Materiales: Materiales no ferrosos - Junta de...

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Materiales: Materiales no ferrosos En ocasiones para satisfacer las especificaciones técnicas que se requieren en determinadas aplicaciones industriales, no basta con recurrir a los metales ferrosos, ya que debemos emplear materiales con menor punto de fusión, que no se corroan, con menor resistividad, fáciles de mecanizar… Por todo ello se recurre a los metales no ferrosos, que cada vez se hacen más imprescindibles para la fabricación de un buen número de productos. Estos metales, a pesar de presentar características específicas, presentan una serie de propiedades físicas generales que los identifican. Estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido Opacidad, excepto en capas de muy pequeño espesor. Buenos conductores eléctricos y térmicos Brillantes, una vez pulidos Estructura cristalina en estado sólido Se pueden clasificar de acuerdo a su densidad en: Pesados si su densidad es mayor de 5kg/dm 3 . Ligeros si su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm 3 . Ultraligeros si su densidad es menor de 2kg/dm 3 . En general los metales no ferrosos suelen ser blandos y presentan una reducida resistencia mecánica, por lo que se suelen alear para mejorar éstas y otras propiedades. Según su nivel de utilización los metales no ferrosos serían: cobre y sus aleaciones, aluminio, estaño, plomo, zinc, níquel, cromo, titanio, magnesio.

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Materiales: Materiales no ferrosos

En ocasiones para satisfacer las especificaciones técnicas que se requieren en determinadasaplicaciones industriales, no basta con recurrir a los metales ferrosos, ya que debemos emplearmateriales con menor punto de fusión, que no se corroan, con menor resistividad, fáciles demecanizar…Por todo ello se recurre a los metales no ferrosos, que cada vez se hacen más imprescindiblespara la fabricación de un buen número de productos. Estos metales, a pesar de presentarcaracterísticas específicas, presentan una serie de propiedades físicas generales que losidentifican.

Estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquidoOpacidad, excepto en capas de muy pequeño espesor.Buenos conductores eléctricos y térmicosBrillantes, una vez pulidosEstructura cristalina en estado sólido

Se pueden clasificar de acuerdo a su densidad en:

Pesados si su densidad es mayor de 5kg/dm3.Ligeros si su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm3.Ultraligeros si su densidad es menor de 2kg/dm3.

En general los metales no ferrosos suelen ser blandos y presentan una reducidaresistencia mecánica, por lo que se suelen alear para mejorar éstas y otras propiedades.

Según su nivel de utilización los metales no ferrosos serían: cobre y sus aleaciones,aluminio, estaño, plomo, zinc, níquel, cromo, titanio, magnesio.

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1. Metales Pesados

Plomo

Símbolo Pb. Número atómico 82. Densidad 11,34kg/dm3. Punto de fusión 327ºC.Resistencia a la tracción 2kg/mm2. Alargamiento 50%. Resistividad 0,022Ωm2/m.

Obtención. Estado natural

Se encuentra ampliamente disperso portodo el planeta, el mineral másabundante es la galena, sulfuro de plomocon una riqueza superior al 65% enplomo.

La extracción del plomo de la galena serealiza por calcinación de la mena,convirtiéndola en óxido y reduciendo elóxido con coque en altos hornos.

Otro método consiste en calcinar la menaen un horno de reverbero hasta que partedel sulfuro de plomo se transforma enóxido de plomo y sulfato de plomo. Se

elimina el aporte de aire al horno y se eleva la temperatura, reaccionando el sulfurode plomo original con el sulfato y el óxido de plomo, para formar plomo metálico ydióxido de azufre.

Propiedades

El plomo es un metal blando, maleable y dúctil. Presenta una baja resistencia a latracción y es un mal conductor de la electricidad.Al hacer un corte, su superficie presenta un lustre plateado brillante, que se vuelverápidamente de color gris azulado y opaco.A temperatura ambiente no le atacan los ácidos sulfúrico y clorhídrico, reaccionalentamente con el agua formando hidróxido de plomo, que es venenoso, por lo que no esaconsejable emplear plomo en las tuberías de abastecimiento de agua potable.

Aplicaciones

Es uno de los primeros metales conocidos. Hay referencias al plomo en el AntiguoTestamento, y era empleado por los romanos para tuberías. El plomo se emplea en la fabricación de baterías. También se utiliza industrialmente enlas redes de tuberías de desagüe. Debido a su elevada densidad y propiedadesnucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos y de rayos X. Entre las numerosas aleaciones de plomo se encuentran las empleadas en soldaduraeléctrica, ya que aleado con estaño se consigue reducir mucho su temperatura de fusión.Se emplea en el metal tipográfico y en la producción de cojinetes metálicos. También sedisuelve en pinturas y pigmentos (minio) por su carácter antioxidante.

Imagen 2. Web sobre Museo

Romano Cesaraugusta.©Roberto

Lérida Lafarga

Prohibición de las tuberías de plomo

La tuberías de plomo dejaron de colocarse en 1980.Lógicamente los inmuebles contruidos con anterioridadconservan este tipo de tuberías que con la últimanormativa deberán ser sustituidas, si quieres ver másinformación pulsa aquí. Los romanos, desarrollaron una gran tecnología hidráulica,en la que utilizaron tuberías de plomo, si tienes curiosidad,visita el siguiente enlace

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Cobre

Símbolo Cu. Número atómico es 29. Densidad 8,9kg/dm3. Punto de fusión 1083ºC.Resistencia a la tracción 18kg/mm2. Alargamiento 20%. Resistividad 0,017Ωm2/m.

Obtención. Estado natural.

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El cobre puede encontrarse en estado puro. El cobre en bruto se tritura, y se separapor flotación y se concentra en barras. Los concentrados se funden en un horno dereverbero que produce cobre metálico con una pureza aproximada del 98%. Estecobre en bruto se enriquece por electrólisis, hasta alcanzar una pureza que supera el99,9%. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono. Las menas más importantes,las formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de cobre.

El cobre puro es blando

El principal mineral de cobre es la calcopirita sulfuro de hierro y cobre, se encuentraen Chile, México, Estados Unidos y la antigua URSS; la azurita, carbonato de cobre,en Francia y Australia, y la malaquita, otro carbonato de cobre, la cuprita, un óxidode cobre que se encuentra en España.

Propiedades

Elevada conductividad del calor y electricidad, resistente a la corrosión, dúctil ymaleable.

Aplicaciones

Era conocido en épocas prehistóricas, se han encontrado objetos de este metal en lasruinas de las civilizaciones antiguas.

El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones acausa de sus ventajosas propiedades, como son suelevada conductividad del calor y electricidad, laresistencia a la corrosión, así como su maleabilidady ductilidad. Debido a su extraordinariaconductividad, sólo superada por la plata, el usomás extendido del cobre se da en la industriaeléctrica. Por se ductilidad se puede transformaren cables de cualquier diámetro, desde 0,025 mm.

Las aleaciones de cobre, mucho más duras que elmetal puro, pierden conductividad eléctrica,presentan una mayor resistencia a la tracción,gran resistencia a la corrosión y fácil mecanización.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionarútiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales.

Las aleaciones más importantes y profusamente utilizadas son:Bronce, una aleación con estaño, se emplea en la fabricación de campanas,

Indica las diferencias más apreciables entre el latón y el bronce. Enumera quecaracterísticas se refuerzan en el caso de las aleaciones de cobre, frente al cobre puro.

Cobalto

Símbolo Co. Su número atómico es 27. Densidad 8,9kg/dm3, Punto de fusión 1495ºC.

El cobalto fue descubierto en 1735.

Propiedades

Tiene poca solidez y escasa ductilidad a temperatura normal, pero es dúctil a altastemperaturas. es magnético, de color blanco plateado, utilizado para obteneraleaciones.

De sus distintos isótopos conocidos, el cobalto 60 radiactivo es el más importante.Tiene una vida media de 5,7 años y produce una intensa radiación gamma. Por lo quese utiliza ampliamente en radioterapia.

Aplicaciones

Las superaleaciones resistentes a la temperatura contienen cobalto y son muyempleadas en la industria y en las turbinas de aviones.

Una aleación con acero, llamada acero de cobalto se utiliza para fabricar imanespermanentes. Con el carburo de wolframio, el cobalto y el cromo constituyen unaaleación muy resistente usada para cortar y trabajar el acero. También se emplea enla industria de la cerámica y en el secado de pinturas, así como de catalizador.

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Bomba de Cobalto

El cobalto solo tiene un isótopo estable, el Co-59. El Co-60 se emplea como fuentegeneradora de radiaciones , aprovechando la inestabilidad del átomo, es decir , lacapacidad para liberar partículas alfa, beta y gamma, si quieres puedes visitar estápágina, en la que encontrarás más información

Imagen 10. todocancer. ©todocancer.com

Estaño

Símbolo Sn. Número atómico 50. Densidad 7,28kg/dm3. Punto de fusión 231ºC.Resistencia a la tracción 5kg/mm2. Alargamiento 40%.Resistividad 0,115Ωm2/m.

Obtención. Estado naturalEs un metal muy escaso en la corteza terrestre, su principal mineral es la casiterita(SnO2), que tiene una riqueza muy baja.

El proceso de obtención parte de triturar la casiterita hasta convertirla en polvo y sebaña en cubas que se agitan, para que por decantación el estaño ocupe la parte bajadel depósito, se compacta tras eliminar la ganga. Después se somete a tostación, parareducir los óxidos de estaño, si se tiene que depurar su riqueza hasta alcanzarvalores del orden de 99%, es necesario someterlo a procesos electrolíticos.

Propiedades

A temperatura ambiente es blando y maleable, es fácil obtener papel de escasoespesor.

Aplicaciones

Sus principales aplicaciones es en la fabricación de hoja de lata recubriendo un alma deacero de dos capas muy finas de estaño puro. En aleación con plomo para emplearsecomo metal de aportación en la soldadura blanda eléctrica. En aleaciones especiales demuy bajo punto de fusión, en las proporciones adecuadas con plomo, bismuto, cadmio eindio se consigue una aleación que funde a 47ºC.

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Sabías que...

El estaño tiene la característica de cuando la temperatura desciende de -18ºC sufreun proceso degenerativo llamado la peste del estaño que provoca el que sedescomponga en polvo.

Zinc

Símbolo Zn. Número atómico 30. Densidad 7,13kg/dm3. Punto de fusión 419ºC.Resistencia a la tracción según sean piezas moldeadas o forjadas 3-20kg/mm2.Alargamiento 20%. Resistividad 0,057Ωm2/m.

Propiedades

Es muy frágil a temperatura ambiente, pero se vuelve maleable entre los 120 y los150 °C, por lo que se lamina fácilmente en rodillos calientes

No es atacado por el aire seco, pero en aire húmedo se oxida, cubriéndose con unapelícula carbonada que lo protege de una posterior corrosión. Reacciona mal enpresencia de ácidos.

Obtención. Estado natural

No se encuentra puro en la naturaleza y hasta el siglo XVII no se consiguió sintetizar.Los minerales más importantes son la blenda, sulfuro de zinc y sulfuro de plomo, conuna riqueza del 50% de zinc y la calamina, silicato y carbonato de zinc, con riquezainferior al 40%.

Aplicaciones

El metal puro se usa principalmente como capa recubrimiento para producir acerogalvanizado, en las placas de las pilas eléctricas secas, y en las fundiciones a troquel. Seusa como pigmento en pintura de exteriores, por sus propiedades antioxidantes, seutiliza como elemento de relleno en llantas de goma y como pomada antiséptica enmedicina.

Aleado con el cobre para obtener latón.

El cloruro de zinc se usa para preservar la madera y como fluido soldador.

El sulfuro de zinc es útil en electroluminiscencia, fotoconductividad,semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas detelevisión y en los recubrimientos fluorescentes.

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Cromo

Símbolo Cr. Número atómico 24. Densidad 7,2 kg/dm3. Punto de fusión es de 1.857°C.

Propiedades

El cromo consigue aumentar la dureza y la resistencia a la corrosión de la aleación.

Aplicaciones

Una tercera parte de la producción total de cromo se emplea en materiales refractantes.El cromo está presente en diversos catalizadores.

Se utiliza sobre todo en aleaciones de hierro, níquel o cobalto.

Constituye el 10% de la composición final de los aceros inoxidables. Se deposita porelectrolisis sobre distintos metales, (cromado) proporcionando un acabado brillante yresistente a la corrosión, por lo que se emplea en el acabado de vehículos.

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2. Metales Ligeros

Titanio

De símbolo Ti. Número atómico 22. Densidad 4,45 kg/dm3. Punto de fusión 1800ºC.Resistencia a la tracción 100 kg/mm2.Alargamiento 5%. Resistividad eléctrica 0,8 Ωm2/m.

Obtención. Estado Natural

No se encuentra puro en la naturaleza. Constituye los minerales ilmenita (FeTiO3),rutilo (TiO2) y esfena (CaO • TiO2 • SiO2).

Para obtener el óxido de titanio se tritura el mineral y se mezcla con carbonato depotasio y ácido fluorhídrico produciendo fluorotitanato de potasio (K2TiF6). Éste sedestila con agua caliente y se descompone con amoniaco. Así se obtiene óxidohidratado amoniacal, que se inflama en un recipiente de platino produciendo dióxidode titanio. Se trata el óxido con cloro, obteniéndose tetracloruro de titanio; que sereduce con magnesio para producir titanio metálico, que se funde y moldea enlingotes.

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Aplicaciones

Es muy maleable y dúctil en caliente, debido a su resistencia y su densidad, eltitanio se usa en aleaciones ligeras, aleado con aluminio y vanadio, se utiliza enaeronáutica para fabricar las puertas de incendios, el fuselaje, los componentes deltren de aterrizaje. Los cuadros de las bicicletas de carreras. Los álabes del compresory los revestimientos de los motores a reacción.

Se usa ampliamente en misiles y cápsulas espaciales; las cápsulas Mercurio, Gemini yApolo fueron construidas casi totalmente con titanio

Es eficaz como sustituto de los huesos y cartílagos en cirugía.

Se usa en los intercambiadores de calor de las plantas de desalinización debido a sucapacidad para soportar la corrosión del agua salada

Imagen 22. sorrow. ©sorrow

Sabías que...

Se ha verificado que lasincrustaciones de titanio enel organismo humano noprovocan ningún tipo derechazo y además al cabode un cierto tiempo, seproduce la soldaduraespontánea y natural de loshuesos.

Por ello en la actualidad esel material más empleadoen prótesis e implantesodontológicos ytraumatológicos.

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Aluminio

De símbolo Al, es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre.Número atómico 13. Densidad 2,69kg/dm3. Punto de fusión 660ºC. Resistencia a latracción 10 kg/mm . Alargamiento 50%. Resistividad 0,026 Ω mm2/m.

Obtención. Estado natural

Se obtiene de la bauxita, mineral quepuede encontrarse en minas a cielo abierto,se tritura y se lava para eliminar otrosmateriales y sustancias orgánicas.Posteriormente se refina para obtener laalúmina, lo que ya es un material comercialde aluminio con el que se pueden obtenerlingotes por fundición.

También se produce por el método Bayer,que consiste en:

La bauxita pulverizada se carga en undigestor que contiene una soluciónacuosa de sosa cáustica a alta presión ya alta temperatura.

Se forma aluminato de sodio que es soluble en el licor generado.Los sólidos insolubles que contiene el licor, como hierro, silicio, titanio y otras

impurezas son filtrados y el producto resultante se bombea a depósitos llamadosprecipitadores.

En éstos se agregan finos cristales de hidróxido de aluminio, que sirven desimientes, y en torno a ellos van creciendo en las tres dimensiones los cristales dehidróxido de aluminio.

El hidróxido de aluminio adherido a los cristales se calcina en hornos a 1200ºC. Elproducto obtenido se refrigera hasta temperatura ambiente, con lo que se obtiene laalúmina para la fusión y obtención de aluminio de buena calidad.

La alúmina obtenida se procesa en cubas electrolíticas, que funcionan con un bañode ciolita (fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y elcátodo es la propia cuba. Tras este proceso se obtiene el aluminio metálico, que esmoldeado y procesado en hornos de concentración para la obtención de aluminio dealta calidad.

Para obtener 1 kg de aluminio se requiere 2 kg de alúmina, los que son producto de 4kg de bauxita y 8 kwh de energía eléctrica.

Aplicaciones

Debido a su baja densidad es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios yautomóviles, y para las aplicaciones en las que es importante la movilidad y laconservación de energía.

Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios decocina y en pistones de motores de combustión.

Es fácilmente moldeable por lo que se usa en carpintería de aluminio.

Dada su escasa absorción de neutrones, se utiliza en reactores nucleares.

Es muy maleable por lo que se obtiene papel de aluminio de 0,002 mm de espesor,utilizado para proteger alimentos y otros productos perecederos, por sucompatibilidad con comidas y bebidas se usa en envases, envoltorios flexibles,botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de estos recipientes supone un granahorro de energía.

La resistencia a la corrosión por agua del mar, lo hace útil para fabricar cascos debarco y elementos que estén en contacto con el agua.

Debida a su resistividad eléctrica es el material de elección para sustituir al cobre

Imagen 26. Wikipedia. Creative Commons

Sabías que...

El calor generado en la reacción del aluminio conel oxígeno es suficiente para fundir el hierro, elproceso llamado termita utiliza este fenómenopara producir soldadura aluminotérmica.

3. Metales Ultraligeros

Magnesio

De símbolo Mg. Número atómico 12. Densidad 1,74 kg/dm3. Punto de fusión 650ºC.Resistencia a la tracción 18 kg/mm2. Resistividad eléctrica 0,8Ωm2/m.

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Aplicaciones

El magnesio aleado con aluminio se usa para piezas de aeronáutica; en miembrosartificiales, aspiradoras, esquíes, carretillas, cortadoras de césped, muebles de exterior einstrumentos ópticosComo desoxidante en la fundición de metales. El magnesio puro se utiliza en flashes fotográficos, bombas incendiarias y señalesluminosas y pólvora para fuegos artificiales, porque su combustión da una luz blancamuy intensa. Formando distintos compuestos químicos tiene diferentes utilidades es diverso.

El carbonato de magnesio (MgCO3), se usa como material refractario y aislante.El cloruro de magnesio (MgCl2•6H2O), se emplea como material de relleno en los

tejidos de algodón y lana, en la fabricación de papel y de cementos y cerámicas.El citrato de magnesio (Mg3(C6H5O7)2•4H2O), se usa en medicina y en bebidas

efervescentes;El hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), se utiliza en medicina como laxante, "leche

de magnesia", y para refinar azúcar.

¿Qué metales o aleaciones escogerías si tuvieses que fabricar?

Campana de una iglesia.Monedas.Fuselaje de un avión.Canalones de desagüe de lluvia.Prótesis óseas.Líneas de distribución eléctrica.Latas de refrescos.Pasamanos de barandillas.Planchas de hojalata.Vallas de acero galvanizado para trabajar a la intemperie.

5. Metales nobles y metales refractarios

Los metales nobles, también llamados preciosos, son blandos, muy resistentes ala corrosión y muy caros.

El oro se emplea en joyería permite aleaciones con platino.

La plata presenta una excelente conductividad eléctrica por lo que podría emplearsecomo conductor, aunque su precio lo limita, se utiliza en numismática, joyería y enaleación en prótesis odontológicas.

El platino presenta un elevado puno de fusión y es muy resistente a la corrosión y esde color blanco, no pierde su brillo y es hipoalérgico.

Los metales refractarios se caracterizan por presentar una elevada resistenciamecánica a grandes temperaturas, tiene una enorme dureza, se emplean parafabricar herramientas de corte, ejes y cojinetes, para filamentos de lámparas, y comorecubrimiento y fuselaje en vehículos espaciales. Dentro de este grupo están: elniobio, el molibdeno, el tántalo, el tugsteno o wolframio.

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Haz una relación de los objetos metálicos que tengas en tu casa, procura indicar elnombre del metal o de la aleación que forman y que función desempeña.

6. Tabla Resumen de Propiedades

Propiedades de los metales

Metal Símbolo Númeroatómico

Densidadkg/dm3

Puntode

fusiónºC

Resistenciaa la tracción

kg/mm2

ResistividadΩ mm2/m

Aluminio Al 13 2,69 660 10 0,026

Cobalto Co 27 8,9 1495

Cobre Cu 29 8,9 1083 18 0.017

Cromo Cr 24 7,1 1857

Estaño Sn 50 7,28 231 5 0,115

Magnesio Mg 12 1,74 650 18 0,8

Plomo Pb 82 11,34 327 2 0,22

Titanio Ti 22 4,45 180 100 0,8

Zinc Zn 30 7,13 419 Aleado-3Forjado-20 0,057