Guia de Materials: Propietats de Metalls, Aliatges i Plàstics

1. Els materials i les seves aplicacions

Què són els materials?

Són les substàncies que componen les coses. Cadascun té unes propietats físiques, químiques i mecàniques que el fan més adequat per a un ús determinat. Així, es distingeixen propietats mecàniques com ara la duresa, la tenacitat, la fragilitat, la mal·leabilitat, l'elasticitat i la plasticitat.

Característiques dels materials

Les característiques desitjables en un material són:

• Que les seves propietats siguin les adequades per a l'ús que se li hagi de donar.
• Que es puguin reciclar fàcilment i amb menys consum energètic, sense contaminar el medi ambient.
• Que no generin residus en el procés de transformació.

2. Tipus de materials

2.1. Els metalls i els aliatges

Els metalls són elements químics que es caracteritzen per ser poc electromagnètics i tenir pocs electrons en les capes més externes. Són substàncies dúctils i mal·leables, conductores de la calor i l'electricitat.

Els aliatges s'obtenen de la barreja d'un metall amb un altre o amb algun no-metall. Milloren les propietats mecàniques del metall pur. No obstant això, el seu punt de fusió és inferior al del component individual de la barreja amb el punt de fusió més baix.

Tant els metalls com els aliatges són bons conductors elèctrics i tèrmics. Els aliatges més emprats són l'acer, l'alumini, el magnesi, el zinc, el titani, el coure, el níquel i els seus aliatges. Es classifiquen en fèrrics i no fèrrics, en funció de si el component principal és el ferro o un altre metall.

Metalls i aliatges fèrrics

Tenen el ferro com a principal element de l'aliatge. Actualment són els més utilitzats per l'abundància de ferro, el seu fàcil procés de producció i la gran quantitat de propietats mecàniques i fisicoquímiques que se'n poden obtenir. Es classifiquen en:

• Ferro: Es considera ferro pur quan conté menys del 0,03% de carboni. Té molt poques aplicacions industrials, a causa de l'escassa resistència mecànica i la fàcil corrosió.
• Acers: L'acer és un aliatge de ferro i carboni, amb una proporció de carboni del 0,03% a l'1,75%. Admeten forja i es poden tractar tèrmicament per modificar-ne les propietats mecàniques. Es classifiquen en:
  • Acers al carboni: Es componen, principalment, de ferro i carboni, tot i que poden contenir petites quantitats d'altres elements.
  • Acers aliats: Contenen ferro i carboni, a més de quantitats apreciables de metalls com níquel, crom o molibdè, entre d'altres.
• Foses: Són aliatges de ferro i carboni que no admeten forja. Són fàcilment emmotllables perquè les seves temperatures de fusió se situen entre els 1150 i els 1300 °C.

Tractaments tèrmics

Són procediments d'escalfament i refredament que permeten modificar les propietats mecàniques dels metalls i els aliatges sense modificar-ne la composició química.

Acers inoxidables

Són utilitzats en coberteries i sanitaris. Confereixen una excel·lent resistència a la corrosió, a causa de la seva capacitat per formar una capa protectora per reacció amb l'oxigen.

Aliatges i metalls no fèrrics

Són metalls i aliatges que no contenen ferro, o bé aquest s'hi troba en quantitats petites. Es classifiquen en funció de l'element majoritari i tenen propietats diferents dels aliatges basats en el ferro, que són pesats, poc conductors i fàcilment degradables per l'oxidació i la corrosió.

• El coure i els seus aliatges: El coure pur és tou, té una bona resistència a la corrosió i és un excel·lent conductor. Quan es troba aliat, millora la seva resistència mecànica i a la corrosió. El llautó és un aliatge de coure i zinc.
• Aliatges de níquel, cobalt i superaliatges: Són resistents a temperatures elevades i tenen una excel·lent resistència a la corrosió.
• Aliatges lleugers: Són aliatges de baixa densitat. Un exemple d'aquest tipus d'aliatges són els d'alumini. Pel seu poc pes i bona resistència mecànica es fan servir en aplicacions aeroespacials.
• Aliatges d'alumini: Tenen una excel·lent resistència a la corrosió i són bons conductors.
• Aliatges de beril·li: Es caracteritzen per una bona relació resistència/pes i la seva excel·lent resistència a la corrosió.
• Aliatges de titani: Les seves propietats són semblants a les dels aliatges de beril·li; a més, són biocompatibles i tenen un punt de fusió molt elevat. Són dúctils i admeten forja.
• Aliatges de magnesi: Són els aliatges menys pesats de tots els esmentats. S'empren en aeronàutica. Tenen una resistència a la corrosió semblant a la dels aliatges d'alumini; no obstant això, es degraden en ambients salins.

2.2. Materials plàstics

Polímers

Els polímers són substàncies d'origen orgànic formades, principalment, per carboni i hidrogen, que adopten llargues cadenes d'elevat pes molecular.

Primeres matèries

La matèria primera més utilitzada en la fabricació de plàstics és el petroli.

Els hidrocarburs són compostos orgànics formats bàsicament per carboni i hidrogen. Els components poden formar cadenes d'hidrocarburs lineals, ramificades i fins i tot presentar-se formant cadenes tancades.

Són les primeres matèries bàsiques més utilitzades per obtenir la gran part dels monòmers. Els monòmers són compostos moleculars senzills que es poden enllaçar de manera covalent amb altres per formar llargues cadenes moleculars, que són la base per aconseguir polímers amb propietats i aplicacions diferents.