Tema 8 Els metalls no fèrrics

UD 08. Metalls no fèrricsUD 08. Metalls no fèrrics

● Introducció

– Objectius Didàctics– Objectius Didàctics

– Abans de començar...

● Continguts

– Obtenció dels metalls

● Enriquiment / reducció / afinament● Enriquiment / reducció / afinament

– Propietats dels metalls i dels aliatges

– El Coure

● Els llautons i els bronzes

UD 08. Metalls no fèrricsUD 08. Metalls no fèrrics

● Continguts (II)

– L'Alumini

● Els aliatges lleugers

– Altres metalls d'aplicació industrial

– Pulverimetal·lúrgia

● Obtenció de les pólvoresObtenció de les pólvores

● Compressió

● Sinterització

UD 08. Objectius DidàcticsUD 08. Objectius Didàctics

● Conèixer el procés d'obtenció dels metalls

● Conèixer en detall com s'obté el Cu i les seves

aplicacions i aliatges

● Conèixer en detall com s'obté l'Al i les seves

aplicacions i aliatges

Conèixer les aplicacions industrials més importants ● Conèixer les aplicacions industrials més importants

d'altres metalls: Mg, Ti, Pb, Sn, Zn i Ni

● Conèixer el procés de la pulverimetal·lúrgia, la seva

utilitat i aplicacions

UD 08. Abans de començarUD 08. Abans de començar

● Recordem el que signifiquen els conceptes

– Ganga i mena?

– Reducció dels metalls?

● Sabem què és l'electròlisi?

● Recordem què són les propietats

Límit elàstic?– Límit elàstic?

– Mòdul elàstic?

– Duresa?

– Conductivitat tèrmica i elèctrica?

UD 08. L'obtenció dels metallsUD 08. L'obtenció dels metalls

● En general no trobem els metalls purs

– Es coneixen amb l'adjectiu 'nadiu'

● Exemples: Or o Coure

● Procediment habitual: procés metal·lúrgic

– Aplicat a les menes

– Exemple: Alumini en forma d'òxid: Al O (alúmina)– Exemple: Alumini en forma d'òxid: Al2O

3(alúmina)

● Compost bàsic de la bauxita

– Específics per a cada metall

● Ex: Coure per via seca o humida


● Tot i així tenim algunes accions en comú

Enriquiment– Enriquiment

● Separació física

– Trituració / Concentració

– Reducció

● Separació química

Forn– Forn

– Afinament

● Augment puresa

– Tèrmic (forn)

– Electrolític


● Enriquiment del material

Preparem el producte de la mina per a les aplicacions – Preparem el producte de la mina per a les aplicacions

posteriors

– Normalment les operacions són

● Trituració

– Reducció de la grandària de les roques per mitjans mecànics

– Incrementem superfície exterior del producte– Incrementem superfície exterior del producte

● Concentració

– Separació de la ganga i mena per mitjans físics

– Pot ser flotació (aprofitem diferències de densitat)


● Reducció

Consisteix en la separació de la màxima quantitat – Consisteix en la separació de la màxima quantitat

possible de l'element desitjat

● Amb processos químics

● A T elevades

– Usualment tenim òxids

La separació d'un metall contingut en un òxid: reducció● La separació d'un metall contingut en un òxid: reducció

● En general: C element reductor

– Afinitat per l'oxigen

– Moltes vegades: hi afegim elements per formar escòries

– Si no tenim òxid: torrefacció o calcinació (el generem)


● Afinament

– Emprat quan el metall fos obtingut als forns no té la – Emprat quan el metall fos obtingut als forns no té la

puresa necessària

● Procés d'eliminació d'impureses

● Tenim dues alternatives d'afinament

– Mitjans tèrmics

● En forns aplicant oxigen, aire o PPQQ

– Mitjans electrolítics– Mitjans electrolítics

● En tancs electrolítics

● Contenen producte químic en fase líquida (electròlit)

● Hi submergim els conductors elèctrics (elèctrodes)

● Càtode connectat al pol positiu i ànode (al negatiu)

● Apliquem V (CC) als elèctrodes

● El metall es diposita al càtode

UD 08. Propietats metalls i aliatgesUD 08. Propietats metalls i aliatges

● Aspectes a tenir presents

– En barrejar metalls amb no metalls baixa la – En barrejar metalls amb no metalls baixa la

conductivitat

● Com ara l'acer respecte el Fe

– Al i Cu tenen conductivitats més elevades

● Emprats pel transport d'electricitat

– En barrejar metalls (com ara el Cu amb Zn o Sn) tenim – En barrejar metalls (com ara el Cu amb Zn o Sn) tenim

propietats que no són proporcionals a les quantitats de

l'aliatge

UD 08. El CoureUD 08. El Coure

● Un dels primers metalls emprats per la humanitat

● Obtingut de minerals● Obtingut de minerals

– Calcocita Cu2S

– Calcopirita

– CuFeS2

– Malaquita Cu2(CO

3)(OH)

22 3 2

● No gaire abundant, pocs països amb alta producció

● Diferents processos per a obtenir-lo

– En general: diferents forns i electròlisi final


● Material dens, tou i plàstic

– Treballable en fred– Treballable en fred

– Tot i així: presenta acritud

● S'endureix en ser deformat

– Gran conductivitat tèrmica i elèctrica

– Resistent a la corrosió

– Aplicacions habituals– Aplicacions habituals

● Cables elèctrics

● Calderes

● Bescanviadors de calor

● Canonades d'aigua i gas


● Els llautons

– Aliatge de Coure i Zinc

– El Zinc millora les propietats mecàniques del Coure

● Baixa el seu punt de fusió

● El fa apte per obtenir objectes per fusió i emmotllament

– Però: redueix la seva conductivitat (tèrmica i elèctrica)

– Llautons Cu+Zn: llautons ordinaris– Llautons Cu+Zn: llautons ordinaris

● %Zn>50%: sense aplicació industrial (massa dus i fràgils)

– Si hi incorporem altres elements: llautons especials

– Aplicacions

● Decoració, molles, coixinets, bombes, engranatges...


● Els bronzes

– Aliatges de Cu i un metall que no sigui Zn

– Tradicionalment: Cu + Sn

● Millora les propietats de fusió i emmotllament

● Afegit en %<12%

– Augmenta duresa i resistència al desgast per fregament

– Augmenta resistència a la corrosió (aigua de mar o combustibles)

Però: redueix conductivitat tèrmica i elèctrica● Però: redueix conductivitat tèrmica i elèctrica

– Aplicacions

● Fabricació de coixinets i vàlvules

– Especialment a la indústria del petroli

● Campanes, decoració, maquinària naval, àleps de turbines...

UD 08. L'AluminiUD 08. L'Alumini

● Metall més emprat després de l'acer

● El més abundós a l'escorça terrestre● El més abundós a l'escorça terrestre

– D'utilització recent: Finals s. XIX

● S'obté a partir de la bauxita

– Procediment costós

● Cal molta energia elèctrica Al té molta tendència a combinar-Cal molta energia elèctrica Al té molta tendència a combinar-

se amb altres elements

– En primer lloc: separar la bauxita de l'alúmina

– Després: separar l'Alumini per electròlisi


● Propietats

– Material lleuger– Material lleuger

– Bon conductor tèrmic i elèctric

– Dúctil, mal·leable i tou

● En estat pur presenta acritud

– Resistent a la corrosió per humitat

Però no a l'aigua del mar ni solucions salines● Però no a l'aigua del mar ni solucions salines

● Tampoc als àcids

– Fon a baixa temperatura

● Adient per a peces de fusió i emmotllament


● Aplicacions

– Cables elèctrics– Cables elèctrics

– Bescanviadors de calor

– Estris de cuina

– Envasos i embolcalls indústria alimentària

● Aliatges amb Al com a component principal

– Aliatges lleugers

– Es poden dividir en dos grans grups

● Lleugers per a fusió i emmotllament

● Lleugers per a forja o laminatge


● Aliatges lleugers (II)

– Lleugers per a fusió i emmotllament– Lleugers per a fusió i emmotllament

● Blocs de motors

● Pistons en motors d'explosió

● Perfils de marcs de finestres i portes

● Estris de cuina

– Lleugers per a forja o laminatge– Lleugers per a forja o laminatge

● Construcció aeronàutica i naval

● Perfils laminats per a estructures metàl·liques


● Aliatges lleugers (III)

– Amb Cu (<15%)– Amb Cu (<15%)

● Augmenta duresa i resistència mecànica

– Amb Si (5% a 20%)

● Augmenta resistència a la corrosió i duresa

● Millora emmotllament però empitjora mecanitzat

– Amb Zn (<20%)– Amb Zn (<20%)

● Com Cu, però més barat

● Baixa resistència a corrosió, augmenta la densitat

– Amb Mg (<10%)

● Millora props. mecàniques, resistència a corrosió i mecanitzat


● Aliatges lleugers (IV)

– Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%)– Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%)

● Augmenten duresa, resistència mecànica i resistència a la

corrosió

UD 08. Altres metallsUD 08. Altres metalls

● Establir connexions lògiques:

– Mg

● Forma aliatges ultralleugers (amb Al, Zn i Mn)

– Peces estructurals a indústria aeronàutica (baixa inèrcia)

– Pb

● Alta densitat, resistent a la corrosió, baixa resistència

– Barreres RX i gamma

– Revestiment de dipòsits– Revestiment de dipòsits

– Zn

● Resistent a corrosió, poc resistent als esforços

– Zincatge de l'acer: protegim de corrosió

UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia

● També anomenada metal·lúrgia de les pólvores

● Tècnica amb l'objectiu de● Tècnica amb l'objectiu de

– Obtenir o donar forma a materials metàl·lics

● Que fonen a T molt elevades

● Que tenen duresa extrema

● D'altres que fan inviable el mètode tradicional d'obtenció o

conformacióconformació

● L'apliquem

– Fabricació d'objectes refractaris

● Implicaria molta energia (alta T de fusió)


● L'apliquem (II)

– Fabricació d'objectes amb materials molt purs– Fabricació d'objectes amb materials molt purs

● De composició molt precisa

– Permet un millor control d'impureses

– Fabricar peces amb materials difícils d'emmotllar, forjar o

mecanitzar

– Fabricar a partir de carburs metàl·lics d'eines de tall ràpid– Fabricar a partir de carburs metàl·lics d'eines de tall ràpid

● Torns, fresadores, fileres...

– Fabricació de peces poroses

● Filtres o coixinets autolubrificants


● Fases

– Obtenció de les pólvores– Obtenció de les pólvores

● La matèria primera de la pulverimetal·lúrgia: pólvores de

metalls purs

– Carburs metàl·lics, aliatges

– També ceràmiques (no metàl·lic)

● Tenim processos mecànics i físics i químics

– Mecànics: polvorització, atomització– Mecànics: polvorització, atomització

– FiQ: reducció d'òxids, electròlisi, descomposició tèrmica, condensació

● Reducció: Obtenim partícules petites de l'òxid desitjat

● Més fràgils que el metall pur (les puc esmicolar)

● Després reduïm amb H2

gas

● Ja tenim metall pur (en pólvora)


● Fases (II)

– CompressióCompressió

● Pólvores introduïdes en motlle amb forma final

● Emprem premses hidràuliques (P fins a 106 N/mm2)

● Les partícules del material entren en contacte: enllaços

superficials

● Similar a soldadura en fred

Sinterització– Sinterització

● Augmentem cohesió i tenacitat de les peces

● S'introdueixen en forn a T elevades

● Afavorim unió entre àtoms

● T elevades, però inferiors a fusió. Temps: 15' a 2h


● Avantatges del procés

– Estalvi energètic– Estalvi energètic

● Treballem a T < T fusió

– Procés compacte

● Obtenim peces amb forma definitiva sense intermedis

– Minimització d'scrap (mermes)

● Aprofitem tot el material● Aprofitem tot el material

– Estalvi de MMPP i productes)

– Molt important especialment amb materials cars

Documents

Tema 8 Els metalls no fèrrics