UD 08. Metalls no fèrrics ●
●
Introducció –
Objectius Didàctics
–
Abans de començar...
Continguts –
Obtenció dels metalls ●
Enriquiment / reducció / afinament
–
Propietats dels metalls i dels aliatges
–
El Coure ●
Els llautons i els bronzes
UD 08. Metalls no fèrrics ●
Continguts (II) –
L'Alumini ●
Els aliatges lleugers
–
Altres metalls d'aplicació industrial
–
Pulverimetal·lúrgia ●
Obtenció de les pólvores
●
Compressió
●
Sinterització
UD 08. Objectius Didàctics ●
●
●
●
●
Conèixer el procés d'obtenció dels metalls Conèixer en detall com s'obté el Cu i les seves aplicacions i aliatges Conèixer en detall com s'obté l'Al i les seves aplicacions i aliatges Conèixer les aplicacions industrials més importants d'altres metalls: Mg, Ti, Pb, Sn, Zn i Ni Conèixer el procés de la pulverimetal·lúrgia, la seva utilitat i aplicacions
UD 08. Abans de començar ●
Recordem el que signifiquen els conceptes –
Ganga i mena?
–
Reducció dels metalls?
●
Sabem què és l'electròlisi?
●
Recordem què són les propietats –
Límit elàstic?
–
Mòdul elàstic?
–
Duresa?
–
Conductivitat tèrmica i elèctrica?
UD 08. L'obtenció dels metalls ●
En general no trobem els metalls purs –
Es coneixen amb l'adjectiu 'nadiu' ●
●
Exemples: Or o Coure
Procediment habitual: procés metal·lúrgic –
Aplicat a les menes
–
Exemple: Alumini en forma d'òxid: Al2O3 (alúmina) ●
–
Compost bàsic de la bauxita
Específics per a cada metall ●
Ex: Coure per via seca o humida
UD 08. L'obtenció dels metalls ●
Tot i així tenim algunes accions en comú –
Enriquiment ●
Separació física –
–
Reducció ●
Separació química –
–
Trituració / Concentració
Forn
Afinament ●
Augment puresa – –
Tèrmic (forn) Electrolític
UD 08. L'obtenció dels metalls ●
Enriquiment del material –
Preparem el producte de la mina per a les aplicacions posteriors
–
Normalment les operacions són ●
Trituració – –
●
Reducció de la grandària de les roques per mitjans mecànics Incrementem superfície exterior del producte
Concentració – –
Separació de la ganga i mena per mitjans físics Pot ser flotació (aprofitem diferències de densitat)
UD 08. L'obtenció dels metalls ●
Reducció –
–
Consisteix en la separació de la màxima quantitat possible de l'element desitjat ●
Amb processos químics
●
A T elevades
Usualment tenim òxids ●
La separació d'un metall contingut en un òxid: reducció
●
En general: C element reductor – –
–
Afinitat per l'oxigen Moltes vegades: hi afegim elements per formar escòries
Si no tenim òxid: torrefacció o calcinació (el generem)
UD 08. L'obtenció dels metalls ●
Afinament –
Emprat quan el metall fos obtingut als forns no té la puresa necessària ●
Procés d'eliminació d'impureses
●
Tenim dues alternatives d'afinament –
–
Mitjans tèrmics ● En forns aplicant oxigen, aire o PPQQ Mitjans electrolítics ● En tancs electrolítics ● Contenen producte químic en fase líquida (electròlit) ● Hi submergim els conductors elèctrics (elèctrodes) ● Càtode connectat al pol positiu i ànode (al negatiu) ● Apliquem V (CC) als elèctrodes ● El metall es diposita al càtode
UD 08. Propietats metalls i aliatges ●
Aspectes a tenir presents –
En barrejar metalls amb no metalls baixa la conductivitat ●
–
Al i Cu tenen conductivitats més elevades ●
–
Com ara l'acer respecte el Fe
Emprats pel transport d'electricitat
En barrejar metalls (com ara el Cu amb Zn o Sn) tenim propietats que no són proporcionals a les quantitats de l'aliatge
UD 08. El Coure ●
Un dels primers metalls emprats per la humanitat
●
Obtingut de minerals –
Calcocita Cu2S
–
Calcopirita
–
CuFeS2
–
Malaquita Cu2(CO3)(OH)2
●
No gaire abundant, pocs països amb alta producció
●
Diferents processos per a obtenir-lo –
En general: diferents forns i electròlisi final
UD 08. El Coure ●
Material dens, tou i plàstic –
Treballable en fred
–
Tot i així: presenta acritud ●
S'endureix en ser deformat
–
Gran conductivitat tèrmica i elèctrica
–
Resistent a la corrosió
–
Aplicacions habituals ●
Cables elèctrics
●
Calderes
●
Bescanviadors de calor
●
Canonades d'aigua i gas
UD 08. El Coure ●
Els llautons –
Aliatge de Coure i Zinc
–
El Zinc millora les propietats mecàniques del Coure ●
Baixa el seu punt de fusió
●
El fa apte per obtenir objectes per fusió i emmotllament
–
Però: redueix la seva conductivitat (tèrmica i elèctrica)
–
Llautons Cu+Zn: llautons ordinaris ●
%Zn>50%: sense aplicació industrial (massa dus i fràgils)
–
Si hi incorporem altres elements: llautons especials
–
Aplicacions ●
Decoració, molles, coixinets, bombes, engranatges...
UD 08. El Coure ●
Els bronzes –
Aliatges de Cu i un metall que no sigui Zn
–
Tradicionalment: Cu + Sn ●
Millora les propietats de fusió i emmotllament
●
Afegit en %<12% – –
●
–
Augmenta duresa i resistència al desgast per fregament Augmenta resistència a la corrosió (aigua de mar o combustibles)
Però: redueix conductivitat tèrmica i elèctrica
Aplicacions ●
Fabricació de coixinets i vàlvules –
●
Especialment a la indústria del petroli
Campanes, decoració, maquinària naval, àleps de turbines...
UD 08. L'Alumini ●
Metall més emprat després de l'acer
●
El més abundós a l'escorça terrestre –
●
D'utilització recent: Finals s. XIX
S'obté a partir de la bauxita –
Procediment costós ●
Cal molta energia elèctrica Al té molta tendència a combinarse amb altres elements
–
En primer lloc: separar la bauxita de l'alúmina
–
Després: separar l'Alumini per electròlisi
UD 08. L'Alumini ●
Propietats –
Material lleuger
–
Bon conductor tèrmic i elèctric
–
Dúctil, mal·leable i tou ●
–
–
En estat pur presenta acritud
Resistent a la corrosió per humitat ●
Però no a l'aigua del mar ni solucions salines
●
Tampoc als àcids
Fon a baixa temperatura ●
Adient per a peces de fusió i emmotllament
UD 08. L'Alumini ●
●
Aplicacions –
Cables elèctrics
–
Bescanviadors de calor
–
Estris de cuina
–
Envasos i embolcalls indústria alimentària
Aliatges amb Al com a component principal –
Aliatges lleugers
–
Es poden dividir en dos grans grups ●
Lleugers per a fusió i emmotllament
●
Lleugers per a forja o laminatge
UD 08. L'Alumini ●
Aliatges lleugers (II) –
–
Lleugers per a fusió i emmotllament ●
Blocs de motors
●
Pistons en motors d'explosió
●
Perfils de marcs de finestres i portes
●
Estris de cuina
Lleugers per a forja o laminatge ●
Construcció aeronàutica i naval
●
Perfils laminats per a estructures metàl·liques
UD 08. L'Alumini ●
Aliatges lleugers (III) –
Amb Cu (<15%) ●
–
–
–
Augmenta duresa i resistència mecànica
Amb Si (5% a 20%) ●
Augmenta resistència a la corrosió i duresa
●
Millora emmotllament però empitjora mecanitzat
Amb Zn (<20%) ●
Com Cu, però més barat
●
Baixa resistència a corrosió, augmenta la densitat
Amb Mg (<10%) ●
Millora props. mecàniques, resistència a corrosió i mecanitzat
UD 08. L'Alumini ●
Aliatges lleugers (IV) –
Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%) ●
Augmenten duresa, resistència mecànica i resistència a la corrosió
UD 08. Altres metalls ●
Establir connexions lògiques: –
Mg ●
Forma aliatges ultralleugers (amb Al, Zn i Mn) –
–
Pb ●
Alta densitat, resistent a la corrosió, baixa resistència – –
–
Peces estructurals a indústria aeronàutica (baixa inèrcia)
Barreres RX i gamma Revestiment de dipòsits
Zn ●
Resistent a corrosió, poc resistent als esforços –
Zincatge de l'acer: protegim de corrosió
UD 08. Pulverimetal·lúrgia ●
També anomenada metal·lúrgia de les pólvores
●
Tècnica amb l'objectiu de –
Obtenir o donar forma a materials metàl·lics ●
Que fonen a T molt elevades
●
Que tenen duresa extrema
●
●
D'altres que fan inviable el mètode tradicional d'obtenció o conformació
L'apliquem –
Fabricació d'objectes refractaris ●
Implicaria molta energia (alta T de fusió)
UD 08. Pulverimetal·lúrgia ●
L'apliquem (II) –
Fabricació d'objectes amb materials molt purs ●
De composició molt precisa –
Permet un millor control d'impureses
–
Fabricar peces amb materials difícils d'emmotllar, forjar o mecanitzar
–
Fabricar a partir de carburs metàl·lics d'eines de tall ràpid ●
–
Torns, fresadores, fileres...
Fabricació de peces poroses ●
Filtres o coixinets autolubrificants
UD 08. Pulverimetal·lúrgia ●
Fases –
Obtenció de les pólvores ●
La matèria primera de la pulverimetal·lúrgia: pólvores de metalls purs – –
●
Carburs metàl·lics, aliatges També ceràmiques (no metàl·lic)
Tenim processos mecànics i físics i químics – –
Mecànics: polvorització, atomització FiQ: reducció d'òxids, electròlisi, descomposició tèrmica, condensació ● Reducció: Obtenim partícules petites de l'òxid desitjat ● Més fràgils que el metall pur (les puc esmicolar) ● Després reduïm amb H gas 2 ● Ja tenim metall pur (en pólvora)
UD 08. Pulverimetal·lúrgia ●
Fases (II) –
Compressió ●
Pólvores introduïdes en motlle amb forma final
●
Emprem premses hidràuliques (P fins a 106 N/mm2)
●
●
–
Les partícules del material entren en contacte: enllaços superficials Similar a soldadura en fred
Sinterització ●
Augmentem cohesió i tenacitat de les peces
●
S'introdueixen en forn a T elevades
●
Afavorim unió entre àtoms
●
T elevades, però inferiors a fusió. Temps: 15' a 2h
UD 08. Pulverimetal·lúrgia ●
Avantatges del procés –
Estalvi energètic ●
–
Procés compacte ●
–
Treballem a T < T fusió
Obtenim peces amb forma definitiva sense intermedis
Minimització d'scrap (mermes) ●
Aprofitem tot el material – –
Estalvi de MMPP i productes) Molt important especialment amb materials cars