ALIATGES NO FERROSOS: ESTRUCTURA, PROPIETATS, USOS, EXEMPLES - QUIMICA - 2025

Les aliatges no ferrosos són aquelles que no posseeixen en la seva composició el metall ferro. Per tant, no consisteix en cap dels tipus d'acers, i la seva base principal pot ser la de qualsevol altre element metàl·lic; com ara alumini, plata, coure, beril·li, magnesi, titani, etc.

A diferència dels densos acers, ideals per al suport metàl·lic de les edificacions i els cables dels ponts, els aliatges ferrosos solen ser més lleugeres i resistents a la corrosió. D'aquí a que el nombre de les seves aplicacions augmenti exponencialment, cadascuna demandant un tipus d'aliatge específica, amb una composició metàl·lica exacta.

Escultura de bronze: un exemple d'un aliatge no ferrosa. Font: Pixabay.

Unes de les aliatges no ferrosos més antigues i conegudes de la història són el bronze i el llautó. Ambdues tenen per base metàl·lica el coure, amb la diferència que en el bronze es barreja predominantment amb estany, i en el llautó amb zinc. Depenent de les seves combinacions i composició poden sorgir bronzes i llautons amb àmplies propietats.

I endinsant-se en el present modern, els aliatges que integren els dispositius electrònics són en essència no ferrosos. Així mateix, la carcassa dels vehicles i aeronaus més sofisticades està fet d'aquests aliatges, per conferir-resistència a el menor pes possible.

Estructures dels aliatges no ferrosos

Cada metall presenta les seves pròpies estructures cristal·lines, les quals poden ser de el tipus hcp (hexagonal compacta), ccp (cúbica compacta) bcc (cúbica centrada en el cos), o altres.

A l'fondre i soldar en una solució sòlida que després cristal·litza, els àtoms de tots els metalls s'uneixen mitjançant l'enllaç metàl·lic, i les estructures resultants es sumen o canvien.

Per tant, cada aliatge a una determinada composició tindrà les seves pròpies estructures cristal·lines. És per això que per a estudiar-les, es recorre més aviat als termes de fases (denotades normalment com α i β), representats gràficament en un diagrama de fases en funció de variables com ara temperatura, pressió i composició.

A partir d'aquests diagrames de fase pot predir a quina temperatura fondrà (fase líquida) l'aliatge no ferrosa d'un sistema format per dos o més metalls, així com la naturalesa de les seves fases sòlides.

Suposem el parell plata-coure. Analitzant el seu diagrama de fase pot extreure informació física i estructural de les múltiples aliatges amb diferents combinacions de plata-coure (10% Ag i 90% Cu, 25% Ag i 75% Cu, etc.). Evidentment, els metalls han de ser solubles entre si perquè puguin cristal·litzar en un aliatge de manera homogènia.

propietats

Les propietats dels aliatges no ferrosos són molt diverses. Per als acers no és molt difícil generalitzar, ja que exhibeixen una sinergia de les propietats de l'ferro amb les de l'ferro-carboni, Fe-C. En canvi, les propietats dels aliatges no ferrosos depenen majoritàriament de la base metàl·lica.

Per exemple, si els aliatges són d'alumini o magnesi, tots dos metalls lleugers, és d'esperar que siguin lleugeres. Si el titani, un metall més dens, es barreja amb qualsevol altre metall lleuger, l'aliatge resultant hauria de ser una mica més lleugera i flexible.

Si se sap que el coure i l'or són bons conductors de la calor i l'electricitat, llavors els seus aliatges han d'oferir materials més econòmics, menys tous, i més resistents a treballs mecànics ia la corrosió.

De poder-se generalitzar totes les propietats i característiques aquest tipus d'aliatges s'hauria de són: menys denses, mecànicament més resistents en relació al seu pes, més inerts davant l'oxidació causada pel seu entorn, deformables, altament conductors de la calor i l'electricitat. Per la resta, hi ha les seves moltes excepcions.

usos

alumini

Són aliatges molt lleugeres, i per tant la seva estructura hauria de ser bcc (la menys compacta). Poden deformar per adquirir múltiples formes, com les llaunes, per emmagatzemar aliments i begudes.

Solen tenir alta resistència a la corrosió, però és inversament proporcional a la seva resistència mecànica, la qual augmenta a l'barrejar-se amb coure, magnesi o manganès. Les que tenen millors resistències mecàniques troben ús com a parts de la carrosseria d'automòbils, i per a peces d'avions.

titani

-Les aliatges de titani troben moltes aplicacions per al disseny de pròtesis d'ossos i, en general, aquest metall és altament compatible amb les matrius fisiològiques.

També s'usa com a parts de la carcassa i superfície de les aeronaus, vehicles, motocicletes, pals de golf, entre d'altres artefactes i objectes.

-Barrejat amb l'alumini s'ha utilitzat els seus aliatges en la construcció dels sostres de temples japonesos i de les pagodes, i en les estàtues dels seus dracs.

plata

-La seva aliatge amb el grafit (Ag-C) té baixa resistència elèctrica i s'usa per tant com a components dels interruptors dels circuits.

-Barrejat amb mercuri s'obté una amalgama amb 50% Hg i un menor percentatge de coure i estany, que s'utilitza en l'ompliment dels defectes dentals.

-La seva aliatge amb coure li atorga resistència tal que es crea amb ella discos de tall metàl·lics i serres.

-En les joieries s'utilitza en un aliatge de pal·ladi i platí, resistent a les raspadures i la pèrdua de la seva brillantor.

magnesi

Són més denses que l'alumini, però de la resta seves propietats són similars. Resisteixen bé les condicions atmosfèriques, de manera que s'han emprat per a la fabricació de parts d'automòbils, en caixes d'engranatges, rodes, míssils, en fi, en maquinària d'altes velocitats (així com també en bicicletes).

beril·li

-La seva aliatge Be-Cu s'utilitza per als components electrònics per a dispositius petits, com ara telèfons intel·ligents, iPads, rellotges de polsera, pastilles, etc.

-Les ceràmiques (barrejat amb gal·li, arsènic o indi), s'utilitzen en circuits electrònics d'alta densitat de corrent.

-En medicina, els aliatges de beril·li forgen molts dels seus instruments i dispositius, com els marcapassos, els escalpels de làser, escàners, la carcassa d'equip de ressonància magnètica nuclear, entre d'altres.

-També forja part dels armaments militars i nuclears, a més s'ha fet amb els aliatges de beril·li miralls per satèl·lits.

-Les eines forjades amb aquests aliatges no produeixen espurnes a l'sotmetre a altes friccions.

exemples

Alguns exemples específics d'aliatges no ferrosos són:

-Monel i Constantán, ambdues aliatges de níquel amb coure, però amb una composició de 2: 1 i 45% (55% de coure), respectivament.

-Cromel, la composició és de 90% de níquel i 10% de coure. S'usa com a part de el sistema elèctric de forns industrials, capaç de resistir elevades temperatures.

-Ti-6Al-4V, un aliatge de titani amb vanadi, alumini i altres metalls, especialment utilitzada amb fins biològics.

-Estelite, un aliatge de cobalt i crom.

-Magnalio, aliatge d'alumini amb un baix percentatge de magnesi (menor o igual a l'10%). Pràcticament són làmines d'alumini més resistents a la tracció i són més tenaços.

-Or blanc, la composició consisteix de 90% d'or amb 10% de qualsevol metall blanc, com la plata o el pal·ladi.

referències

1. Dr.C.Ergun. (Sf). Nonferrous Alloys.. Recuperat de: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. (2012). Non-Ferrous Structural Materials (Titanium, Aluminum).. Recuperat de: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso and LV da Silva (2012). Application of Magnesium Alloys in Transport, New Features on Magnesium Alloys, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Copper Development Association. (2018). Copper and Copper Alloys. Recuperat de: copperalliance.org.uk
5. Michael Oistacher. (07 de març del 2018). Silver Alloys and their Usis. Recuperat de: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (26 de setembre del 2018). BERYLLIUM Applications. Recuperat de: thebalance.com
7. Cosmolinux. (Sf). Activitats Diagrames de fases. Recuperat de: cosmolinux.no-ip.org