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metales no ferreos - Contenido educativo
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Este es el último vídeo del capítulo de materiales y en él vamos a hablar sobre los
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materiales metálicos no férreos. Os recuerdo que en gotas excepciones en el mundo tecnológico
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se utiliza el metal puro, se utilizan aleaciones que pueden ser o sustitucionales o intersticiales
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como hemos visto en el capítulo anterior y que dependiendo de las condiciones de enfriamiento
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y calentamiento pues se pueden modificar sus propiedades en sí. Entonces aquí pues vamos
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a ver otras aleaciones metálicas cuyo disolvente no es el hierro y que son muy conocidas por
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sus aplicaciones dentro de nuestra sociedad actual. Lo que también es cierto es que las
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menas de los metales cada vez escasean más y bueno pues la tendencia actual es intentar
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reciclar lo más posible porque pues las menas ya prácticamente muchas de ellas están agotadas
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por ejemplo las de cobre están agotadas prácticamente todas. Vamos a seguir más o menos este índice
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vamos a hablar un poco en general de lo que es la metalurgia en general aunque evidentemente
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pues no se puede resumir en 20 minutos. Después vamos a intentar puntualizar algo sobre el cobre
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y aluminio que son los dos que tienen más importancia después de las aleaciones de hierro
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después de los aceros y bueno pues después haremos un pequeño comentario sobre otros metales.
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Bueno, las aleaciones no férreas se pueden clasificar atendiendo su densidad en pesadas
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y ligeras. ¿Dónde está el límite? Pues el límite suele ser la densidad del titanio. El
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titanio diferencia entre lo que es una aleación pesada si es más denso que el titanio o ligera
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si es igual o menos denso que el titanio. Hablamos de aproximadamente 2 gramos por litro o 2 gramos
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por centímetro cúbico más o menos por ese orden es la densidad. Entonces para las aleaciones más
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pesadas pues aquí hemos puesto como ejemplo el cobre es el que más destaca y está también pues
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el estaño y el plomo que tiene algunas aplicaciones muy puntuales por ejemplo para las hojalatas en la
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soldadura blanda, el níquel que es fundamental el cromo y el níquel son fundamentales para la
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industria de los aceros inoxidables, el volframio que es un material metal muy utilizado por ejemplo
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pues para las bombillas y para aplicaciones refractarias, resistencia a temperatura y luego
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dentro de las ligeras aparte del propio titanio pues está el aluminio que se utiliza mucho para
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fuselajes por sus buenas propiedades mecánicas y su buena combinación de propiedades mecánicas
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con densidad aunque eso está cambiando porque los materiales compuestos están compitiendo con el
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aluminio y además pues el aluminio cada vez es más caro porque la bauxita escasea más y
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además el procedimiento de obtención de aluminio es muy complejo como veremos a continuación y luego
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aleaciones súper super ligeras como las aleaciones de lítio y magnesio que esas también pues están
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siendo sustituidas por estos productos compuestos, estos materiales compuestos pues precisamente
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por el precio y por la escasez de estas materias primas.
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Claro, a ver, las aleaciones metálicas tienen que obtenerse, en la naturaleza los metales no existen como tal
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sino que existen combinados, combinados fumando minerales y esto sí pues ya sabemos por lo que
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hemos comentado se puede encontrar una concentración mayor o menor, la concentración es la ley,
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tiene unas leyes mínimas para que sean económicamente rentable la explotación de una mina,
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en cualquier caso teniendo en cuenta los procesos que hay de obtención de materiales pues no todas
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las los minerales existen, por ejemplo la pirita es un mineral, eso es puro de hierro que existe en
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la naturaleza sin embargo la pirita no se utiliza para obtener aceros como hemos visto en el capítulo
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anterior, sí se utiliza para obtener ácido sulfúrico pero no para obtener aceros, piritas hay muchas en
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la naturaleza, hay muchos materiales que se combinan con el azufre, uno en concreto es el cobre, el
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cobre se encuentra en la naturaleza en forma de calcopirita, la calcopirita es un sulfuro de
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cobre hierro, cada vez más escaso, la galena también es un sulfuro de plomo, las egipcias la
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utilizaban como sombra de ojos, el mercurio se obtiene en forma de cinabrio, el cinabrio es la
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mena del mercurio, el zinc se obtiene de la blenda y el aluminio se obtiene de la bauxita y bueno pues
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esos son las principales menas de los principales materiales, de los principales
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materiales metálicos, cada una tiene la suya.
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Bueno, está claro que ese mineral hay que triturarle, que concentrarle por procedimientos
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de flotación u otra serie de procedimientos y al final pues habrá que reducir el mineral
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para obtener el metal. ¿Cómo se hace esto? Bueno pues si tenemos suficiente cantidad de mineral
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se puede proceder a una descomposición por calor, cuando los óxidos se calientan suficientemente
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se llegan a descomponer incluso, pero si esto no es factible, si no es descomposición por propio
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calor pues podemos utilizar algún componente reductor que como en el caso del hierro suele
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ser el coco, por ejemplo el plomo se obtiene de esta manera en altos hornos iguales que a los
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altos hornos que hemos visto para el arrabio. Si las menas tienen una ley baja, son poco
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concentradas, pues generalmente se procede a lo que se conoce con el nombre de la hidrometalogía.
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¿Qué se hace? Bueno pues si la mena en sí no es muy soluble en agua pues se la convierte en algún
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tipo de sulfato, se le hace una tostación sulfatante, entonces es regada con disoluciones
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que son ligeramente ácidas y que lo que hacen es lixiviar, disolver a partir de ese mineral,
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disolver el metal. En este proceso de disolución hoy en día se utilizan mucho agentes biológicos
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que son las sulfobacterias, las sulfoferrobacterias, que bueno pues hay un tipo de bacterias muy
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primitivas que usan materiales inorgánicos y bueno por ejemplo se comen hierro, se comen el azufre y
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eso pues nos viene muy bien. Obtenemos una disolución evidentemente del metal pero como
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podéis imaginar pues tiene muchísimas impurezas. Hay que proceder a concentrarla y eliminar todas
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esas impurezas para al final precipitar a partir de esa disolución el metal. Aún así sale muy sucio,
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entonces para determinadas aplicaciones hay que proceder al afino y la mayor parte de los afinos
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son afinos de tipo electrolítico, es decir, lo que hacemos es colocar el elemento impuro en una
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cuba electrolítica mediante la corriente eléctrica. Hacemos que ese metal impuro, ese metal que está
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con una concentración, la que sea, se vaya disolviendo y se re-precipite pero esta vez en
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estado puro en una cuba electrolítica y ya con un alto grado de pureza. Este suele ser el
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procedimiento típico de la industria hidrometalógica.
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Los procedimientos de afino como hemos visto aquí pues tenemos, volvemos otra vez al tema
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de la electrólisis que es la que tenemos aquí, entonces el cobre con impurezas se oxida, las
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impurezas quedan en lo que se llaman los garros anódicos y se re-precipita en el electrolítico,
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en el cátodo y ya eliminando todas las impurezas. Otro procedimiento por ejemplo también de afino
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que se utiliza por ejemplo para el silicio es lo que se conoce como la fusión por zonas.
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Las impurezas no son igualmente solubles en el líquido que en el sólido y se utiliza esta
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diferencia de solubilidad para conseguir concentrar las impurezas en la cabeza y en la cola de una
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determinada barra. De tal manera que en el centro nos va a quedar el metal puro y es otro
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procedimiento que también se utiliza de afino en la metalurgia. Bueno vamos entonces ya a fijarnos
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en un caso concreto muy útil todavía con muchísimas aplicaciones dentro de la tecnología que es el
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cobre. La mena del cobre como hemos dicho al principio es la calcopirita. La calcopirita
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tiene cobre y hierro. Si yo cojo esa calcopirita y la fundo el cobre tiene una tendencia a disolverse
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en el azufre mientras que el hierro tiene más tendencia a disolverse en el oxígeno y por esa
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razón simplemente por el procedimiento de fusión obtengo distintas capas al fundir y una de ellas
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que es la rica en azufre es la que va a ser rica en cobre y eso nos va a permitir separar el cobre
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del hierro porque el proceso realmente es difícil separar el cobre del hierro. Solo conseguimos
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separarlo pues de esta manera y una vez que ya tenemos la mata de cobre después el cobre se
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puede eliminar el azufre que hay en esa mata insuflando oxígeno. El exceso de oxígeno hay que
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eliminarlo con madera verde que tiene una cierta cantidad de monóxido de carbono y que no se
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oxide y aún así pues todavía tenemos problemas. Hoy en día las menas de cobre lo que sí es cierto
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es que son pobres y para que el proceso pirometalógico sea económicamente rentable se
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necesitan menas ricas porque la cantidad de energía que se necesita para fundir el cobre y los cobres y
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los hierros y obtener las matas es muy grande. Por eso es más común que el cobre hoy en día se
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obtenga mediante un proceso hidrometalógico. Se tuesta la calcopirita, se obtiene sulfato de cobre,
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sulfato de cobre es muy soluble en agua, entonces regándolo con una solución ligeramente ácida se
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consigue elixir ya del cobre y después se procede a un procedimiento de purificación. Una forma de
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purificar es utilizando lo que se llaman las resinas intercambiadoras de Iones. Estas resinas
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intercambiadoras de Iones van a permitir por ejemplo purificar este tipo de disoluciones.
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Después a partir de esa disolución, que ya es una disolución limpia, se puede proceder a una
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cementación o una electrolisis en la cual ya se va a obtener el cobre. Si no tiene suficiente
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grado de pureza se le da una última electrolisis de afino. Las aplicaciones del cobre son muchas,
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están interrelacionadas con las aleaciones más importantes del cobre. El cobre puro como tal,
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luego lo mencionaremos, se utiliza sobre todo en la industria eléctrica como conductor. Pero el
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cobre se suele alear con otros materiales, sobre todo por ejemplo con estaño. Cuando se alea con
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otros materiales se habla de bronces. El bronce más utilizado es el estaño. Las aleaciones de
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cobre y estaño, que son los bronces, son muy utilizadas sobre todo en el mundo de la calderería.
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También se puede alear con zinc, obteniendo latones. Los latones también se utilizan
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dentro del mundo de la calderería porque tienen mejores propiedades anticorrosión y dependen
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determinadas concentraciones. Sobre todo el de 40% es muy utilizado. Puede ser monofásico y fásico
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y también como elemento decorativo. Teniendo en cuenta la poca cantidad de nenas de cobre que
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tenemos, las leyes de las nenas de cobre, pues dentro de poco el cobre va a ser como la plata,
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un elemento de joyería porque va a haber muy poco cobre. Aún así todavía, por ejemplo,
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hay aleaciones de cobre, cobre-níquel, que se utilizan para acuñar monedas. Por ejemplo,
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en el acuñado de monedas también es muy utilizado. La calderería y como conductor
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eléctrico, esas son sus principales aplicaciones.
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El aluminio se encuentra en la naturaleza en forma de ausita. La ausita es un óxido de aluminio
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y es súper estable, es decir, la posibilidad que tendríamos de reducir la lúmina
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con un coc es muy remota, porque necesitaría muchísima energía, es prácticamente imposible.
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Entonces hay que utilizar otro procedimiento. Y ese procedimiento es una electrólisis ícnea,
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en estado de sal fundida. Para ello, pues necesitamos el electrolito y evidentemente
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lo que se procede a la lúmina es un producto anfotero, es decir, se solubiliza tanto en
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ácidos como en alcalis. Lo que se hace es una solubilización de la lúmina en un alcalí,
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en este caso la sosa, y se genera una sal, un aluminato que se conoce con el nombre de
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criolita. Esa criolita es la que se va a descomponer en estado fundido y para ello
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pues se emplean lo que vemos aquí, electrodos de grafito. Entonces al descomponer la criolita
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se obtiene el aluminio, que luego puede ser afinado, etcétera, etcétera.
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Al igual que el cobre puro también es muy utilizado, bueno, muy utilizado, es utilizado
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como tal, tanto por la industria eléctrica como para hacer perfiles, por sus buenas propiedades
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de anticorrosión, porque es epasiva, y por su baja densidad. Pero además el aluminio es susceptible
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en estado aleado de ser endurecido por el procedimiento denominado precipitación
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envejecimiento, que consiste en, pues en la matriz de aluminio por así decirlo, hacer
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precipitar una segunda fase, y esa segunda frase cuando es coherente con la matriz,
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ancla las dislocaciones y endurece la aleación. Hay dos elementos que permiten esto, los
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duraluminios y los aluminios. El proceso este de envejecimiento por endurecimiento, por precipitación,
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fue descubierto en los duraluminios, porque ahí se da de forma prácticamente espontánea, no
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necesitamos hacer ni siquiera tratamiento técnico. Como vemos en el diagrama aluminio-cobre,
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hay un eutéctico, entonces si nosotros vamos enfriando, se segrega una primera fase pre-eutéctica
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y llegará un momento en que empezaremos a precipitar la segunda fase. Cuando esta es
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coherente con la matriz es cuando produce ese efecto de anclaje, y cuando ya deja de ser
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coherente, pues entonces está sobre envejecida, pero aún así se da un endurecimiento por dispersión.
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En el caso del aluminio y el silicio, en el caso de los alumines, sí necesita tratamiento
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térmico, no es espontáneo, pero también las propiedades mecánicas son mejores. El
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endurecimiento por precipitación es más estable, se produce peor el envejecimiento.
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El aluminio, pues aparte de calderería y en la industria eléctrica, porque también
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tiene muy buenas propiedades como conductor eléctrico, se utiliza para fuselajes en la
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industria del transporte. La relación resistencia-densidad es muy buena y el principal
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consumidor es la industria aeronáutica. El problema que tiene el aluminio es que no se suelda, porque
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claro, como tiene esa alúmina, la sueldadura de aluminio es poco factible, pero sí se remacha,
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o sea, las uniones de aluminio son por remachado y son bastante buenas y bastante estables.
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Entonces, todavía, aunque los materiales compuestos están ahí compitiendo ya con
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el aluminio, todavía las estructuras principalmente de fuselajes se hacen con aluminio.
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Otros, bueno, uno muy interesante es el titanio. Lo que pasa es que el titanio escasea en la
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naturaleza, pero desde el punto de vista científico es buenísimo. En la naturaleza existe en forma de
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rutilo y le pasa un poco lo que a la alumina es difícil de reducir. Entonces, ¿qué es lo que se
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hace? Pues se le pasa a cloruro, tenemos el tetracloruro de titanio y eso ya se descompone
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térmicamente más sencillamente. También se pasiva como el aluminio, con lo cual las propiedades
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anticorrosivas son buenísimas. La densidad es muy buena, tan buena que ha sido mejor que el aluminio,
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y también es susceptible de ser endurecido por precipitación. Es incluso tiene mejores propiedades
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que el aluminio y mejor relación resistencia mecánica-densidad. ¿Cuál es el problema del
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titanio entonces? ¿Por qué no se utiliza? ¿Por qué se utiliza el aluminio en el titanio? Pues porque el
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titanio es caro, bastante caro, y aunque se hacen algunas piezas de titanio, la verdad es que es un
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material estratégico, como el golfram, y escasea mucho en la naturaleza, y bueno, es carito. Entonces,
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pues solamente se justifica su uso en casos muy concretos. El plomo, ya hemos hablado de que las
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egipcias usaban la galena como sombra de ojos, se obtiene de la galena, la galena se tuesta y después
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se reduce en un horno de cuba, igual que en el caso del acero. El plomo es muy blando, muy maleable, y por eso
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muchas veces se utiliza, por eso precisamente, porque se deforma muy fácilmente, tiene gran plasticidad.
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Antes se utilizaba en tuberías y para hacer baterías de coches, pero el plomo tiene un gran problema y es
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que es tóxico, da lugar a saturnismo. Entonces, pues las tuberías de plomo hoy en día no se utilizan demasiado,
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ya ha sido totalmente sustituido por el polipropileno y por el etileno reticulado. Aún así, todavía tiene
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aplicaciones en el campo de la soldadura blanca, blanda, perdón, y para, como blindaje, en el campo también de la
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industria del vidrio, para algunas pinturas y, sobre todo, para aislante nuclear. En la industria de los rayos X y en la
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industria nuclear se utiliza como aislante. Ahí es donde realmente tiene muy buenas aplicaciones y tiene importancia todavía hoy.
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Por poner otros metales, el estaño, que se obtiene de la casiterita, pues sabemos que es material de aporte a la soldadura blanda
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y también se utiliza como recubrimiento anticorrosivo en la ajalata, que se utiliza, recordemos, para las conservas.
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El zinc también lo tenemos en la blenda, también se obtiene por un proceso parecido al acero y, aunque no tiene muchísimas
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propiedades, su principal propiedad y su principal aplicación es en aceros galvanizados, un poco como el estaño, pues se utiliza como
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ánodo de sacrificio para proteger a los aceros. Y, bueno, pues podríamos hablar de otros muchos, el polframio, el uranio incluso.
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Vamos a dejar aquí por hoy y, bueno, pues si queréis algo más lo podéis buscar en internet, me lo podéis preguntar a mí o podéis esperar
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y hacer esta asignatura en la universidad.
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- Idioma/s:
- Autor/es:
- ISABEL LAFUENTE
- Subido por:
- Isabel L.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial
- Visualizaciones:
- 57
- Fecha:
- 6 de noviembre de 2023 - 18:08
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES JOSÉ GARCÍA NIETO
- Duración:
- 24′ 02″
- Relación de aspecto:
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