Breve apología del aluminio La
investigación para el desarrollo de productos y procesos
es un factor muy importante en la generación de riqueza
de un país y más cuando hablamos de un material
al alcance de todos como lo es el aluminio. El aluminio y sus aleaciones tienen una combinación única de propiedades mecánicas, eléctricas, químicas y térmicas, donde destacan su alta resistencia específica (baja densidad), su excelente resistencia a la corrosión, su superior formabilidad y maquinabilidad , sus altas conductividades térmica y eléctrica, y su capacidad de reciclaje. Por ello, los productos de aluminio han sido ampliamente utilizados desde el siglo XIX en diversas aplicaciones como artículos para la cocina, perfiles para construcción, componentes de maquinaria de autos o carrocerías, aviones, naves espaciales y satélites, entre otros. Sin embargo, las aplicaciones de este metal no han sido agotadas. El aluminio tiene un gran futuro por las características que lo distinguen. MATERIAL
DECIMONÓNICO Importantes emporios comerciales y productores se formaron y crecieron como consecuencia de la explotación de este descubrimiento, tal es el caso de ALCOA en Estados Unidos y Pechiney en Francia. Estas empresas muestran que la inversión en investigación es muy rentable. A pesar de que existen países con los recursos para la fabricación de aluminio, los que desarrollan el know how son los que lo explotan y se benefician de ello. LA
NOMENCLATURA BÁSICA En el caso de la serie 10XX, que representa los diferentes grados de aluminio natural, el nivel de pureza se indica con los dos últimos dígitos. Por ejemplo, a la designación 1010 le corresponde una pureza de 99.9% de aluminio. En las series de 2XXX hasta 8XXX, el segundo dígito indica la modificación que se ha hecho de la aleación original (el cero señala que no hay cambio). El ANSI reconoce un procedimiento para considerar una aleación nueva o modificada, por lo que los dos últimos dígitos distinguen el proceso muy particular por el cual se obtuvo. Por medio de una letra se designa el tratamiento termomecánico que ha recibido la aleación. Existe un gran número de combinaciones de composición-procesamiento (forja, fundición, tratamiento térmico, por mencionar algunas) que resultan en una amplia gama de microestructuras y, por ende, de propiedades. En la estructura de una aleación 2014-T4 (Al-Cu-Mg forjada, solubilizada y templada) existe la presencia de granos relativamente grandes de solución sólida de a-Al, mientras que la aparición de Si en la aleación 392-F resulta en una estructura completamente diferente de partículas en una matriz de a-Al. Debido a las características de cada estructura, se esperaría que el material de una aleación 2014-T4 fuera menos resistente y duro que la de una 319-F, aunque más dúctil. Por otro lado, una misma aleación (319) sometida a tratamientos diferentes resulta en estructuras y propiedades distintas. Debido a este potencial para modificar la estructura, en las aleaciones de aluminio podemos encontrar, por ejemplo, esfuerzos de fluencia que van desde 70 MPa para una aleación 1060-O hasta 570 MPa para un material 7075-T6 T651. DEL
ALUMINIO Y SUS ALEACIONES La resistencia mecánica es una propiedad intrínseca del material y su estructura. En algunas aleaciones es posible endurecer el material mediante tratamientos térmicos y, en consecuencia, mejorar su resistencia mecánica. En el caso del aluminio, ésta es significativamente inferior a la del hierro. El cociente entre la resistencia mecánica a la tensión y la densidad se define como el esfuerzo específico. Debido a la baja densidad del aluminio, su esfuerzo específico es alto, y esta particularidad le permite competir con el acero. Modificando el área de la sección transversal, un material de aluminio puede ser equivalente a uno de acero. EL
SECRETO DE LA DUREZA Cumplido el requisito de la solubilidad limitada, el tratamiento de endurecido por envejecimiento se puede ejemplificar al considerar la aleación Al-2.5%Cu, marcada con una línea punteada en la figura 1. El primer paso, llamado de solubilización, es calentar la aleación hasta la zona donde se forma una solución sólida de Cu en Al, arriba de 400°C aproximadamente. Una vez que todo el Cu entra en solución en el Al, la aleación se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente en donde el Cu no es soluble y es posible retenerlo en solución, y entonces se precipita con una velocidad que depende directamente de la temperatura. El tercer paso del tratamiento, el envejecimiento, consiste en calentar la aleación templada a una temperatura debajo de la línea de límite de solubilidad para que el Cu precipite y endurezca la aleación. Dependiendo de la temperatura y el tiempo de envejecimiento, el Cu forma diferentes tipos de precipitados en el Al que proporcionan distintas propiedades mecánicas a la aleación. Este comportamiento se ilustra en la figura 2, la cual corresponde a una serie de curvas de envejecimiento en una aleación 2014 (Al-Cu-Mg). Al aumentar el tiempo de envejecimiento, la resistencia mecánica se incrementa hasta llegar a un máximo, y entonces disminuye, mientras que la ductilidad tiene el comportamiento contrario. A medida que aumenta la temperatura de envejecimiento, el tiempo requerido para alcanzar determinado nivel de propiedades es menor. Además de representar la evolución del proceso de envejecimiento, estas gráficas también ilustran toda la gama de posibilidades de propiedades que se pueden obtener para una misma aleación a través de tratamiento térmico. Por ejemplo, podemos ver que la resistencia de una aleación 2014 se puede elevar 36% aproximadamente si la envejecemos a 230°C por 1/2 h o hasta 50% si la envejecemos por ~5 h a 175°C. METAL
ECOLÓGICO El reciclaje del aluminio para el caso de componentes automotrices, aunque aparentemente resulta complicado, consiste en volver a fundir el material. Dados los beneficios y la facilidad del proceso, en muchos países se han implementado programas para fomentar el desarrollo de nuevos métodos de reciclaje, así como el mejoramiento de los ya existentes. Esta es una política que se debería emular en nuestro país, ya que resultaría en beneficio de muchos sectores de la sociedad. BUSCAR
LA COMBINACIÓN Entre los compuestos base Al destacan la combinación de aleaciones de aluminio reforzadas con materiales cerámicos tales como SiC y Al2O3 para obtener productos ligeros y tenaces con elevada resistencia mecánica y al desgaste. Un ejemplo de estos materiales se muestra en la imagen 5 de la figura 4, que presenta la microestructura de un material compuesto Al/Al2O3: la fase blanca corresponde al aluminio, mientras que la fase más oscura a la alúmina. Las principales aplicaciones de este tipo de materiales se encuentran en las industrias automotriz, aeronáutica, agrícola y minera, y en la fabricación de artículos deportivos. Desafortunadamente, la información sobre el desarrollo, uso y propiedades de este tipo de materiales no se ha difundido con la oportunidad y amplitud que merecen. Como resultado, su potencial no se conoce y, mucho menos, se explota en beneficio de muchas aplicaciones. El aluminio y sus aleaciones poseen una combinación única de propiedades, donde destacan su alta resistencia mecánica específica (baja densidad o ligereza), sus excelentes propiedades de manufactura, eléctricas y térmicas, su gran resistencia a la corrosión y su alta capacidad de reciclaje. Esta conjunción única de propiedades asegura que las aleaciones de Al mantendrán su uso en un rango de aplicaciones que van desde las estructurales hasta las domésticas y que pueden substituir a otros materiales —particularmente aleaciones ferrosas— de manera competitiva. Aunado a las excelentes propiedades de las aleaciones de aluminio, se tiene la posibilidad de aplicarles tratamientos térmicos y producir materiales compuestos para ampliar aún más el espectro de propiedades y, por lo tanto, de aplicaciones de estos materiales. Lamentablemente, la falta de información sobre las bondades de este material no ha permitido explotar su potencial de una manera extensiva.
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