Las aleaciones, también llamadas aleaciones metálicas, son sustancias que combinan un metal con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, y que presentan características diferentes a los elementos por separado.
Controlando las cantidades de cada elemento de la aleación podemos diseñar materiales según las características deseadas, motivo por el que las aleaciones son de tanto interés y ocupan más del 95% de la industria metalúrgica a nivel mundial.
Índice de contenido
Definición de aleación
Una aleación se define como una mezcla homogénea de un metal con uno o más elementos diferentes, tanto metálicos como no metálicos.
Es frecuente que las aleaciones se describan como «mezcla de metales», pero hay que claro que siempre hay un metal base al que se añade al menos otro elemento que puede ser metálico o no.
Por ejemplo, el hierro colado o hierro fundido es una aleación de hiero (metal) y carbono (no metal), mientras que el bronce es una aleación de cobre y estaño, ambos metales.
Los elementos de la aleación se suelen separan en dos categorías, el metal base y los elementos aleantes:
- Metal base o primario: es el elemento mayoritario de la aleación y a menudo da el nombre al tipo de aleación. Por ejemplo, las aleaciones ferrosas son aleaciones en las que el hierro es el metal base.
- Elementos aleantes: son los elementos mezclados con el metal base.
Si la aleación está formada solo por el metal base y un elemento aleante, la aleación es una aleación binaria. Si está formada por un metal base y dos elementos aleantes, será una aleación ternaria, y así sucesivamente.
De forma general, una aleación se puede describir como un metal impuro, pero en las aleaciones las impurezas (elementos aleantes) son conocidos y su concentración controlada para conseguir características concretas.
Propiedades de las aleaciones
Cada metal en estado puro puede presentar propiedades útiles, tales como buena conductividad eléctrica, buena resistencia a la temperatura y a la corrosión química, alta dureza y resistencia mecánica, incluso combinar varias de estas propiedades en un mismo metal.
Las aleaciones se elaboran con la intención de combinar o modificar estas propiedades y crear materiales idóneos para aplicaciones concretas.
Por ejemplo, la combinación correcta del hierro y carbono forma la aleación conocida como acero, más fuerte, ligero y maleable que el hierro puro.
Además, si al acero se le añade cromo, se consigue alta resistencia a la oxidación y corrosión química característica del acero inoxidable.
Las propiedades concretas que tendrá una aleación son muy difícil de predecir. No es simplemente la suma o la resta de elementos, por lo que el diseño de nuevas aleaciones requiere de mucho ensayo e investigación.
¿Cómo se fabrican las aleaciones?
Tradicionalmente, las aleaciones se han fabricado mezclando los diferentes componentes fundidos y dejarlos enfriar en lo que se conoce como solución sólida.
En la actualidad, la fundición sigue siendo muy utilizada, junto a otras técnicas que permiten la obtención de aleaciones con características especiales, incluso cuando los componentes no son solubles entre sí ni en estado líquido.
Entre estas técnicas está la pulvimetalurgia o metalurgia de polvos. Consiste en mezclar los distintos materiales en estado sólido pulverizado y luego fusionarlos utilizando alta presión y temperatura, pero la alta presión permite utilizar temperaturas menores a sus puntos de fusión.
Otra técnica para fabricar aleaciones se denomina implantación de iones. Esta técnica se realiza colocando láminas finas del metal base en cámaras de vacío y bombardearlas con iones de los aleantes deseados. De esta forma se crea una capa de aleación sobre el metal base.
La implantación de iones se utiliza principalmente en la fabricación de circuitos electrónicos, microchips y materiales semiconductores.
Aleaciones intersticiales y por sustitución
Las aleaciones se pueden clasificar en dos grandes tipos según la disposición de los elementos aleantes en la matriz del metal base:
- Aleación por sustitución: los átomos del elemento aleante reemplazan átomos del metal base. Esto ocurre cuando el tamaño de los átomos en ambos elementos son similares, por lo que suelen estar próximos en la tabla periódica. Ejemplo: el latón es una aleación de cobre con el 10-35% de sus átomos reemplazados por zinc.
- Aleación intersticial: cuando loa átomos del elemento aleante son mucho más pequeños que los del metal base, el elemento aleante se sitúa en los espacios o «intersticios» que dejan los átomos del metal base. Ejemplo: en el acero, el carbono se sitúa en los intersticios que dejan los átomos del hierro.
- Aleación mixta: se produce sustitución y aleación intersticial.
Ejemplos de aleaciones
Entre las aleaciones más importantes a nivel industrial y más comunes en la vida cotidiana, podemos citar los siguientes ejemplos:
- Acero: aleación de hierro y carbono hasta un máximo de 2% de carbono y, por lo general, menores cantidades de otros elementos.
- Acero inoxidable: es un tipo de acero al que se le añade mínimo un 10.5% de cromo, y generalmente también níquel y otros elementos para aumentar la resistencia a la corrosión química.
- Bronce: aleación de cobre como metal base y entre un 3 y un 20% de estaño como aleante.
- Cuproníquel: aleación de cobre y níquel.
- Cuproaluminio: aleación de cobre y aluminio.
- Amalgamas: aleaciones de mercurio con otros metales. Estas aleaciones suelen tener consistencia pastosa.
- Alpaca: aleación de cobre (45 – 70%), zinc (8 – 45%) y níquel (15 – 26%).
- Latón: aleación de cobre y zinc.
- Peltré: aleación de estaño con cobre, plomo y antimonio.
- Oro 18k: aleación de oro (75%) y otros metales como cobre, níquel o zinc.
- Oro blanco: aleación de oro y un metal blanco como plata, paladino o níquel.
- Plata de ley: aleación de plata con otro metal, generalmente cobre.