ALEACIONES

Tema:

Dra. María Azucena González Lozano

Una aleación es una sustancia que tiene propiedades metálicas y está constituida por dos o más elementos químicos, de los cuales por lo menos uno es metal.

Un sistema de aleación contiene todas las aleaciones que pueden formarse por varios elementos combinados en todas las proporciones posibles.

Si el sistema se forma por dos elementos, se llama sistema de aleación binaria; si se forma por tres elementos, se denomina sistema de aleación ternaria; etc.

Extractiva II

Clasificación

de las

aleaciones

Homogéneas

Mezclas Combinación de varias fases

Constan de una fase

Cualquier estructura que sea visiblemente distinta, desde el punto de vista físico al microscópico puede considerarse como una fase. Para la mayoría de los elementos puros, el térmico fase es sinónimo de estado; por tanto, para los elementos puros hay una fase gaseosa, líquida y sólida.

Cuando el metal sufre un cambio en su estructura cristalina (alotropía) experimenta un cambio de fase, ya que cada tipo de estructura cristalina es físicamente distinto.

Extractiva II

Fases

en estado

sólido

Solución sólida Una solución está constituida por dos partes: un soluto y un solvente. Una solución sólida es simplemente una en estado sólido y consta de dos o más clases de átomos combinados en un tipo de red espacial.

Metal puro Una característica importante de los metales es que exhiben un punto definido de fusión o congelación en condiciones de equilibrio.

Fase intermedia de una aleación o compuesto Son combinaciones de elementos de valencia positiva o negativa. Las diversas clases de átomos se combinan en una proporción definida, expresada por una fórmula química.

Extractiva II

Metal Puro

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura.

(Compuestos)

Fase intermedia de una aleación

Extractiva II

Compuestos electrónicos

Compuestos

Intermetálicos o de valencia

Compuestos intersticiales

Fase intermedia de una aleación

Extractiva II

Intermetálicos o de valencia

Se forman por metales no similares químicamente y se combinan siguiendo las reglas de valencia química. Como suelen tener fuerte enlace (iónico o covalente), sus propiedades son esencialmente no metálicas. CaSe, Mg2Pb, Cu2Se, son ejemplos.

Extractiva II

Na Cl

NaCl

Compuestos intersticiales

Extractiva II

Se forman por la unión entre los elementos de transición, como el Sc, Ti, Ta, W y Fe, con el H, el O, el C, el B y el N. La estructura depende del metal las propiedades físicas dependen principalmente el elemento intersticial. Son metálicos, pueden tener un estrecho o reducido intervalo de composición, altos Pf y son extremadamente duros. TiC, TaC, Fe3C, W2C, CrN y TiH, son ejemplos.

Átomo en un sitio intersticial

Carburo de tungsteno Carburo de titanio Carburo de tungsteno

Compuestos electrónicos

Son fases intermedias que existen en puntos cercanos a aquellas composiciones químicas que tienen una razón definida de número de electrones de valencia a número de átomos.

Razón Electrón-Atomo 3:2

Estructura B.C.C.

Razón Electrón-Átomo 21:13

Estructura Cúbica Compleja

Razón Electrón-Átomo 7:4

Estructura C.P.H.

AgCl Ag5Cd8 AgCd3

AgZn Cu9Al4 Ag5Al3

Cu3Al Cu31Sn8 AuZn3

AuMg Au5Zn8 Cu3Si

FeAl Fe5Zn21 FeZn7

Cu5Sn Ni5Zn21 Ag3Sn

Ejemplos de compuestos de electrones

Ejemplo:

AgZn, el átomo de plata tiene un electrón de valencia y el Zn tiene dos; de manera que se tienen 3 electrones de valencia y dos átomos; por tanto se tiene una relacion 3:2.

Soluciones sólidas

Extractiva II

So

lucio

nes s

óli

das

Intersticiales

Sustitucionales

Los átomos del soluto sustituyen átomos del solvente en la estructura reticular del solvente.

Factores que controlan la solubilidad

Factor de la estructura del cristal

Factor de tamaño relativo

Factor de afinidad química

Factor de valencia relativa

Se forman cuando átomos de pequeños radios atómicos se acomodan en los espacios o intersticios de la estructura reticular de los átomos solventes más grandes. Solo los átomos menores a 1Å tendrán posibilidad de formar soluciones sólidas intersticiales. H, B, C, N y O.

Extractiva II

Factor de tamaño relativo

Similar radio atómico (menos del 15 % de diferencia, para tener solubilidad total): Cuanto mas similares sean, menor distorsion de red y por tanto mayor solubilidad.

Los metales deben tener poca afinidad electroquímica para formar solución sólida. En caso de tener gran afinidad electroquímica se pierde el carácter metálico y se refuerza el carácter iónico o covalente en la aleación.

Factor de afinidad química

Factor de valencia relativa

Si el soluto aporta más electrones a la nube electrónica que el disolvente se favorece la solubilidad.

Soluciones sólidas intersticiales

Representación esquemática de:

Soluciones sólidas sustitucionales

Extractiva II

Estructura de aleación

Solución sólida

Intersticial Sustitucional

Homogénea Mezcla

Fase intermedia de aleación (compuesto)

Intermetálica Instersticial Electrónica

Cualquier combinación de fases sólidas

Metal puro Solución sólida

Aleación intermedia

Extractiva II

Bibliografía Introducción a la metalurgia física, Sydney H. Avner, Ed. McGraw Hill, Segunda edición, 1988.