Fundamentos y Tecnología de Materiales_aec_tarea2

GRADO EN INGENIERA ELECTRNICA INDUSTRIAL Y AUTOMTICA

FUNDAMENTOS Y TECNOLOGA DE MATERIALES

2014-2015

ACTIVIDADES DE EVALUACIN CONTINUA. TAREA 2

ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

APLICACIONES EN EL SECTOR ELECTRNICO

MIGUEL NGEL RAMOS PREZ

GRADO EN INGENIERA ELECTRNICA INDUSTRIAL Y AUTOMTICA FUNDAMENTOS Y TECNOLOGA DE MATERIALES. AEC_TAREA 2

Pgina 2 de 12 MIGUEL NGEL RAMOS PREZ

NDICE

1 OBJETIVO .................................................................................................................................. 3

2 ALUMINIO. PROPIEDADES ........................................................................................................ 3

3 METALURGIA DEL ALUMINIO ................................................................................................... 4

3.1 PROCESO BAYER .................................................................................................................. 4

3.2 PROCESO HALL HEROULT .................................................................................................. 5

4 ALUMINIO. TIPOS DE ALEACIONES .......................................................................................... 7

4.1 ALUMINIOS LAMINADOS .................................................................................................... 8

4.1.1 SERIE 1xxx .................................................................................................................... 8

4.1.2 SERIE 2xxx .................................................................................................................... 8

4.1.3 SERIE 3xxx .................................................................................................................... 9

4.1.4 SERIE 4xxx .................................................................................................................... 9

4.1.5 SERIE 5xxx .................................................................................................................... 9

4.1.6 SERIE 6xxx .................................................................................................................... 9

4.1.7 SERIE 7xxx .................................................................................................................. 10

4.1.8 SERIE 8xxx .................................................................................................................. 10

4.2 FUNDICIONES DE ALUMINIO............................................................................................. 10

4.2.1 SERIE 1xx.x ................................................................................................................. 10

4.2.2 SERIE 2xx.x ................................................................................................................. 10

4.2.3 SERIE 3xx.x ................................................................................................................. 10

4.2.4 SERIE 4xx.x ................................................................................................................. 11

4.2.5 SERIE 5xx.x ................................................................................................................. 11

4.2.6 SERIE 7xx.x ................................................................................................................. 11

5 APLICACIONES ELECTROTCNICAS ......................................................................................... 11

5.1 SECTOR ELCTRICO ........................................................................................................... 11

5.2 SECTOR ELECTRNICO ...................................................................................................... 12

6 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 12

7 REFERENCIAS .......................................................................................................................... 12



1 OBJETIVO

Presentacin del aluminio, breve descripcin metalrgica de obtencin as como los tipos de aleaciones que constituye y como sus aplicaciones en electrotcnia.

2 ALUMINIO. PROPIEDADES

Es un elemento qumico metlico, de smbolo Al, nmero atmico 13, peso atmico 26,9815, que pertenece al grupo IIIA del sistema peridico. El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecnica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades tiles. Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fcil formacin para muchos procesos de metalistera; son fciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades fsicas, qumicas y metalrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso.

El aluminio es uno de los principales componentes de la corteza terrestre, de la que forma parte en una proporcin del 8,13%, superior a la del hierro, que se supone es de un 5%, y solamente superada entre los metales por el silicio (26,5%). El aluminio no se encuentra puro en la naturaleza, sino formando parte de los minerales, de los cuales los ms importantes son las bauxitas, que estn formadas por un 62-65% de almina (Al2O3), hasta un 28% de xido de hierro (Fe2O3), 12-30% de agua de hidratacin (H2O) y hasta un 8% de slice (SiO2).

Se halla ampliamente distribuido en las plantas y en casi todas las rocas, sobre todo en las gneas, que contienen aluminio en forma de minerales de alminosilicato. Cuando estos minerales se disuelven, segn las condiciones qumicas, es posible precipitar el aluminio en forma de arcillas minerales, hidrxidos de aluminio o ambos. En esas condiciones se forman las bauxitas que sirven de materia prima fundamental en la produccin de aluminio.

Visualmente presenta un tono plateado con una densidad de 2,70 g/cm3 a 20C. El que existe en la naturaleza consta de un solo istopo, 2713Al. El aluminio cristaliza en una estructura cbica centrada en las caras, con lados de longitud de 4,0495 angstroms. (0,40495 nanmetros).

El aluminio se conoce por su alta conductividad elctrica y trmica, lo mismo que por su gran reflectividad. La configuracin electrnica del elemento es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. El aluminio muestra una valencia de 3+ en todos sus compuestos, exceptuadas unas cuantas especies monovalentes y divalentes gaseosas a altas temperaturas. Es estable al aire y resistente a la corrosin por el agua de mar, a muchas soluciones acuosas y otros agentes qumicos. Esto se debe a la proteccin del metal por una capa impenetrable de xido. A una pureza superior al 99,95%, resiste el ataque de la mayor parte de los cidos, pero se disuelve en agua regia. Su capa de xido se disuelve en soluciones alcalinas y la corrosin es rpida.

Este material es anftero y puede reaccionar con cidos minerales para formar sales solubles con desprendimiento de hidrgeno. Especial precaucin debe presentarse al aluminio fundido, pues puede tener reacciones explosivas con el agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con contenedores hmedos.

A temperaturas altas, reduce muchos compuestos que contienen oxgeno, sobre todo los xidos metlicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales y aleaciones.



3 METALURGIA DEL ALUMINIO

La bauxita (principal mena del aluminio) se extrae por laboreo a cielo abierto. Los minerales ms ricos se utilizan tal como se extraen. Los de baja ley pueden beneficiarse mediante machaqueo y lavado para eliminar la arcilla y la slice estriles. La produccin del metal comprende dos etapas bsicas:

- Afino. Produccin de almina a partir de la bauxita por el proceso Bayer, en el cual la bauxita es digerida a alta temperatura y presin en una solucin concentrada de sosa custica. El hidrato resultante se cristaliza y calcina para obtener el xido en un horno de calcinacin de lecho fluido.

- Reduccin. Reduccin de la almina a aluminio virgen mediante el proceso electroltico de Hall-Heroult, utilizando electrodos de carbn y fundente de criolita.

3.1 PROCESO BAYER

El proceso Bayer es el principal mtodo industrial para producir almina (es un material de color blanco tiza de consistencia similar a la arena fina) a partir de bauxita (principal mena del aluminio). Aunque las condiciones del proceso son influenciadas por el tipo de bauxita usada, hay 5 etapas principales en todas las plantas.

1. PREPARACIN DE LA BAUXITA

El primer paso en la planta de almina es la reduccin del tamao de partcula de la bauxita, para incrementar la superficie de reaccin y facilitar su manejo, se realiza a travs de una trituracin a partir de diferentes equipos de mandbulas, de rodillos, de martillos y de impactos.

2. DIGESTIN

Se aade sobre la bauxita hidrxido sdico, que estar a 180C y altas presiones para formar as una solucin enriquecida en aluminato sdico, de acuerdo a las reacciones siguientes:

1. Para el monohidrato (Proceso Bayer Europeo):

(Al2O3 H2O + impurezas) + 2NaOH 2NaAlO2 + 2H2O + lodos rojos

2. Para el trihidrato (Proceso Bayer Americano):

(Al2O3 3H2O + impurezas) + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2O + lodos rojos

3. De forma general:

(Al2O3 x H2O) + 2NaOH 2NaAlO2 + (x+1) H2O

3. DILUCIN Y SEPARACIN DE RESIDUOS

Al final de la digestin, la suspensin que abandona el ltimo digestor conteniendo la solucin de aluminato, arenas y lodos rojos (partculas finas), est a una temperatura por encima de su punto de ebullicin a presin atmosfrica, de manera que es pasada a travs de un sistema de enfriamiento por expansin en el cual ocurre una despresurizacin en forma escalonada hasta la presin atmosfrica y una disminucin de la temperatura hasta aproximadamente 105-100C. El vapor generado es enviado a los intercambiadores de calor para calentar el licor fuerte suministrado a las reas de digestin y molienda.

Este proceso se lleva a cabo en tres etapas:

a) Desarenado. Donde la pulpa que proviene de la digestin se somete a la separacin de los lodos y arenas que contiene. Las arenas separadas en la operacin anterior son pasadas a travs de clasificadores helicoidales de



deslicorizacin y posteriormente lavadas. En cuanto a los lodos son enviados a tanques almacenadores para la alimentacin de los espesadores. Es en estos tanques, donde se adiciona el agente floculante que va a facilitar el proceso de sedimentacin en los espesadores.

b) Sedimentacin, lavado y deshecho de lodos rojos. La sedimentacin se lleva a cabo en tanques espesadores, y el lodo rojo depositado en el fondo de stos, es removido continuamente por un sistema de rastrilleo. Este lodo rojo saliente por la parte inferior de los espesadores, es lavado con el fin de recuperar la solucin castica y el licor que contiene almina disuelta, producindose simultneamente un lodo que ha de ser desechado, mientras que el agua de lavado es enviada al rea disolucin.

c) Filtracin de seguridad. Las partculas finas en suspensin deben ser separadas, de lo contrario contaminaran el producto, y ello es logrado mediante una filtracin de seguridad. El proceso se realiza por medio de filtros a presin "Kelly". Una vez que la solucin pase a travs de esta filtracin, es enviada a una seccin de enfriamiento por expansin instantnea, donde se le confiere al licor la temperatura requerida para la precipitacin 50 70C, segn el tipo de proceso Bayer Europeo o Americano respectivamente.

4. PRECIPITACIN

A pesar de bajar la temperatura del licor, es difcil que se produzca una precipitacin espontnea. Se precisa de siembra de cristales de hidrato, generalmente fino y en cantidad controlada, De esta manera, se puede conseguir la granulometra deseada. La reaccin de precipitacin es la siguiente:

Al(OH)4- + Na+ Al(OH)3 + OH

- + Na+

5. CALCINACIN

El hidrato lavado se somete a secado y calcinacin. El secado se consigue aprovechando los gases calientes del calcinador y, una vez seco el mismo, se pone en contacto a alta temperatura (900-1200C) en un horno. De esta forma se obtiene el producto final, la almina (Al2O3). La reaccin es la siguiente:

2Al(OH)3 + Q Al2O3 + 3H2O

3.2 PROCESO HALL HEROULT

Por la qumica del aluminio, el medio electroltico no puede ser agua; de hecho, casi toda la produccin comercial del aluminio durante los ltimos 90 aos ha sido un medio de criolita fundida, Na3AlF6

Los pasos que siguen en la produccin de aluminio metlico son:

1. Se instala o se reemplaza el recubrimiento de la celda. 2. Se manufacturan los nodos de carbono y se usan en la celda. 3. Se prepara el bao de criolita y se controla su composicin 4. Se disuelve la almina en el bao de criolita fundida 5. La solucin de aluminio en la criolita fundida es electrolizada para formar aluminio

metlico, que sirve como ctodo. 6. El electrodo de carbono es oxidado por el oxgeno liberado 7. El aluminio fundido se extrae de las celdas, aleado (si se desea), fundido en lingotes y

enfriado.

Las celdas electrolticas son contenedores gigantes de acero en forma de caja. Dentro de cada uno hay un compartimiento catdico recubierto con una mezcla apisonada de brea y



carbn de antracita o coque, cocida ah mismo por el paso de la corriente elctrica, o con bloques catdicos precocidos pegados unos con otros. Esta cavidad del compartimiento catdico puede tener entre 30 y 50 cm. De profundidad, y hasta 3 de ancho 9 de largo, dependiendo del tipo de celda y de la carga para la que fue diseada. El espesor del recubrimiento de la cavidad vara entre 15 y 25 cm en los lados, y entre 26 y 46 en el fondo, El aislamiento trmico, que consiste en ladrillos refractarios, bloques de asbesto, u otros materiales semejantes, se coloca entre el recubrimiento de la cavidad y la celda de acero. En el rea del fondo del recubrimiento de la cavidad se empotran unas barras grandes, de acero, que sirven como colectores de corriente catdica, y continan hacia fuera a travs de unas aberturas en la coraza para conectarse con la barra del ctodo. Los recubrimientos de las celdas duran entre 2 y 4 aos. Cuando ocurre una falla, por lo general es el resultado de la penetracin del metal hacia los colectores catdicos, a los que disuelve, o de la penetracin de metal hacia fuera de la coraza de acero, donde se escapa alrededor de los colectores. Todo el recubrimiento, el aislamiento y el conjunto colector, se reemplazan entonces. El nuevo recubrimiento de la celda constituye una parte apreciable de los gastos de produccin, e incluye no slo el costo de mano de obra, los colectores, el recubrimiento y los materiales aislantes, sino tambin la prdida de materiales del electrolito, absorbidos por el recubrimiento gastado.

En el proceso Hall-Heroult se utilizan dos tipos de celdas, las que tienen nodos mltiples precocidos, y las de nodos autococidos o nodo Soderberg. En ambos tipos, los nodos estn suspendidos en una superestructura que se extiende sobre la cavidad de la celda, y estn conectados a una barra colectora nodica mvil, de modo que se puede ajustar su posicin vertical. Los bloques de nodos precocidos se fabrican a partir de una mezcla de coque de petrleo de baja ceniza, calcinado, y al alquitrn o brea; se forman en prensas hidrulicas y se cuecen hasta 1100C.

Las celdas andicas de Soderberg tienen un solo nodo grande que ocupa la mayor parte de la cavidad de celda. El nodo est encerrado en una caja de acero, abierta con lados verticales a travs de los cuales se sumerge en el electrolito. Normalmente, la distancia nodo- ctodo es de ms o menos 5 cm. El electrolito fundido consiste principalmente en criolita (3NaF AlF3) adems de algn exceso de AlF3 de 6 a 10 % en peso, de CaF2 y de 2 a 6 % de Al2O3.

El control de la composicin del electrolito es una operacin importante en el proceso de produccin del aluminio. Ya que el punto de fusin de la criolita pura es de 1009C, el electrolito contiene espatoflor (caf2) y algo de AlF3 en exceso y, junto con la almina disuelta, reduce la temperatura de fusin lo suficiente para permitir que las celdas se operen en el intervalo de 940 a 980C. El exceso de AlF3 mejora tambin la eficiencia de la celda. La relacin en peso de NaF/AlF3 en la criolita es de 1,50; el exceso de AlF3 en el electrolito se ajusta para tener una relacin NaF/AlF3 en el intervalo 1,10 a 1,40. en las primeras semanas despus de que se ha puesto en operacin una celda recin recubierta, el electrolito se absorbe rpidamente en el recubrimiento y en el aislante, con marcada absorcin preferente de una porcin con alto contenido de sodio, que tiende al reducir la relacin NaF/AlF3 por debajo de lo deseado.



Esto se compensa aadiendo un material alcalino como carbonato de sodio:

3Na2CO3 + 4AlF3 2(3Na x AlF3) + Al2O3 + 3CO2

Despus de las primeras semanas de operacin de las celdas, el electrolito tiende a agotarse en AlF3, por la reaccin con la sosa custica residual en la almina y por la hidrlisis a partir del aire o de materiales aadidos:

3Na2O + 4AlF4 2(3NaF x AlF3) + Al2O3

3H2O + 2AlF3 Al2O3 + 6HF

Los fluoruros volatilizados y el cido fluorhdrico gaseoso se colectan, junto con otros gases desprendidos de las celdas, por medio de campanas colectoras de gas, o bien se hacen pasar por mltiples a lo largo de los ductos, hacia las instalaciones centrales de tratamiento de y de recuperacin. Los lavadores secos recuperan partculas y hacen reaccionar el HF con Al2O3, lo que se alimenta entonces a la celda. Las prdidas en el electrolito requieren adiciones peridicas de AlF3 para mantener la composicin deseada. El pequeo porcentaje de cal que aparece normalmente como impurezas en la almina basta para mantener la concentracin deseada de espatoflor a travs de la reaccin:

3CaO + 2AlF3 3CaF2 + Al2O3

Durante la operacin de la celda se forma una costra congelada en la superficie del bao fundido. Se le aade almina encima de la costra, en donde se precalienta y elimina su agua absorbida mecnicamente. La costra se rompe peridicamente y la almina se agita dentro del bao para mantener una concentracin de 2 a6 %. El requerimiento terico es 1,89 Kg. Por Kg. de aluminio; en la prctica el nmero real es aproximadamente 1.91. Cuando se agota la almina en el bao, ocurre el llamado efecto de nodo en el cual se forma una pelcula delgada de tetrafluoruro de carbono sobre el nodo, de modo que el bao ya no moja su superficie, causando una abrupta elevacin en el voltaje de la celda, lo que se inicia por una lmpara de seales o una campana derivada a travs de la celda y que no opera con el voltaje normal de la celda. Cuando esto sucede se agita la almina dentro de la celda, aunque el tiempo no coincida con la adicin rutinaria peridica de la almina, en el proceso de electrlisis as como el voltaje de la celda, vuelven a la normalidad. Es todava incierto el mecanismo real, mediante el cual se disuelve la almina en el bao fundido y se descompone electroqumicamente. Los resultados finales son la liberacin de oxgeno en el nodo y el depsito de aluminio en el ctodo. l oxigeno se combina con el nodo de carbono para formar CO y CO2, predominando el CO2.

4 ALUMINIO. TIPOS DE ALEACIONES

Las aleaciones de aluminio son obtenidas a partir de la combinacin de este metal con otros elementos (cobre, magnesio, zinc, silicio, manganeso, etc.) que mejoran sus propiedades mecnicas, pues al ser este un material maleable y dctil, necesita mejorar su resistencia mecnica y en algunas aplicaciones optimizar aspectos como la dureza. En la industria tambin son conocidas como aleaciones ligeras, debido a que tiene una densidad mucho menor comparado con el acero (aproximadamente es la tercera parte de la densidad del acero).



Existen ms de 300 aleaciones de aluminio registradas y otras que en la actualidad estn siendo desarrolladas para nuevas aplicaciones. Tal es el caso de la aleacin aluminio y litio (AL-Li) que en los ltimos aos ha sido objeto de estudio y de la cual se ha descubierto, adems de las propiedades de resistencia mecnica, una baja densidad de tan solo 2,55 g/cm3 (aleacin 8090), mientras que el cobre (Cu), alcanza 8,93 g/cm3; el Acero, 7,83 g/cm3 y el Titanio (Ti), 4,51 g/cm3.

Las aleaciones de aluminio se clasifican en dos grupos, dependiendo del proceso de fabricacin: aluminios laminados y fundiciones de aluminio. Aunque se nombran, serie mil, dos mil, tres mil, etc., para designar el grupo general se incluyen tres equis correspondientes a los siguientes nmeros de cada aleacin (ver tabla 1 y 2).

4.1 ALUMINIOS LAMINADOS

4.1.1 SERIE 1xxx

Contiene aluminio en un 99,00% y es utilizado en muchas aplicaciones, especialmente en los campos elctricos y qumicos. Este alto grado de pureza en el aluminio le confiere como principal caracterstica una excelente resistencia a la corrosin, alta conductividad trmica y elctrica y aunque tiene bajas propiedades mecnicas, goza de muy buena maleabilidad. La presencia de hierro y silicio, son las impurezas ms frecuentes. El campo ms comn de estas aleaciones son las aplicaciones tipo decorativas, empaques de lujo (para cosmticos, perfumes, etc.) y para la fabricacin de condensadores electroqumicos, entre otros.

4.1.2 SERIE 2xxx

El cobre es el principal elemento presente en este tipo de aleacin (Al-Cu), el cual generalmente se mezcla con magnesio, pero como una adicin secundaria. La serie 2xxx requiere de un tratamiento trmico de solucin para obtener propiedades ptimas; de hecho, en condiciones de solubilidad, este tipo de aleaciones muestran propiedades mecnicas simila-res y, en algunos casos, superiores a las del acero al carbono.

Cuando estas aleaciones se someten a tratamientos de precipitacin (envejecimiento), aumenta la resistencia a la fluencia con la consiguiente prdida de elongacin y aumento de fragilidad.

Las aleaciones de la serie 2xxx no alcanza tan buena resistencia a la corrosin como en otros casos. Por tal razn, en forma de hojas, el material est revestido con aluminio de alta pureza, aleacin de magnesio-silicio de la serie 6xxx o una aleacin que contenga el 1% de zinc; cualquiera de stos revestimientos, alcanza normalmente del 2% al 5% de espesor total en cada lado un tipo de aluminio tambin conocido como aclad.

Adems, las aleaciones del aluminio y cobre se adaptan a piezas y estructuras que necesiten altas relaciones de resistencia/peso y temperaturas de hasta 150C, por ello se



utilizan en la industria aeroespacial para la fabricacin de sistemas de suspensin, en las llantas de los aviones, en el fuselaje y el recubrimiento de las alas.

4.1.3 SERIE 3xxx

El manganeso entre el 1% al 5% es el principal elemento de aleacin de la serie 3xxx. Estas aleaciones son generalmente no tratables trmicamente, pero tienen un 20% ms de resistencia que las aleaciones de la serie 1xxx; debido a que slo un porcentaje limitado del manganeso hasta aproximadamente el 1,5% se puede aadir eficazmente al aluminio, siendo un elemento importante en algunas pocas aleaciones. Por lo general se usan para fabricar paneles de revestimientos en la construccin y en la industria culinaria, entre otros.

En general estas aleaciones de aluminio no son tratables trmicamente, sin embargo, hay algunas nuevas aleaciones que muestran endurecimiento por procesos trmicos, pero an estn en investigacin.

4.1.4 SERIE 4xxx

El principal elemento de la aleacin en esta serie es el silicio, que se puede aadir en cantidades suficientes (hasta 12%). El Silicio reduce la fragilidad que se produce durante la fusin, esta caracterstica es importante para la fabricacin de alambres de soldadura, donde adems la temperatura de fusin es ms baja que el del metal base.

Las aleaciones de aluminio y silicio no son tratables trmicamente, pero cuando se utiliza en soldadura de aleaciones, que si tienen algn tipo de tratamiento trmico, absorben algunos de estos componentes y pueden cambiar sus propiedades mecnicas. Por lo regular, las aleaciones que contienen cantidades apreciables de silicio se vuelven de un color gris oscuro a color carbn, cuando se aplican acabados de xidos andicos, razn por la cual son altamente demandados por la industria, para aplicaciones arquitectnicas.

La aleacin 4032, que pertenece a esta serie, tiene un bajo coeficiente de expansin trmica y alta resistencia al desgaste, dos caractersticas que la hacen apta para la fabricacin de pistones de motores fabricados por forja.

4.1.5 SERIE 5xxx

El principal elemento de aleacin para esta serie es el magnesio, pero raras veces con-tienen ms del 5%, debido a que las propiedades mecnicas de stas decrecen cuando se exponen por tiempos prolongados a influencia de la temperatura.

El magnesio es considerablemente ms eficaz que el manganeso como endurecedor y puede ser aadido en cantidades mayores. Las aleaciones de esta serie poseen buenas caractersticas de soldadura y buena resistencia a la corrosin en ambientes marinos.

4.1.6 SERIE 6xxx

Las aleaciones de este tipo de serie contienen silicio y magnesio en las proporciones requeridas para la formacin de siliciuro de magnesio (Mg2Si), este compuesto hace que puedan ser tratadas trmicamente.

Estas aleaciones tienen una buena resistencia a la corrosin ocasionada por el aire, son muy aptas para procesos de extrusin y forja en caliente; adems tienen buen comportamiento para ser trabajadas en procesos de deformacin en fro y adquieren una excelente textura en procesos de anodizado.

Aunque este tipo de aleaciones no son tan resistentes como la mayora de las de las series 2xxx y 7xxx, gozan de buena formalidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosin. Adems las aleaciones de este grupo pueden ser conformadas, mediante el tratamiento trmico de solucin y luego fortalecidas, a travs del tratamiento trmico de precipitacin completo (T6).



Este grupo de aleaciones, es ampliamente utilizada en estructuras, marcos y ventanas, entre otros, al servicio de la industria arquitectnica: Tambin para la elaboracin de todo tipo de lmparas o carcasas para el alumbrado pblico, donde la misma propiedad de conducti-vidad trmica ayuda a disipar el calor generado por las luces y lo convierten en el material idneo para este tipo de aplicaciones.

4.1.7 SERIE 7xxx

A este grupo pertenecen las aleaciones de aluminio con zinc, en cantidades promedio del 1% al 8% y cuando se combina con un porcentaje menor de magnesio, puede tratarse trmicamente para lograr un alto nivel de resistencia. Por lo regular, a este tipo de aleacin se les aade, tambin zirconio y titanio en cantidades que no sobrepasan el 0,25 para aumentar la templabilidad de la aleacin como ejemplo la 7474 que es una variante del 7075, la cual reemplaza a esta ltima en especial cuando se necesita espesores por encima de 80mm. Son ampliamente utilizadas en estructuras de fuselajes de aviones, equipos mviles y piezas suje-tas a altas tensiones de trabajo en la industria aeroespacial.

Las aleaciones 7xxx tienen una reducida resistencia a la corrosin y a menudo se utilizan ligeramente sobre-envejecidas para proporcionar mejores combinaciones de re-sistencia mecnica, resistencia a la corrosin y resistencia a la fractura. Es importante mencionar que este tipo de aleacin de aluminio, es conocida en la industria como duraluminio.

4.1.8 SERIE 8xxx

Se le adiciona hierro con el fin de generar un refinamiento de grano, con lo cual se in-crementa la resistencia a la fluencia de la aleacin. Presentan una buena aptitud para procesos de conformacin y especialmente son usadas en la fabricacin de aletas para intercambiadores de calor y tubos en forma de espiral; las dos aleaciones ms comunes dentro de este grupo son 8006 y la 8011.

4.2 FUNDICIONES DE ALUMINIO

4.2.1 SERIE 1xx.x

Fundicin de aluminio puro (99.0 de pureza). Este tipo de aleacin tiene una ductilidad y resistencia a la corrosin excelentes, aunque su resistencia elctrica es baja. Es empleada en piezas moldeadas en arena, coquillas y raramente en inyeccin.

Sus aplicaciones ms frecuentes estn en la industria qumica y elctrica, en elementos que no tienen mucho compromiso mecnico. Los rotores de motores asncronos de baja resis-tencia, por ejemplo, se fabrican en este tipo de aleacin, mientras que los rotores de alta resistencia son elaborados con aleaciones fundidas de aluminio de otros grupos.

4.2.2 SERIE 2xx.x

Se compone principalmente de aluminio aleado con cobre. Las aleaciones de este gru-po tienen las caractersticas mecnicas ms elevadas de todos los aluminios para moldeo: resistencia a la traccin, lmite elstico, alargamiento, tenacidad y resistencia al desgaste, especialmente cuando el material es elevado a altas temperaturas.

4.2.3 SERIE 3xx.x

Aluminio aleado principalmente con silicio y adiciones de cobre y/o magnesio. Las aleaciones de esta familia tienen una gran variedad de aplicaciones sobre todo si las caractersticas mecnicas exigidas son ms altas que la de los otros grupos de aleaciones, incluso a temperaturas altas.



Es un tipo de aleacin que se funde fcilmente lo que posibilita el trabajo del material para formas complicadas, tienen buena maquinabilidad, pero no presentan la misma resistencia a la corrosin y a los agentes qumicos que otros grupos.

Cuando este tipo de aleacin tiene contenidos ms altos de Si, la colabilidad del molde es mayor, mientras que los contenidos ms altos de cobre mejoran notablemente la maquinabilidad y las posibilidades de pulimiento. Las aleaciones ms empleadas son AlSi5Cu3 de resistencia ms elevada y apta para moldear en arena o coquilla y AlSi8Cu3, que se ha convertido en un estndar para el moldeo por inyeccin.

4.2.4 SERIE 4xx.x

Fundicin de aluminio aleado principalmente con silicio (punto eutctico al 12% Si) que le confiere fluidez al material fundido, disminucin de la fisuracin y de la contraccin en enfriamiento, caractersticas que permiten disear piezas complejas con cambios importantes en cada seccin, con paredes desde muy delgadas a muy gruesas. Este tipo de aleaciones tienen muy buena soldabilidad y ductilidad.

4.2.5 SERIE 5xx.x

Fundicin de aluminio con magnesio, la cual se caracteriza por una gran resistencia a la corrosin, incluso en agua de mar y en atmsfera salina. Tienen muy buena maquinabilidad, pueden pulirse muy bien y permiten el proceso de anodizacin para fines decorativos. Sus principales campos de aplicacin se encuentran en la industria naval, qumica y alimentaria.

Son aleaciones que no tienen un moldeo fcil, especialmente en contenidos del 7% de magnesio, pequeas aleaciones de Silicio facilitan la colabilidad pero entorpecen la apariencia de la anodizacin. La aleacin AlMg10, adems de tener una excelente resistencia a la corrosin, presenta excelentes caractersticas mecnicas y buena resistencia al choque. Por su parte, la aleacin AlMg3 tienen un moldeo ms fcil, pero sus propiedades mecnicas disminuyen notablemente.

4.2.6 SERIE 7xx.x

Fundicin de aluminio aleado con zinc. La caracterstica ms importante de este grupo es la capacidad que tiene de auto-templarse sin necesidad de solubilizacin, seguido de una maduracin natural (diversas semanas) o artificial (diversas horas), lo cual facilita la fabricacin de piezas grandes con buenas caractersticas mecnicas: tenacidad, maquinabilidad, estabilidad y resistencia a la corrosin. La aleacin ms frecuente de este grupo es la AlZn5Mg.

5 APLICACIONES ELECTROTCNICAS

5.1 SECTOR ELCTRICO

El aluminio es como un almacn de energa (15 kWh/Kg), por ello tiene un gran valor que no puede desperdiciarse y su reciclado se traduce en recuperacin de energa. Las propiedades que hacen del aluminio un metal tan provechoso son: su ligereza (sobre un tercio del peso del cobre y el acero), resistencia a la corrosin (caracterstica muy til para aquellos productos que requieren de proteccin y conservacin), resistencia, es un buen conductor de electricidad y calor, no es magntico, no es txico y es muy dctil.

Solamente presenta un 63 % de la conductividad elctrica del cobre para alambres de un tamao dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es ms grueso, pero sigue siendo ms ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisin de electricidad de alto voltaje a larga distancia y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o ms. Por otra parte el aluminio tambin est presente en las antenas para televisores y satlites.



5.2 SECTOR ELECTRNICO

En este campo encontramos el uso del aluminio principalmente en la fabricacin de microchips (si bien la base de stos est hecha de silicio). Tienen numerosas aplicaciones, como en la fabricacin de sensores (trmicos, de movimiento, elctricos, entre otros), amplificadores, bateras, memorias y productos inalmbricos, robtica y automatizacin de procesos. La principal caracterstica que avala este uso es su alta conductividad elctrica. Hoy en da existe la tendencia mundial de darle un nuevo uso al aluminio por su versatilidad con propiedades atractivas, no txico, no inflamable, no magntico, no produce chispas y no se oxida.

El aluminio y la electrnica encajan en los discos compactos, frentes de estructuras y los disipadores trmicos de computadoras, impresoras, televisores, videos y equipos electrnicos. Las funciones incorporadas en los perfiles de aluminio reducen la cantidad de componentes y simplifican el ensamblaje, junto con un acabado atractivo y una ptima conductividad trmica.

6 CONCLUSIONES

Puede verse la gran versatilidad que las aleaciones y compuestos de aluminio presentan para la industria, principalmente metalmecnica por sus propiedades fsicas y mecnicas, y de nuevas tecnologas en lo referente a la electrnica, atendiendo adems a sus propiedades electroqumicas, pues desarrollos futuros a la par de la mejora de usos actuales pueden destacarse la fabricacin de bateras de ion-aluminio. Uno de los puntos ms llamativos de esta nueva tecnologa es su capacidad de carga ultrarrpida. Un usuario de un smartphone ya sabe que necesitar al menos ms de 1 hora y media para cargar su batera de ion-litio, mientras que la batera de ion-aluminio se carga en un minuto. Otra de sus virtudes son sus ciclos de carga que llegan a los 7500 sin ninguna prdida de capacidad, mientras que las de ion-litio tienen unos 1000 ciclos.

7 REFERENCIAS

- Universidad de Oviedo. Ingeniera de Minas. Apuntes Metalurgias Especiales No Frreas.

- UNE EN 12258-1_2012. Aluminio y aleaciones de aluminio. Trminos y definiciones. Parte

1: Trminos generales.

- http://www.almexa.com.mx/

- http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/EnciclopediaOI

T/tomo3/82.pdf

- http://www.ib.cnea.gov.ar/~mater2/MATERIALESII

- http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/metalurgia-y-

siderurgia/materiales/Bloque%203.1%20aluminio.pdf

- http://www.textoscientificos.com/quimica/aluminio/obtencion-aluminio-metalico

- http://www.aseral.es/obtencion.htm

- http://www.alue.cat/documents/alumini/obtencio.pdf

- http://ruc.udc.es/bitstream/2183/9420/1/CC_017_art_9.pdf

- http://marinponsasociados.com/PDFINDUSTRIA/EXTRACCIONALUMINA.pdf

- http://grupos.unican.es/gidai/web/asignaturas/CI/Aluminio.pdf

- http://www.metalactual.com/revista/31/materiales_aleaciones.pdf

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Fundamentos y Tecnología de Materiales_aec_tarea2

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