrario. Plomo Cúprico Plomo Acido El plomo es el principal elemento del llamado “Terne” que tiene una composición de 10 a 25% de estaño y 90 a 75% de plomo.
La plata es un metal de transición blanco, brillante, blando, dúctil y maleable. Se encuentra en la naturaleza formando parte de distintos minerales (generalmente en forma de sulfuro) o como plata libre.
PROPIEDADES
Punto de Fusión (ºC): 961.78
Punto de Ebullición (ºC): 2162
Densidad (kg/m3): 10500; (20 ºC)
Es dúctil y maleable.
Tiene una dureza comprendida entre 2,5 y 3 en la escala de Mohs.
Es el mejor conductor de la electricidad y del calor.
De todos los metales, la plata es el que mejor refleja la luz; entendida como VIS, la comprendida entre IR y UV.
Tiene la propiedad de reflejar todos los colores del espectro visible de forma bastante uniforme.
USOS Y APLICACIONES Además de los usos tradicionales de la plata , para monedas , fotografía, joyería, decoración, etc., los últimos 70 años han visto aparecer aplicaciones nuevas: Baterías: Aunque resultan más caras, la potencia resultante por unidad de peso es superior a las basadas en litio o zinc. Rodamientos: En turbinas de motores de avión y otras máquinas en las que la fiabilidad es muy importante. Soldaduras: En todas las gamas de temperatura. Catalizadores: Facilitando diferentes reacciones químicas en la industria. Electrónica: Circuitos impresos, interruptores, pantallas de televisión, las capas reflectoras de los CD's y DVD´s. Todas las soldaduras de componentes electrónicos.
Medicina: Sus propiedades desinfectantes ya eran conocidas en la antigüedad, pero sólo recientemente se están aplicando a escala industrial. Espejos y cristales tintados o reflectantes. Energía solar: Son el tipo más común de célula fotovoltaica. Depuración de agua: Los iones de plata impiden la reproducción de bacterias y algas sin riesgo alguno para la salud humana. Sustituto del oro: la plata forma parte de la solución, sola o combinada con otros productos.
PRODUCCIÓN 1. Extracción: la tronada (dinamitar) se realiza por medio
de barrenos hechos por la perforadora, con la finalidad de depositar uno o más cartuchos de un explosivo plástico, este va conectado a una mecha la cual recibe el nombre de "termalita", que en sus extremos se le coloca unas terminales conocidas como cápsulas, uno que permite encender la mecha y el otro que detona el explosivo.
2. Transporte: el material que se acumula es cargado por medio de la pala neumática en los carros de góndola, trasladándolo a los depósitos denominados alcancías que son contenedores de almacenamiento de carga para después ser transportado por el manteo.
3. Cribado y quebrado de material: por medio de los
quebradores primarios se reducen las piedras de gran volumen a medidas inferiores, clasificándose en las cribas (equipos semejantes a una coladera doméstica), para seguir a los quebradores secundarios o ser reciclados a los primarios.
4. Transporte: el material que se acumula es cargado por medio de la pala neumática en los carros de góndola, trasladándolo a los depósitos denominados alcancías.
5. Muestreo: aquí se realizan los muestreos de las cargas
para determinar el grado de pureza y cantidad de plata y oro por carga.
6. Molienda: Una vez quebrado el material, por medio de
las bandas alimentadoras, llega el material a los molinos de mineral.
7. Cianuración: El material ya molido pasa a los tanques
añadiendo cianuro para iniciar el proceso de beneficio de oro y plata. Por medio de este sistema de agitación y cianuración, una mezcla homogénea se envía a la etapa de flotación.
8. Flotación: por medio de celdas contenedoras y de
impulsores giratorios, hacen que las partículas de oro y plata se separen de la tierra y piedra molida para flotar en la espuma, que es derramada en unos conductos laterales de los tanques, estas espumas son enviadas por medio de bombeo al área de fundición y los deshechos también se envían por medio de bombas para ser almacenadas en los terrenos que se encuentran en las afueras de la ciudad conocidos como los "jales", que reciben este nombre dado que el deshecho de los procesos se llama tierra de "jal". 9.
9. Fundición:
Recolectan las espumas enviadas por parte de flotación, colocándose en unos sacos de lona, los cuales se encuentran en el interior de las prensas "Merick", para que sean compactadas y solidificadas por medio de presión, una vez extraídos, por un lado la humedad (agua cianurada) y por otro los lodos anódicos, se procede a depositar en los moldes para la fundición de los mismos.
10.Refinería: Una vez recibidas las placas anódicas de plata, se
depositan en las tinas electrolíticas, que por medio de químicos y electricidad se desintegran las placas convirtiéndose en cristales de plata y oro, este material en esa presentación se le llama granalla de plata y oro, el cual es transportado a los hornos para fundir el material, los hornos empleados en este proceso son eléctricos para evitar contaminantes al ecosistema y para evitar perdidas por volatilidad de los minerales a fundir. Ya fundida la plata se deposita en las lingoteras giratorias, esto es una plancha en forma de disco que gira en forma horizontal en torno al horno.
ALEACIONES DE PLATA Aleaciones de Plata con Cadmio Aleación plata/cobre Aleación Plata /zinc, (Zn) Aleación Plata / estaño, (Sn) Aleación Plata / Paladio Aleación Plata / Plomo Aleación Plata / Níquel Aleación Plata / Paladio
Aleaciones Plata - Cobre - Zinc – Cadmio Aleaciones prohibidas en la Unión Europea, según reglamento (UE) Nº 494/2011, Prohibición del Cadmio en aleaciones de Soldadura fuerte.
El estado del oro en su forma natural es sólido. El oro es un elemento químico de aspecto amarillo metálico y pertenece al grupo de los metales de transición.
PROPIEDADES Punto de fusión: 1065.18 °C Punto de ebullición: 2856.85 °C Elevada dureza Buenos conductor de la electricidad y el calor Alta resistencia a la mayoría de los agentes corrosivos
Maleable y dúctil
USOS Y APLICACIONES Monedas y Joyería Medicina.
Se ha utilizado para investigación y medicina, con descubrimientos que podrían por ejemplo descubrir antígenos en la superficie celular.
Odontología. Para la elaboración de coronas artificiales y puentes dentales.
Suplementos alimenticios. La lámina de oro fina, así como el polvo de oro, se sabe han sido agregados a determinados tipos de alimentos.
Industria eléctrica. Muchos electrodomésticos incluyen circuitos y conductores que suelen estar hechos de oro.
Computación. Los chips de memoria suelen incluirlo en forma de pequeñas laminas.
Industria del vidrio. Algunos tipos de vidrios especiales contienen un
pigmento de oro que se utiliza para darle un acabado más atractivo a las piezas.
Aeronáutica. Los visores de cascos espaciales que utilizan los astronautas suelen contener oro, ya que este les ofrece una protección contra la radiación.
PRODUCCIÓN 1. Extracción de oro Lixiviación. Durante varios días o meses, dependiendo del tamaño
del cúmulo, le rocían uniformemente agua cianurada, generalmente a través de riego por goteo. El agua cianurada empapa los terrones, el cianuro disuelve las partículas microscópicas de oro mientras se filtra por el cúmulo, y el caldo, o lixivia, escurre al piso. Sobre el plástico impermeable con cierto desnivel, corre la disolución de cianuro de oro, por gravedad, hasta las tuberías que lo conducen a piscinas, embalses o estanques de precipitación.
2. Lavado del mineral estéril. Al
mineral del cúmulo sin oro, después que ha sido lixiviado por la solución de cianuro, se le rocía agua limpia para lavarle el cianuro residual, y se envía a los patios o cráteres de desechos. El agua del lavado resultante se filtra, y se le ajusta su concentración en cianuro para recircularla al proceso.
3. Almacenamiento en embalses. La solución de cianuro que
contiene el oro disuelto, fluye por gravedad o se bombea por tuberías a un embalse de almacenamiento. Desde donde con tuberías, o zanjas con forros, se lleva a la planta de recuperación de metales.
4. Recuperación del oro. Los métodos más
usados para la recuperación del oro contenido en la solución de cianuro son la precipitación con zinc y la adsorción con carbón activado.
5. Precipitación con zinc. En el proceso de
precipitación con zinc, se agrega zinc en polvo y sales de plomo a la solución aurífera. El oro se separa de la solución y se precipita en forma de polvo, mientras el zinc se disuelve en la solución al combinarse con el cianuro.
6. Fundición del precipitado del oro. El polvo de oro se funde y se cuela en lingotes o barras.
ALEACIONES DE ORO
El estado del iridio en su forma natural es sólido. El iridio es un elemento químico de aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales de transición.
PROPIEDADES Punto de fusión: 2466° C Punto de ebullición: 4428° C Es duro, frágil y pesado. Es el segundo elemento más denso (después del osmio). Es el elemento más resistente a la corrosión, incluso a temperaturas tan altas como 2000 °C. Buen conductor de la electricidad y el calor.
USOS Y APLICACIONES Se emplea aleado con el platino para: Catalizadores de célula combustible de amoníaco Material de laboratorio En electrodos comerciales y alambres de resistencias En colorantes de extrusión para fibras de vidrio y en joyería fina. Electrodos de la bujias Dispositivos que luego serán expuestos a altas Algunas piezas de larga duración en motores de avión están hechas de iridio aleado y en tuberías para aguas profundas se usa una aleación especial de titanio-iridio debido a su resistencia a la corrosión. El iridio también es ampliamente utilizado como agente endurecedor en aleaciones de platino. La dureza Vickers del platino puro es de 56 HV, mientras que la de una aleación con 50% de iridio puede alcanzar durezas por encima de los 500 HV.
PRODUCCIÓN El iridio es uno de los elementos menos abundantes en la corteza terrestre, en promedio solo se encuentra una fracción de masa de 0.001 ppm en toda la corteza terrestre. En contraste con su escasa abundancia en la corteza terrestre, el iridio es relativamente común en los meteoritos, con una concentración de 0,5 ppm o más.
El iridio se obtiene comercialmente como un subproducto de la minería y producción de níquel y cobre. Mediante la electrorrefinación del cobre y el níquel, metales como la plata, el oro y los metales del grupo del platino, así como el selenio y el telurio se depositan en el fondo de la celda como barro anódico, el cual constituye el punto de partida para su extracción.
ALEACIONES DE IRIDIO Iridio-Platino: Contactos eléctricos, artículos joyería y de orfebrería, agujas hipodérmicas. Se utilizo por su estabilidad como prototipo de kilogramo (Platino 90%-Iridio 10%).
Iridio-Osmio: Puntas de estilográficas y brújulas. Iridio-Wolframio: Muelles resistentes a altas temperaturas. Iridio-Rodio: Pares termoeléctricos.
El platino compacto es blanco con un leve color gris, es muy maleable y tenaz, de esta forma susceptible al pulimiento.
PROPIEDADES Punto de Fusión: 1722 ºC Punto de Ebullición: 3827 ºC Densidad: 21,45 Su ductilidad es similar a la del oro y la plata. Es uno de los metales que funden más difícilmente No es bueno para conducir calor. No se combina directamente con el oxígeno formando compuestos estables a ninguna temperatura. Nunca se descompone en agua; el ácido clorhídrico, fluorhídrico, nítrico y también el sulfúrico puro, no lo contamina, se disuelve en agua regia con facilidad y completamente, también se disuelve en el ácido nítrico cuando está aleado con la plata y algunos otros metales.
USOS Y APLICACIONES Ya que es poco abundante y cada vez sirve para más aplicaciones, el valor de éste a ido aumentando considerablemente, es por ello que se ha intentado substituir por materiales más baratos, como cuarzo fundido.
Joyería: es altamente valorado por su belleza y pureza, junto con sus particulares propiedades.
Catalizadores para vehículos: El platino, junto con el paladio y el rodio, son los principales componentes de los catalizadores que reducen en los vehículos las emisiones de gases como hidrocarbonos, monóxido de carbono u oxido de nitrógeno.
Eléctrica y electrónica: se usa en la producción de unidades de disco duro en ordenadores y en cables de fibra óptica.
Química: se usa en fertilizantes y explosivos como una gasa para la conversión catalítica de amoníaco en ácido nítrico.
Vidrio: se usa en equipos de fabricación de vidrio. También se emplea en la producción de plástico reforzado con fibra de vidrio y en los dispositivos de cristal líquido.
Petróleo: El platino se usa como un catalizador de refinado en la industria del petróleo.
Bujías: La mayoría de los vehículos en América del Norte usan bujías con filtro de platino.
Nuevas Aplicaciones: Las baterías de combustible son dispositivos que generan energía eléctrica y que se están desarrollando en la actualidad como alternativa a los motores de combustión interna en los vehículos. La mayor parte de éstos dispositivos, aplican tecnologías de membranas de intercambio de protones para producir energía a partir de hidrógeno y oxígeno, utilizando catalizadores de platino. El uso de baterías de combustible presenta ventajas tanto medioambientales como económicas. Son más eficientes en la producción de energía y la contaminación es mínima.
PRODUCCIÓN El platino se encuentra en estado nativo, en forma de pepitas o granos, se puede obtener a través de la vía húmeda, ocupando agua regia, a través del método de Wollaston, y también es posible obtenerlo a través de la vía seca, de Deville y Debra, basada en fundir el mineral de platino con hierro y plomo o plomo metálico. Normalmente la minería del platino se realiza bajo tierra, aunque también hay minería a cielo abierto. La etapa de extracción es intensiva en trabajo. Los mineros perforan agujeros con martillos neumáticos manuales y los explosionan. Más tarde, se recoge el mineral y se transporta a la superficie. Generalmente, los grados de BIC (medida del contenido de metales del grupo del platino en el mineral) están entre 4 y 7 gramos por tonelada.
ALEACIONES Aleación de platino y cobre (aleación de Cooper). Se obtiene fundiendo el platino con el cobre en un crisol bajo una capa de carbón, empleando como flujo el bórax; una vez verificada la fusión, se aparta el crisol del fuego y se añade el zinc, obteniendo de este modo una aleación muy dúctil y maleable e inalterable por la acción del aire.
Aleación de platino e iridio. Esta aleación, en la cual el iridio se halla en cantidad muy variable y nunca grande, se obtiene siempre que se aísla el platino, por los medios seguidos hasta aquí, de los metales a que se halla asociado. El iridio da dureza y solidez al platino y además resulta menos atacable por los agentes químicos.
Aleación de platino y plata. El platino y la plata se alean sin dificultad y la aleación es poco fusible y menos dúctil que la plata. Esta aleación se descompone en parte por la licuación, ofreciendo la particularidad de que hallándose aleado el platino con la plata, es atacable por el ácido nítrico, efecto que se atribuye a un fenómeno de contacto y, quizá con más motivo, al estado de difusión. En corta proporción, el platino da a la plata solidez, pero cuando esta proporción llega a 6 por 100, entonces la priva de su ductilidad y su blancura. Esta aleación tiene pocas aplicaciones para la industria.
EJEMPLOS DE ETIQUETAS DE MARCACIÓN DE LAS JOYAS DE PLATINO
El zinc (Zn) tiene un color blanco azulado y es el cuarto metal más utilizado en la industria, después del hierro, el aluminio y el cobre. Aunque se sabía de su existencia desde la antigüedad, el zinc no se desarrolló sino hasta el siglo XVIII.
PROPIEDADES
El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión.
El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío.
No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente, provocando deformaciones, pero no permanentes.
USOS Y APLICACIONES Tiene dos usos principales: 1. Para galvanizar hierro, láminas de acero y alambre. 2. Como base de aleación para fundición. En el galvanizado, el zinc sirve como ánodo y protege el acero (cátodo) de ataques corrosivos en caso de que el recubrimiento se raye o agujere. Las aleaciones de base zinc se usan ampliamente en la fundición a presión para fabricar productos como bombas de combustible y parrillas de automóviles, componentes para electrodomésticos como aspiradoras y lavadoras, equipo de cocina, diversas partes para maquinaria y equipo de fotograbado. Se usa también en las aleaciones superplásticas que tienen buenas características de formabilidad, por su capacidad de sufrir grandes deformaciones sin fallar.
USOS INDUSTRIALES DEL ZINC
PRODUCCIÓN En la naturaleza hay muchos minerales que contienen zinc. La principal fuente es el sulfuro de zinc, también llamado zincblenda. Primero se calcina al aire y se convierte en óxido de zinc; después se reduce a zinc mediante electrólisis (con ácido sulfúrico) o por calentamiento en un horno con carbón (lo que hace que se separe el zinc fundido).
ALEACIONES DE ZINC Elementos de aleación importantes en las aleaciones a base de zinc son el aluminio, cobre y magnesio, que imparten resistencia y proveen control dimensional durante el colado del metal.
Latón: es una aleación de cobre y zinc. .
Aleaciones de zinc para forja
Aleaciones de zinc para fundición y colada .
A diferencia de otros metales precisos como el oro o la plata, que llevan siendo utilizados por la humanidad desde hace miles de años, el rodio se descubrió “recientemente”, en 1803. Es un metal de transición, de color blanco plateado muy escaso y perteneciente al grupo del platino.
PROPIEDADES
Punto de fusión: 1964.85 °C Punto de ebullición : 3695,85 °C Elevada dureza Buen conductor de la electricidad y el calor. No lo altera el oxigeno ni el aire ya que es resistente a la corrosión. Es activo en la reformación catalítica de hidrocarburos.
USOS Y APLICACIONES Aplicación como agente catalizador en aleaciones de platino y otros metales. Ello se debe a su gran resistencia y durabilidad, empleando sobre todo para endurecer platino y paladio. De este modo, bujías de encendido de aeronaves, crisoles de laboratorio y láminas de fibra de vidrio se elaboran con rodio como uno de sus ingredientes más importantes. Es muy útil para el contacto eléctrico. El chapado de rodio hace muy duro y resistente cualquier material. Se emplea ampliamente en joyería y decoración, entre otras cosas.
PRODUCCIÓN La extracción industrial del rodio es compleja ya que el metal únicamente se encuentra acompañando a otros metales como el paladio, la plata, platino y oro. 1. Los otros metales que normalmente se mezclan con el Rodio deben ser removidos, como el oro, el platino y la plata. 2. Lo que sobra de residuos es derretido con bisulfito de sodio (NaHSO4). Entonces se obtienen extractos de una solución acuosa que contiene sulfato de rodio Rh2(SO4)3. 3. El rodio se precipita como hidróxido por adición de hidróxido de sodio (NaOH) y se re-disuelve en ácido clorhídrico (HCL) para obtener H3RhCl6. 4. A continuación se trata con NaNO2 y NH4Cl para formar un precipitado de rodio (NH4)3 [Rh (NO2)6]. 5. Se disuelve en más ácido clorhídrico (HCl) para obtener (NH4) 3RhCl6. 6. Por último, se deja que se evapore y luego se quema con gas de hidrógeno para producir rodio puro.
Se conocen como aleaciones o metales antifricción determinadas aleaciones mas o menos complejas, empleadas para revestir cojinetes a los que se le proporciona cualidades muy superiores a las de metal base. Los metales mas comúnmente se usan en las aleaciones anti fricción son: el estaño, plomo, cobre y antimonio. Las aleaciones antifricción están formadas por un constituyente de gramos duros que esta englobado en la masa plástica formada por el otro constituyente. Las aleaciones de metales antifricción son de dos tipos: aleaciones a base de estaño y aleaciones base plomo y que además contienen, antimonio, cobre, plomo y estaño en menor proporción al metal base, de conformidad con su metal básico, reducen la resistencia mecánica a la fricción. Su microestructura contiene dos o más tipos de cristales, cuyo tamaño, distribución y cantidad determinan las propiedades friccionales de la aleación.
PROPIEDADES
que deben reunir una buena aleación antifricción son las siguientes: Plasticidad, para que se deforme con facilidad adaptándose a los defectos de alineación del eje y para resistir además sin rompérselos choques que le transmite este. Resistencia al desgaste. Resistencia a la compresión. Resistencia a la corrosión para que no pierda calidad, si es atacado por los agentes corrosivos de los lubricantes o productos de combustión incorporados a ellos.
Conductividad calorífica, para que disipe el calor producido en el rozamiento.
Adherencia con el metal base. Bajo coeficiente de rozamiento. Bajo punto de fusión.
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN, TIPOS Y APLICACIONES Son aleaciones ternarias de plomo, antimonio y estaño en las que se aprovecha el bajo coeficiente de fricción del plomo, si es con base plomo es: 75Sb, 10%Sn. De acuerdo a su composición se pueden clasificar de la siguiente manera:
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN A BASE DE PLOMO Y ESTAÑO
Metal BABBIT es un término genérico para designar aleaciones suaves con base de estaño y plomo, que se funden como superficies de cojinete o apoyo en tapas o respaldos de acero, bronce o hierro fundido. Los BABBIT tienen excelente capacidad embebedora (o sea de encerrar o enclavar dentro de sí las partículas extrañas) y conformabilidad (capacidad para deformación plástica y compensar las irregularidades en el cojinete).
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN A BASE DE ALUMINIO Se utilizan para soportar cargas muy pesadas, pero no han sustituido al BABBIT en equipo que trabaja con carga constante unidireccional. Los dos primeros tipos de aleación (Estaño, Níquel) pueden usarse como cojinetes fundidos integrales (chumaceras) o con respaldo de acero, el tercer tipo (Cobre) se usa con respaldo de acero como soporte.
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN A BASE DE ZINC Han sido muy empleadas como aleaciones para cojinetes, en particular como metales substitutivos durante l aguerra; en general son aleaciones duras, es decir, más bien parecidas a las amarillas, pero en calidad son inferiores a estas.
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN A BASE DE CADMIO Son de Cadmio - Níquel (con contenido de alrededor de 1.5% de níquel y de 0.4 a 0.75% de cobre) y de cadmio - plata (con contenido de 0.5 a 2% de plata). Estas aleaciones no tienen tanta conformabilidad como las aleaciones de metal blanco y son más duras que el BABBIT. Aunque poseen mayor resistencia a la fatiga (en particular a temperaturas elevadas), que el BABBIT, son más susceptibles a la corrosión en lubricante ácidos.
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN AMARILLAS O ROJAS PARA COJINETES Contienen casi siempre 80% y hasta 90% de cobre y además hasta 10±20% de estaño y a menudo zinc hasta un 5%. Estos materiales deben clasificarse entre los bronces como se desprende de su composición, su textura está formada por cristales duros y uniformes. Estas aleaciones poseen gran capacidad para soportar altos esfuerzos a compresión.
ALEACIONES ANTIFRICCIÓN BLANCAS Se distinguen esencialmente de las anteriores en que su textura está formada por una masa fundamental blanda, en el cual se encuentran incrustado cristales duros. Los ejes no necesitan estar ajustados con tanta exactitud como los cojinetes de aleación amarilla, pues la masa fundamental blanda se desgasta con la marcha de modo que los cristales duros dispuestos por grupos son los que al fin y al cabo sostienen al eje. Si la presión del cojinete es mayor, los cristales duros se aplastan y la superficie de apoyo se aumenta, con lo que la presión unitaria se hace menor. Además de su bajo punto de fusión tiene la ventaja de que en caso de calentarse el cojinete no hay desgaste sino que el metal se funde.
APLICACIONES En los motores de los automóviles se usan universalmente los cojinetes de lámina delgada con soporte de acero, cuya superficie interna ha sido recubierta con una capa muy fina de metal blanco o rosa, sobre la que se deposita electrolíticamente un estrato delgadísimo de indio, metal que tiene la propiedad de reducir notablemente el coeficiente de rozamiento. Otras aplicaciones especiales de las aleaciones de antifricción son el revestimiento de los pistones y de los segmentos destinados a mejorar las condiciones de funcionamiento del motor durante el rodaje del automóvil. Se usan principalmente en los apoyos de bancada, cojinetes de fricción del cigüeñal, cojinetes de cabeza de biela, en los soportes de los árboles de levas, casquillos de los engranajes del cambio y de la transmisión, así como en los correspondientes al rotor, sea de la dinamo o del alternador.
