Aluminio y Metales Ligeros: Propiedades, Fabricación y Aplicaciones Industriales

Aluminio: Propiedades, Fabricación y Aplicaciones

Características del Aluminio

• Temperatura de fusión: 660ºC
• Temperatura de ebullición: 2467ºC
• Tercer material más abundante en la corteza terrestre, por detrás del oxígeno y el silicio.
• Único inconveniente: su proceso de obtención mediante electrólisis a partir de la alúmina consume mucha energía.

Fabricación del Aluminio

La materia prima principal es la Bauxita.

• La Bauxita se origina por la intemperización de rocas silíceas y arcillas.
• Después del acero, es el material más usado, popularizado en los últimos 100 años.

Proceso de Fabricación

1. La bauxita se pulveriza y se carga en un digestor que contiene sosa cáustica (bajo presión y temperatura).
2. Se forma el aluminato de sodio, conocido como "lodo rojo".
3. Sólidos insolubles como el hierro, silicio, titanio y otras impurezas son filtrados y se dirigen a un depósito.
4. En el depósito se agregan cristales de hidróxido de aluminio.
5. El hidróxido de aluminio (HDA) que se unió a los cristales se calcina en hornos a 900ºC.
6. La alúmina, producto de los hornos de calcinado, es procesada en celdas reductoras. Estas funcionan con un baño de criolita. El ánodo es un electrodo de carbón y la celda actúa como cátodo.
7. El aluminio se obtiene y se moldea en lingotes o piezas en fase final de acabado.

Aleaciones de Aluminio

Las aleaciones de aluminio se clasifican en dos grandes grupos:

Aleaciones no tratables térmicamente:

• 1XXX
• 3XXX
• 5XXX

Aleaciones tratables térmicamente:

• 2XXX
• 6XXX
• 7XXX
• 8XXX

Ventajas del Aluminio

• Peso ligero: Pesa 3 veces menos que el acero (2690 kg/m³ frente a 7850 kg/m³ del acero).
• Protección natural: La oxidación que genera lo protege constantemente.
• Reciclabilidad: Las aleaciones se reciclan fácilmente.
• Eficiencia energética en reciclaje: Requiere menos energía para reciclar que el acero (debido a su punto de fusión).
• Reciclaje ilimitado: Puede reciclarse varias veces al 100%.
• No tóxico: Es un material no tóxico.
• Buena conformación: Permite una excelente conformación.
• Adecuado para soldadura: Muy adecuado para la soldadura.

Aplicaciones en la Carrocería Automotriz

Un ejemplo destacado son las Carrocerías ASF (Aluminium Space Frame).

Las piezas se fijan mediante diversos métodos de unión:

• Soldadura con gas protector
• Remachado
• Estampado
• Pegado
• Clinchado (Unión de dos chapas por embutición parcial)

Ventajas de las Carrocerías ASF

• Reducción de peso: Un 40% menos de peso.
• Mayor rigidez: Aumento de la rigidez en la jaula de seguridad, superior a la del acero.
• Confort mejorado: Menos ruidos y vibraciones en la carrocería.
• Menor torsión: Reduce la torsión en la carrocería.
• Resistencia a la corrosión: Gran resistencia contra la corrosión.
• Totalmente reciclable: Reciclable en su totalidad.

Corrosión Galvánica

Se produce cuando se unen dos metales distintos, por ejemplo, aluminio y acero.

Tratamiento Térmico de Endurecimiento (Envejecimiento Artificial)

Es un tratamiento térmico aplicado al aluminio para endurecerlo. Se calienta durante 30 minutos a una temperatura de 210ºC, lo que produce un endurecimiento térmico.

Clinchado

Es la embutición parcial de dos chapas, ofreciendo menor resistencia que la soldadura por puntos.

Ventajas del Clinchado:

• Rapidez
• Limpieza
• Economía
• Suficiente para piezas secundarias.

Soldadura por Puntos

Se utiliza en un 30% de esta carrocería, especialmente cuando el espacio impide el remachado, aunque requiere mucha energía.

Remachado Estampado

Ofrece un 30% más de resistencia que la soldadura por puntos, con menos energía.

Extrusión

Un tocho de aluminio (aleación 6063), precalentado hasta ser semisólido, se pasa por una matriz de acero templado para darle forma.

Pintado

Consiste en una capa de fosfatado de 3 cationes: Zinc (Zn), Níquel (Ni) y Manganeso (Mn).

Magnesio

• Densidad: 1740 kg/m³
• Punto de fusión: 650ºC
• Desventaja: Alto coste de producción.

Obtención del Magnesio

• Electrólisis (Método Bunsen): A partir de agua de mar.
• Reducción Térmica: Mediante hornos, a partir de minerales como la Dolomita, el Magnesio (mineral) y la Brucita.

Se utiliza en el volante, la columna de dirección, los paneles de instrumentos y los asientos.

Titanio

Características del Titanio

• Temperatura de fusión: 1655ºC
• Densidad: 4510 kg/m³
• Resistencia similar a los mejores aceros, pero con la mitad de densidad, lo que disminuye significativamente el peso.
• Su dureza complica el mecanizado.
• Se encuentra mezclado con otros minerales y en menas de hierro.
• Se produce comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio con magnesio o sodio a unos 800ºC.