Aleaciones de titanio

El titanio proporciona excelente resistencia a la corrosión, alta relación resistencia-peso y propiedades favorables a temperaturas altas Resistencia hasta de 200,000 psi aunadas a una densidad de 4,505 g/cm^3 proporcionan las excelentes propiedades mecánicas, mientras que una capa protectora adherente de TiO2 confiere una excelente resistencia a la corrosión y a la contaminación por debajo de 535ºC. A más de 535ºC, la capa de óxido se desintegra y átomos pequeños como los de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno al difundirse hacia el sólido, fragilizan al titanio. En consecuencias, se debe tener especial cuidado durante la fundición, la soldadura o la forja, de evitar la contaminación por estos elementos. El titanio es alotrópico con una estructura CC (B) por arriba de 882ºC. Los elementos de aleación combinan la temperatura de transformación alotrópica y pueden dividirse en cuatro grupos. Ciertas adiciones como las de estaño producen un endurecimiento por solución sólida sin afectar la temperatura de transformación. El aluminio, el oxígeno, el hidrógeno y otros elementos alfa estabilizadores incrementan la temperatura a la cual alfa se transforma en beta. El beta-estabilizador como el vanadio, el tantalio, el molibdeno y el niobio abaten la temperatura de transformación, causando incluso que la fase beta sea estable a temperatura ambiente. Finalmente, el manganeso, el cromo y el hierro producen una reacción eutectoide, reduciendo la temperatura a la cual ocurre la transformación alfa-beta, y produciendo una estructura difásica a temperatura ambiente. Hay varias categorías para el titanio y sus aleaciones, las cuales se resumen en la tabla 10-10.

Ingenieros desarrollan láminas micrométricas de metal que se reparan solas

Un equipo de ingenieros de la universidad estadounidense de Illinois ha conseguido generar láminas metálicas compuestas por gránulos nanométricos de diversos tamaños que se arreglan “solas”, volviendo a su forma original tras haber sido dobladas. La interacción entre los gránulos que forman la microestructura de las láminas es la que permite la reparación, que puede acelerarse con la aplicación de calor. En estas circunstancias el arreglo no conserva ningún endurecimiento residual. Se abre así la puerta a múltiples aplicaciones cercanas a la ciencia ficción, ya que este descubrimiento abre la posibilidad de crear objetos metálicos, como la carrocería de los automóviles, capaces de repararse espontáneamente.

Que los objetos de metal puedan arreglarse sólo con calor nos traslada inmediatamente al campo de la ciencia ficción o de la magia, pero es lo que han conseguido, aún a una escala nanométrica pero prometedora, ingenieros norteamericanos de la universidad de Illinois. Los ingenieros han podido demostrar por vez primera que la deformación plástica en láminas nanocristalinas de metal puede ser altamente reversible, lo que abre la posibilidad de diseñar y fabricar componentes metálicos susceptibles de recuperar su forma o “arreglarse” a sí mismos después de haber sido deformados o abollados.
Normalmente, cuando una pieza de metal, por ejemplo, un clip o sujetapapeles, se dobla, este cambio en su forma perdura. O cuando un coche choca con otro, sus carrocerías se deforman y sólo pueden arreglarse, con suerte, en un taller mecánico.
¿Qué sucedería si se consiguieran fabricar estructuras metálicas cuya composición y disposición molecular fuese capaz de “recordar” su forma original y, con la aplicación de calor, pudieran volver a ella?

La tecnología desarrollada por la Universidad de Illinois, aunque se desenvuelve todavía a escala de microsistemas, nos aproxima a esta posibilidad, según explica esta Universidad en un comunicado. Memoria del original
El profesor Taher A. Saif, del departamento de ingeniería y ciencia mecánica de Illinois, en colaboración con los estudiantes graduados Jogannathan Rajagopalan y Jong H. Han, ha conseguido lo impensable: generar una microestructura en finas láminas de metal que permite que, con la aplicación de calor, dichas láminas recobren su forma original después de haber sido dobladas. Se trata por tanto de láminas micrométricas (un micrómetro equivale a una millonésima parte de un metro) de las que algunos de los granos que componen su estructura son nanométricos (un namómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro). Según añade al respecto la universidad de Illinois, los ingenieros han descubierto, además, que cuanto mayor sea la temperatura que se provoca, más rápido vuelven dichas láminas a ser como antes. La recuperación dependería por tanto del paso del tiempo, de la activación térmica y de la distribución de las energías de activación, explica el departamento de ingeniería y ciencia mecánica de Illinois.
Pero, además, cuando este proceso termina, las láminas no conservan ninguno de los efectos previos de deformación. Este comportamiento se diferencia marcadamente del de los metales formados por gránulos grandes, que suelen mantener un pronunciado endurecimiento residual tras haber sido plásticamente deformados.

Recuperación completa Saif señala que “parece como si el metal pudiera conservar la memoria de la forma de la que procede”. En un artículo aparecido en la revista Science los ingenieros explican que el experimento fue realizado con láminas de metales nanocristalinos, cuyos mecanismos de deformación difieren sustancialmente de los metales formados por gránulos de mayores dimensiones. Las pruebas demostraron que láminas de alumino y de oro nanocristalinos deformadas, compuestas de gránulos, podían recuperar la forma original en entre un 50% y un 100%. El tamaño de las láminas de aluminio era de 200 nanómetros de grosor, entre 50 y 60 micras de ancho y entre 300 y 360 micras de largo. Las láminas de oro eran de 200 nanómetros de grosor, de entre 12 y 20 micras de ancho y de 185 micras de largo.
El tamaño medio de los gránulos que componían las láminas de aluminio era de 65 nanómetros, y en las de oro, de 50 nanómetros.
Según Saif, esta capacidad intrínseca de “arreglarse” no depende del metal escogido, sino del tamaño de los gránulos que componen su microestructura cristalina, así como de su distribución. Distribución clave

Si los gránulos son demasiado pequeños de manera uniforme, el metal se rompe y quiebra cuando es doblado. Si, por el contrario, los gránulos son uniformemente demasiado grandes, cuando es doblado mantiene esa posición. Para que pueda volver a la forma inicial, se necesita un equilibrio entre la fragilidad del primer caso y la flexibilidad del segundo, asegura Saif. Este equilibrio puede lograrse con una combinación de gránulos pequeños y grandes. De esta manera, las variaciones en la microestructura propician una deformación plástica en los gránulos grandes y una adaptación elástica en los pequeños.
Los gránulos mayores se doblan, pero empujan y tiran de los más pequeños, lo que permite que las láminas se doblen como un muelle.
Después, los gránulos pequeños liberan energía y fuerzan a los mayores a volver a su forma original. Esta liberación de energía puede acelerarse con la aplicación de calor, lo que aumenta la velocidad del proceso.

El control de las microestructuras de láminas finas también puede reducir la pérdida de energía de los osciladores y resonadores de circuitos electrónicos, que se utilizan en sensores de air-bags, cámaras de vídeo, proyectores digitales o sistemas de posicionamiento global (GPS). Según Saif, si los gránulos que constituyen las láminas metálicas de estos dispositivos se reducen de tamaño, también puede reducirse mucho su pérdida de energía.

Aleaciones

La aleación es una sustancia compuesta por dos o más metales. Las aleaciones, al igual que los metales puros, poseen brillo metálico y conducen bien el calor y la electricidad, aunque por lo general no tan bien como los metales por los que están formadas.

Una aleación puede ser un compuesto intermetálico, una disolución sólida, una mezcla íntima de cristales diminutos de los elementos metálicos constituyentes o cualquier combinación de disoluciones o mezclas de los mismos. Los compuestos intermetálicos como NaAu2, CuSn y CuAl2, no siguen las reglas ordinarias de valencia y son por lo general duros y frágiles, aunque las últimas investigaciones han aumentado la importancia de estos compuestos. Las aleaciones tienen normalmente puntos de fusión más bajos que los componentes puros.

Una mezcla con un punto de fusión inferior al de otra mezcla cualquiera de los mismos componentes se llama mezcla eutéctica. El eutectoide, o fase sólida análoga del eutéctico, suele tener mejores características físicas que las aleaciones de proporciones diferentes.

Certifican al cobre como agente antimicrobiano

El cobre, utilizado en utensilios para cocinar y para el agua, también tiene otras bondades: es un agente anti-microbiano que mata bacterias que suelen estar en los hospitales, y que son causantes del fallecimiento de miles de pacientes.

La Agencia de Protección Ambiental en Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés), acaba recientemente de certificarlo, afirmó Miguel Riquelme, director ejecutivo de la International Copper Asocciation (ICA), organización mundial integrada por grandes productores de cobre.
Incluso, adelantó que esta certificación del cobre como metal, que tiene propiedades bactericidas y antisépticas, permitirá que se realicen gestiones en todos los hospitales del mundo para trasformar las superficies de contacto, como quirófanos, camas, puertas, manillas instrumental, entre otras.
Todos los países, incluido México, presentan este problema de salud causado por bacterias, hongos y virus que se encuentran en el ambiente de cualquier hospital.
En México, la incidencia de infecciones nosocomiales oscila entre 3.8 y 26.1 casos por cada 100 egresos, y la mortalidad asociada por infecciones intrahospitalarias en promedio es del 5%. Esta incidencia de infecciones es del 25% en algunas áreas como terapia intensiva y 24% en áreas de hospitalización, de acuerdo a cifras oficiales.
El director ejecutivo de ICA recordó que para lograr esta certificación de la EPA (por sus siglas en inglés) de Estados Unidos, se envió más de 300 materiales antimicrobianos de aleaciones de cobre.
Comentó que ya existen cuatro hospitales en Inglaterra, Japón, Alemania y Estados Unidos, que están probando en algunos sectores hospitalarios, instalaciones de superficies de contacto de cobre.
Mientras que Efrén Franco, director ejecutivo para México de ICA, recordó que México es de los principales productores de cobre en América Latina, con 450 mil toneladas.
Pero, agregó, que aún este elemento no está del todo aprovechado, como ocurre en Europa que tienen trenes eléctricos, porque aún no ha crecido del todo en tecnología.
En promedio per capita, un mexicano consume cuatro kilos de cobre (en sus diferentes aplicaciones), mientras que un japonés utiliza 16 kilos y un estadounidense, 12 kilos de cobre.
Guillermo Figueroa, jefe del Laboratorio de Microbiología del Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos de la Universidad de Chile, explicó que prácticamente la gran mayoría de los microbios, virus, hongos y bacterias pueden ser controlados gracias al uso de productos que contengan cobre.
Dijo que ningún país se escapa de tener pacientes por infecciones adquiridas en hospitales, que no solamente amenazan con la vida, sino impactan financieramente los servicios de salud.
Explicó que el cobre puede matar agentes patógenos como el estafilococo dorado, que produce septisemia que afecta a lactantes, ancianos y pacientes que llegaron por otra causa al hospital, y que fueron infectados por esta bacteria.

Cortesía
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Metales

Los metales son un grupo de elementos químicos que presentan todas o gran parte de las siguientes propiedades físicas: estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido; opacidad, excepto en capas muy finas; buenos conductores eléctricos y térmicos; brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. Metales y no metales se encuentran separados en el sistema periódico por una línea diagonal de elementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son los metales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementos que integran esta diagonal —boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, teluro, polonio y astato— tienen propiedades tanto metálicas como no metálicas.

Los elementos metálicos más comunes son los siguientes: aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, oro, iridio, hierro, plomo, litio, magnesio, manganeso, mercurio, molibdeno, níquel, osmio, paladio, platino, potasio, radio, rodio, plata, sodio, tantalio, talio, torio, estaño, titanio, volframio, uranio, vanadio y cinc. Los elementos metálicos se pueden combinar unos con otros y también con otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla de dos o más metales o de un metal y ciertos no metales como el carbono se denomina aleación. Las aleaciones de mercurio con otros elementos metálicos son conocidas como amalgamas.