Aleaciones no ferrosas: estructura, propiedades, usos, ejemplos
Las aleaciones no ferrosas son aquellas que no poseen en su composición el metal hierro. Por tanto, no consiste en ninguno de los tipos de aceros, y su base principal puede ser la de cualquier otro elemento metálico; tales como aluminio, plata, cobre, berilio, magnesio, titanio, etc.
A diferencia de los densos aceros, ideales para el soporte metálico de las edificaciones y los cables de los puentes, las aleaciones ferrosas suelen ser más livianas y resistentes a la corrosión. De aquí a que el número de sus aplicaciones aumente exponencialmente, cada una demandando un tipo de aleación específica, con una composición metálica exacta.
Unas de las aleaciones no ferrosas más antiguas y conocidas de la historia son el bronce y el latón. Ambas tienen por base metálica el cobre, con la diferencia de que en el bronce se mezcla predominantemente con estaño, y en el latón con zinc. Dependiendo de sus combinaciones y composición pueden surgir bronces y latones con amplias propiedades.
Y adentrándose en el presente moderno, las aleaciones que integran los dispositivos electrónicos son en esencia no ferrosas. Asimismo, el armazón de los vehículos y aeronaves más sofisticadas está hecho de estas aleaciones, para conferirles resistencia al menor peso posible.
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Cada metal presenta sus propias estructuras cristalinas, las cuales pueden ser del tipo hcp (hexagonal compacta), ccp (cúbica compacta) bcc (cúbica centrada en el cuerpo), u otras.
Al fundirse y soldarse en una solución sólida que después cristaliza, los átomos de todos los metales unen mediante el enlace metálico, y las estructuras resultantes se suman o cambian.
Por lo tanto, cada aleación a una determinada composición tendrá sus propias estructuras cristalinas. Es por eso que para estudiarlas, se recurre más bien a los términos de fases (denotadas normalmente como α y β), representados gráficamente en un diagrama de fases en función de variables tales como temperatura, presión y composición.
A partir de estos diagramas de fase puede predecirse a qué temperatura fundirá (fase líquida) la aleación no ferrosa de un sistema formado por dos o más metales, así como la naturaleza de sus fases sólidas.
Supóngase el par plata-cobre. Analizando su diagrama de fase puede extraerse información física y estructural de las múltiples aleaciones con diferentes combinaciones de plata-cobre (10%Ag y 90%Cu, 25%Ag y 75%Cu, etc.). Evidentemente, los metales deben ser solubles entre sí para que puedan cristalizar en una aleación de manera homogénea.
Las propiedades de las aleaciones no ferrosas son muy diversas. Para los aceros no es muy difícil generalizar, ya que exhiben una sinergia de las propiedades del hierro con las del hierro-carbono, Fe-C. En cambio, las propiedades de las aleaciones no ferrosas dependen en su mayoría de la base metálica.
Por ejemplo, si las aleaciones son de aluminio o magnesio, ambos metales livianos, es de esperarse que sean livianas. Si el titanio, un metal más denso, se mezcla con cualquiera otro metal liviano, la aleación resultante debería ser un poco más liviana y flexible.
Si se sabe que el cobre y el oro son buenos conductores del calor y la electricidad, entonces sus aleaciones deben ofrecer materiales más económicos, menos blandos, y más resistentes a trabajos mecánicos y a la corrosión.
De poderse generalizarse todas las propiedades y características este tipo de aleaciones se tendría que son: menos densas, mecánicamente más resistentes en relación a su peso, más inertes frente a la oxidación causada por su entorno, deformables, altamente conductores del calor y la electricidad. Por lo demás, hay sus muchas excepciones.
Son aleaciones muy ligeras, y por tanto su estructura debería ser bcc (la menos compacta). Pueden deformarse para adquirir múltiples formas, como las latas, para almacenar alimentos y bebidas.
Suelen tener alta resistencia a la corrosión, pero es inversamente proporcional a su resistencia mecánica, la cual aumenta al mezclarse con cobre, magnesio o manganeso. Las que tienen mejores resistencias mecánicas encuentran uso como partes de la carrocería de automóviles, y para piezas de aviones.
-Las aleaciones de titanio encuentran muchas aplicaciones para el diseño de prótesis de huesos y, en general, este metal es altamente compatible con las matrices fisiológicas.
También se usa como partes del armazón y superficie de las aeronaves, vehículos, motocicletas, palos de golf, entre otros artefactos y objetos.
-Mezclado con el aluminio se ha utilizado sus aleaciones en la construcción de los techos de templos japoneses y de las pagodas, y en las estatuas de sus dragones.
-Su aleación con el grafito (Ag-C) tiene baja resistencia eléctrica y se usa por tanto como componentes de los interruptores de los circuitos.
-Mezclado con mercurio se obtiene una amalgama con 50% Hg y un menor porcentaje de cobre y estaño, que se utiliza en el llenado de los defectos dentales.
-Su aleación con cobre le otorga resistencia tal que se crea con ella discos de corte metálicos y sierras.
-En las joyerías se utiliza en una aleación de paladio y platino, resistente a las raspaduras y la pérdida de su brillo.
Son más densas que el aluminio, pero de resto sus propiedades son similares. Resisten bien las condiciones atmosféricas, por lo que se han empleado para la fabricación de partes de automóviles, en cajas de engranajes, ruedas, misiles, en fin, en maquinaria de altas velocidades (así como también en bicicletas).
-Su aleación Be-Cu se utiliza para los componentes electrónicos para dispositivos pequeños, tales como teléfonos inteligentes, iPads, relojes de pulsera, tabletas, etc.
-Las cerámicas (mezclado con galio, arsénico o indio), se utilizan en circuitos electrónicos de alta densidad de corriente.
-En medicina, las aleaciones de berilio forjan muchos de sus instrumentos y dispositivos, como los marcapasos, los escalpelos de láser, escáneres, el armazón de equipo de resonancia magnética nuclear, entre otros.
-También forja parte de los armamentos militares y nucleares, además se ha hecho con las aleaciones de berilio espejos para satélites.
-Las herramientas forjadas con estas aleaciones no producen chispas al someterse a altas fricciones.
Algunos ejemplos específicos de aleaciones no ferrosas son:
-Monel y Constantán, ambas aleaciones de níquel con cobre, pero con una composición de 2:1 y 45% (55% de cobre), respectivamente.
-Cromel, cuya composición es de 90% de níquel y 10% de cobre. Se usa como parte del sistema eléctrico de hornos industriales, capaz de resistir elevadas temperaturas.
-Ti-6Al-4V, una aleación de titanio con vanadio, aluminio y otros metales, especialmente utilizada con fines biológicos.
-Estelite, una aleación de cobalto y cromo.
-Magnalio, aleación de aluminio con un bajo porcentaje de magnesio (menor o igual al 10%). Prácticamente son láminas de aluminio más resistentes a la tracción y son más tenaces.
-Oro blanco, cuya composición consiste de 90% de oro con 10% de cualquier metal blanco, como la plata o el paladio.
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