Alberto Rossa Laboratorio de Innovacin Tecnolgica

MetalesIntroduccin a los

DefinicinSe denomina metal a los elementos qumicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son slidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolucin.La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conduccin en su estructura electrnica (enlace metlico). Esto le da la capacidad de conducir fcilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo.

Un enlace metlico es un enlace qumico que mantiene unidos los tomos (unin entre ncleos atmicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de stos como una nube) de los metales entre s.Estos tomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de lneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la tpica de empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cbica centrada en las caras o la cbica centrada en el cuerpo.Los metales poseen algunas propiedades caractersticas que los diferencian de los dems materiales. Suelen ser slidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y tienen un punto de fusin alto.

Tipos de enlace

InicoSe establece cuando se combinan

entre s tomos de metal con tomos de NO metal

MetlicoSe establece cuando se combinan

entre s tomos de metal

CovalenteSe establece cuando se combinan

entre s tomos de NO metal

Brillo metlicoLos tomos del metal en estado elemental no son estables

Por eso ceden sus electrones de sobra a la superficie del metal, lo que da lugar al brillo caracterstico caracterstico de los metales.

Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Al principio, slo se usaron los que se encontraban fcilmente en estado puro (en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnologa necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentndolos en un horno mediante carbn de madera.El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilizacin de mineral de cobre con incursiones de estao, entre 3500a.C. y 2000a.C., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad del Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.Otro hecho importante en la historia fue la utilizacin del hierro, hacia 1400a.C. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales como espadas, y las civilizaciones que todava estaban en la Edad del Bronce, como los egipciosNo obstante, en la antigedad no se saba alcanzar la temperatura necesaria para fundir el hierro, por lo que se obtena un metal impuro que haba de ser moldeado a martillazos. Hacia el ao 1400AC se empezaron a utilizar los hornos provistos de fuelle, que permiten alcanzar la temperatura de fusin del hierro, unos 1535C. Hi

storia

Los metales poseen ciertas propiedades fsicas caractersticas, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayora de ellos son de color grisceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece ms de un color; este fenmeno se denomina policromismo.Otras propiedades seran:

Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse lminas al ser sometidos a esfuerzos de compresin.Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de traccin.Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.)Resistencia mecnica: capacidad para resistir esfuerzo de traccin, compresin, torsin y flexin sin deformarse ni romperse.

Suelen ser opacos o de brillo metlico, tienen alta densidad, son dctiles y maleables, tienen un punto de fusin alto, son duros, y son buenos conductores (calor y electricidad).

Propiedades

Una aleacin es una combinacin, de propiedades metlicas, que est compuesta de dos o ms elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.Las aleaciones estn constituidas por elementos metlicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metlico, como: P (fsforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsnico).

Las aleaciones presentan brillo metlico y alta conductividad elctrica y trmica, aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades fsicas y qumicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades mecnicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras pueden ser muy diferentes, de ah el inters que despiertan estos materiales.

Aleaciones

Cobre

El cobre cuyo smbolo es Cu, es el elemento qumico de nmero atmico 29. Se trata de un metal de transicin de color rojizo y brillo metlico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo despus de la plata). Gracias a su alta conductividad elctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material ms utilizado para fabricar cables elctricos y otros componentes elctricos y electrnicos.El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecnicas, aunque tienen una conductividad elctrica menor. Las ms importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un nmero casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecnicas

Las aleaciones de cobre pueden adaptarse a casi cualquier aplicacin.

Existen ms de 400 aleaciones de cobre, cada una con una combinacin nica de propiedades, que se adaptan

a un gran nmero de aplicaciones, procesos de fabricacin y entornos.

Para hacer que el cobre sea lo ms verstil posible, se pueden modificar

sus caractersticas originales en funcin del uso final que se le quiera dar,

alendolo o "mezclndolo" con otros metales. Dos de las aleaciones de

cobre ms conocidas, son el latn (donde se mezcla con zinc) y el bronce

(donde se mezcla con estao).

Video El Cobre

El latn, es una aleacin de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporcin, otros metales. Se obtiene mediante la fundicin de sus componentes en un crisol o mediante la fundicin y reduccin de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%.

El latn es ms duro que el cobre, pero fcil de mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la oxidacin, a las condiciones salinas y es maleable, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad vara la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mnimas, de otros metales en su composicin.

El latn no produce chispas por impacto mecnico, una propiedad atpica en las aleaciones. Esta caracterstica convierte al latn en un material importante en la fabricacin de envases para la manipulacin de compuestos inflamables, cepillos de limpieza de metales y en pararrayos.

Latn

Las aleaciones en cuya composicin predominan el cobre y el estao (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen adems otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estao en estas aleaciones est comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latn, pero son ms difciles de mecanizar y ms caras.

El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en bateras elctricas y en la fabricacin de vlvulas, tuberas y uniones de fontanera. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de friccin; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosin como rodetes de turbinas o vlvulas de bombas, entre otros elementos de mquinas. En algunas aplicaciones elctricas es utilizado en resortes.

Bronce

Video El Bronce

Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, nquel (Ni) y zinc (Zn), en una proporcin de 50-70% de cobre, 13-25% de nquel, y 13-25% de zinc. Sus propiedades varan de forma continua en funcin de la proporcin de estos elementos en su composicin, pasando de mximos de dureza a mnimos de conductividad. Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-nquel-zinc se les aaden pequeas cantidades de aluminio o hierro constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosin marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construccin naval, principalmente en condensadores y tuberas, as como en la fabricacin de monedas y de resistencias elctricas.Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia a la corrosin y buenas cualidades mecnicas. Su aplicacin se abarca materiales de telecomunicaciones, instrumentos y accesorios de fontanera y electricidad, como grifos, abrazaderas, muelles, conectores. Tambin se emplea en la construccin y ferretera, para elementos decorativos y en las industrias qumicas y alimentarias, adems de materiales de vajillas y orfebrera.

Alpaca

HierroEl hierro es un elemento qumico de nmero atmico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla peridica de los elementos. Su smbolo es Fe y tiene una masa atmica de 55,6u.Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnticas; es ferromagntico a temperatura ambiente y presin atmosfrica. Es extremadamente duro y denso.Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos xidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los xidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

Video El Hierro

El trmino acero sirve comnmente para denominar, en ingeniera metalrgica, a una aleacin de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposicin al acero, son mucho ms frgiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con temperatura de fusin de 1535C y punto de ebullicin 2740C. Por su parte, el carbono es un no metal, blando y frgil en la mayora de sus formas alotrpicas (excepto en la forma de diamante). La difusin de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en dimetros atmicos, formndose un compuesto intersticial.

Acero

La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segn su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adems de la austenita.El acero conserva las caractersticas metlicas del hierro en estado puro, pero la adicin de carbono y de otros elementos tanto metlicos como no metlicos mejora sus propiedades fsico-qumicas.

Produccin mundial de acero (2007), millones de tons. metricas

Video El Acero

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleacin de acero con un mnimo del 10% al 12% de cromo contenido en masa. Otros metales que puede contener por ejemplo son el molibdeno y el nquel.El acero inoxidable es un acero de elevada resistencia a la corrosin, dado que el cromo, u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxgeno y reacciona con l formando una capa pasivadora, evitando as la corrosin del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxgeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosin, como los que contienen fsforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos cidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen adems otros elementos aleantes; los principales son el nquel y el molibdeno.

Acero inoxidable

OroEs un metal precioso blando de color amarillo. Su smbolo es Au (del latn aurum, brillante amanecer).Es un metal de transicin blando, brillante, amarillo, pesado, maleable y dctil. El oro no reacciona con la mayora de los productos qumicos, pero es sensible y soluble al cianuro, al mercurio y al agua regia, cloro y a la lavandina. Este metal se encuentra normalmente en estado puro, en forma de pepitas y depsitos aluviales. El oro es uno de los metales tradicionalmente empleados para acuar monedas; se utiliza en la joyera, la industria y la electrnica por su resistencia a la corrosin. Se ha empleado como smbolo de pureza, valor, realeza, etc. El principal objetivo de los alquimistas era producir oro partiendo de otras sustancias como el plomo.

Video El Oro

AluminioEl aluminio es un elemento qumico, de smbolo Al y nmero atmico 13. Se trata de un metal no ferromagntico. Es el tercer elemento ms comn encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayora de las rocas, de la vegetacin y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos y micas). Como metal se extrae nicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformacin primero en almina mediante el proceso Bayer y a continuacin en aluminio metlico mediante electrlisis. Este metal posee una combinacin de propiedades que lo hacen muy til en ingeniera de materiales, tales como su baja densidad (2.700kg/m3) y su alta resistencia a la corrosin. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecnica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que ms se utiliza despus del acero.

El proceso Bayer es el principal mtodo industrial para producir almina a partir de bauxita. Patentado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en la disolucin de la bauxita con hidrxido sdico, este proceso se fue imponiendo hasta convertirse, a partir de los aos 1960, en la nica fuente industrial de almina y por tanto de aluminio en el mundo.

Video El Aluminio

Aplicaciones

Envase de hoja de lataLata LaCarre, 1999Corus ResearchReduce en 20% el espacio de la lata redondaPesa 15% menos que la lata tradicional

AluminioAudi A8, 1994Primer auto comercial de carrocera monocasco de AlLigeroExcelente resistencia a la corrosinReciclable 100%

AluminioDctil, fcil de formar aleacionesExcelente resistencia a la corrosinExcelente conductor de la electricidad y el calorReciclable

MacBook Proceso de fabricacinOctubre 2008

Espuma de AlAlusion100% reciclablePuede ser post-formada usando calorDensidades variables

Alucobond

Estructura sandwich de Al + polmeroLigeroFlamabilidad aprobada para construccinVarios coloresResistente a exterioresReciclable

Espuma de AlDuocel10% del peso del Al slidoPuede ser cortada, perforada, etc.Variedades de acabados

Adhesivos para metalesChasis Lotus, 1996Al con adhesivo epxicoPermite secciones de paredes ms delgadasEnsamblaje limpioNo existe distorsin

Acero inoxidableSin corrosinNo requiere acabado/terminadoExcelente durezaPuede usarse con diferentes procesos de prod.

TitanioExcelente resistencia a la corrosinBuena maleabilidad40% ms ligero que el acero y 60% mas resistente que el AlBaja conductividad elctricaBajo ndice de expansin trmica

Acero inoxidable

Pantallas metlicasDecorativasVariado rango de estilos de tejidoInflamablesExtremadamente durablesFciles de limpiarAnti-gratti

Tejido metlico Alto potencial decorativoSe puede aadir resina para formar un laminado

Al recicladoSillas Transit, 2000Produccin de baja tecnologaHecho a mano

CromoPulido finoExcelente resistencia a la corrosinDurableFcil de limpiar

TroqueladoSillas de AlLas hojas son cortadas y dobladas en una sola operacinAlto costo de maquinariaIdeal para piezas grandesAmplia variedad de espesores

Acero inoxidableProduccin a la cera perdidaProduce formas complejasBajo costo de moldes y manufacturaIdeal para bajas producciones

Zinc

Es el tercer metal no-ferroso ms empleado despus del AlExcelente moldeoExcelente resistencia a la corrosinEconmicoFcil de producir aleacionesHiginicoMaleable a 100C

Extrusin por impactoProceso desarrollado por Sigg, 2004Tolera variaciones de espesores de paredesProduccin rpidaBajo costo unitarioBajo costo de herramental

Hoja de metal recubierta Diseo: George Walker, 2002Corus

Sustentabilidad

Ciclo del acero en Europa (2010)

Cifras en millones de Tns. / Vida til, v = nmero de aos

Diseo conceptual Future Steel Vehicle. En los nuevos diseos estructurales para automviles se pretende ahorrar un 35% de peso la vez que reducir las emisiones totales durante la vida del vehculo en un 70%

Reciclaje aluminio en el mundo (2012)

Fin?