Materiales Industriales: Propiedades Clave, Procesos de Fabricación y Aplicaciones

Materiales Metálicos y sus Aleaciones

Cobre y sus Aleaciones

El cobre sin alear es blando y dúctil, lo que lo hace difícil de mecanizar, pero posee una buena capacidad para ser trabajado en frío y resiste muy bien la corrosión.

• Latón (Cu-Zn): Es la aleación más común.
  • Las aleaciones alfa son blandas, dúctiles y fáciles de trabajar en frío.
  • Las aleaciones beta son más duras y resistentes que las alfa.
  • Las aleaciones alfa+beta suelen trabajarse en caliente.
• Bronce (Cu-Sn): Puede contener aluminio, silicio y níquel. Son más resistentes que los latones y poseen una gran resistencia a la corrosión. Se emplean cuando se requiere una elevada resistencia a la corrosión y al desgaste, como en cojinetes y engranajes.
• Aplicaciones Eléctricas: Las aleaciones de cobre con menos del 1% de impurezas se utilizan ampliamente en aplicaciones eléctricas.

Aluminio y sus Aleaciones

El aluminio se caracteriza por su relativa baja densidad, elevadas conductividades eléctricas y térmicas, y alta ductilidad, lo que lo hace ideal para envases y contenedores.

• El aumento de resistencia mecánica por acritud puede disminuir su resistencia a la corrosión.
• Las aleaciones de aluminio con cobre, magnesio, silicio y zinc (Cu-Mg, Si, Zn) se utilizan en envases, carrocerías de automóviles, culatas y pistones.

Magnesio y sus Aleaciones

Con una densidad de 1,74 g/cm³, el magnesio es un material de bajo peso con una estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) y es blando.

• Su conformación se realiza entre 200-350 °C.
• Las aleaciones de magnesio son inestables y susceptibles a la corrosión marina, aunque son resistentes a la corrosión atmosférica.
• En estado líquido, arde con el aire.
• Soporta peor la fatiga que el aluminio.
• Son moldeables y forjables (aleaciones con Al, Zn, Mn).
• Son adecuadas para elementos sometidos a grandes aceleraciones, como en aviones, armamento y ruedas de automóviles.

Titanio y sus Aleaciones

El titanio tiene una densidad de 4,5 g/cm³ y un punto de fusión alto, lo que le confiere una alta resistencia. Es muy dúctil y fácil de forjar.

• Inconveniente: Presenta un alto poder de reacción con otros materiales a altas temperaturas.
• Ventajas: Posee una alta resistencia a la corrosión y un buen comportamiento en ambientes marinos, atmosféricos y frente a muchos productos industriales.
• Aplicaciones: Se utiliza en aviones, vehículos espaciales e industria química.

Técnicas de Conformado de Materiales Cerámicos

Estas técnicas permiten dar forma a los materiales cerámicos, aprovechando sus propiedades específicas.

Prensado Seco

Se utiliza para fabricar productos refractarios y componentes cerámicos electrónicos. Consiste en compactar polvos cerámicos con pequeñas cantidades de agua o aglutinantes.

Compactación Isostática

Los polvos se cargan en una matriz que se encuentra dentro de una cámara de fluido hidráulico. Al aplicar presión, la fuerza compacta el polvo. Ejemplos de aplicación incluyen aislantes de bujías, crisoles y herramientas de carburo.

Compresión en Caliente

Permite obtener piezas de alta densidad y propiedades mecánicas óptimas, combinando presión y tratamientos térmicos. Se pueden aplicar presiones unidireccionales o isostáticas.

Moldeo por Barbotina

También conocido como fundición por revestimiento, este proceso implica:

1. Preparación del material en polvo y una emulsión (barbotina).
2. Vertido de la barbotina en un molde poroso.
3. Desalojo del exceso de barbotina, dejando una fundición compacta.
4. Secado del material.
5. Calentamiento para conseguir las propiedades y microestructura deseadas.

Extrusión

Técnica empleada en la fabricación de ladrillos resistentes, tejas y aislantes térmicos.

Tratamientos Térmicos de Materiales Cerámicos

Constituyen la última etapa en el proceso de conformación de un material cerámico, fundamentales para definir sus propiedades finales.

Secado y Eliminación de Aglutinante

• El agua se elimina calentando a 100 °C.
• Los aglutinantes se eliminan calentando por encima de 200 °C hasta 300 °C.

Sinterización

Proceso en el que pequeñas partículas en estado sólido se unen por difusión, transformando un producto poroso en uno compacto.

Vitrificación

Se refiere a la formación de productos cerámicos que contienen una fase vítrea.

Clasificación de Polímeros

Los polímeros se pueden clasificar según diferentes criterios, que influyen en sus propiedades y aplicaciones.

Según su Función Mecánica de Polimerización

• Adición: Uniendo moléculas simples mediante enlace covalente, genera cadenas que pueden tener miles de monómeros de longitud.
• Condensación: Reacción química que origina un producto colateral, como puede ser agua.

Según su Función Estructural

• Cadenas Lineales: Son largas cadenas de miles de monómeros formadas por adición o condensación.
• Redes Tridimensionales: Son estructuras reticulares que se forman a través de un proceso de enlace cruzado mediante reacción de adición o condensación.

Según su Comportamiento Frente al Calor

• Termoplásticos: Poseen una estructura lineal.
• Termoestables: Presentan una estructura de red y no son reprocesables.
• Elastómeros: Tienen un comportamiento intermedio, con una notable capacidad de deformarse elásticamente.

Polímeros Termoestables

Estos polímeros, una vez curados, no pueden ser reprocesados mediante calor.

Fenólicos

Fueron los primeros polímeros utilizados. Se caracterizan por su bajo coste, ser aislantes térmicos y eléctricos, fácilmente moldeables, y poseer dureza, rigidez y resistencia química. Se emplean en interruptores, conectores, tiradores, botones y como buenos adhesivos.

Resinas Epoxi

Presentan un bajo peso molecular en estado líquido y elevada movilidad molecular. Son buenos lubricantes y se utilizan en recubrimientos protectores y decorativos (ej. recubrir latas y baterías, electrónica). Destacan por su alta resistencia dieléctrica.

Poliésteres Insaturados

Poseen baja viscosidad y se pueden mezclar hasta con un 80% de fibra de vidrio reforzada. Sus aplicaciones incluyen paneles de automóviles, prótesis, cascos de botes pequeños, tuberías y tanques.