Els materials metàl·lics
El ferro i l’acer
Materials metàl·lics no fèrrics
Fabricació amb metalls. Traçat i tall
Fabricació amb metalls. Deformació i arrancada de llimadures
Fabricació amb metalls. Unions i acabats
Fabricació industrial amb metalls.
13. Plom
Característiques
El plom és un metall de color gris argentat, molt tou, de densitat elevada, baixa
conductivitat elèctrica i tèrmica, flexible i mal·leable.
Pot ser laminat en fred, però no estirat en fils, ja que és molt poc dúctil i resisteix
malament la tracció.
Presenta afinitat per I'oxigen, la qual cosa fa que la seva superfície de tall, inicialment
brillant, s’oxidi en contacte amb l'aire i perdi la brillantor. Com en altres casos, la capa
d'òxid impedeix que el procés es propagui a l'interior de la massa metàl·lica.
És particularment resistent a la corrosió provocada pels àcids forts, com el clorhídric,
el sulfúric o el nítric. En canvi, és atacat per la major part dels àcids orgànics dèbils,
com I'àcid acètic.
En estat pur, es tracta d'un material extraordinàriament tou. Es pot ratllar amb I'ungla i
absorbeix molt bé les vibracions. Per aquest motiu, no sona quan el colpegem.
David Saura
14. Plom
Aplicacions del plom
La seva elevada densitat el fa opac a les radiacions electromagnètiques, per la qual
cosa s'utilitza com a escut protector en les instal·lacions mèdiques de radiologia i en
centrals nuclears.
Tradicionalment s'ha emprat per a fabricar canonades, però, actualment, ha estat
reemplaçat amb avantatge per altres materials.
Pel seu particular comportament davant dels àcids, s'utilitza per a fabricar recipients
que els hagin de contenir, com les bateries i els acumuladors elèctrics. En canvi, mai
no s'ha d'emprar com a envàs de productes alimentaris.
S'usa com a additiu en la indústria del vidre, al qual confereix major pes i duresa.
Aquesta característica el fa especialment útil en la indústria de producció de lents.
Els aliatges d'estany i plom s'utilitzen com a material d'aportació en l'anomenada
soldadura tova. Si s'hi afegeix una mica d'antimoni, se li confereix més duresa.
El plom constitueix un perillós verí mineral, ja que I'organisme humà és incapaç
d'eliminar-lo. La intoxicació per plom i els seus derivats s'anomena saturnisme i
produeix intensos dolors intestinals, al·lucinacions i hipertensió arterial.
David Saura
15. L'estany
Procés d'obtenció
Atesa la baixa riquesa en estany de la cassiterita, cal concentrar prèviament el mineral.
Per a fer-ho, es tritura i es renta amb la finalitat de separar la ganga.
Posteriorment, se sotmet a un procés de torrada per a eliminar els sulfurs que pugui
contenir.
Finalment, I'òxid d'estany es redueix en un forn de reverber, emprant antracita.
L'estany fos es recull en el fons del forn i es modela en blocs.
El procés d'afinament es duu a terme en una cisterna electrolítica. En aquest cas,
I'ànode està format per planxes d'estany brut i el càtode, per làmines d'estany pur.
David Saura
16. L'estany
Característiques
L'estany és un metall de color blanc brillant, molt tou, destructora cristal·lina, poc
dúctil però molt mal·leable.
La seva estructura cristal·lina es posa de manifest en doblegar una barra d'estany: se
sent un soroll característic, anomenat crit de I'estany, produït pel fregament dels
cristalls entre ells.
Pot ser laminat en fines planxes, que formen el paper d'estany.
Es molt estable i resistent als agents atmosfèrics a temperatura ambient, encara que
pot ser atacat amb àcids i productes alcalins.
David Saura
17. L'estany
Aplicacions de I'estany
El paper d'estany fou utilitzat abans de la Segona Guerra Mundial com a embalatge
d'aliments. En l'actualitat ha estat substituït amb avantatge pel paper d'alumini, pel
seu baix cost econòmic.
Per la seva resistència a I'oxidació, gairebé la meitat de la producció mundial d'estany
s'empra com a recobriment electrolític d'altres metalls, per exemple l'acer. D'aquesta
manera s'obté la llauna.
Tal com ja s'ha indicat, constitueix un element imprescindible en multitud d'aliatges:
Els diversos tipus de bronzes, en els quals participa en proporcions inferiors al 25%.
L'anomenat metall blanc (aliatge de coure, estany i plom), emprat en la fabricació de
coixinets.
Els aliatges fusibles, utilitzats per a construir components elèctrics de control, i la
soldadura tova, formada a partir d'estany i plom.
David Saura
18. El zinc
Procés d'obtenció
La via humida, més recent, consisteix a tractar el mineral triturat amb una solució
d'àcid sulfúric. El zinc es dissol en forma de sulfat de zinc i les impureses precipiten.
La solució es tracta més tard per mètodes electrolítics per a recuperar el zinc.
Característiques
El zinc és un metall de color gris blavenc, brillant, fràgil en fred i relativament tou.
És inalterable a l'aire sec, però l'aire humit l’oxida i fa que perdi la brillantor. La capa
d'òxid que I'entela el protegeix d'una oxidació més profunda. No resisteix l'acció dels
àcids ni dels agents alcalins.
David Saura
19. El zinc
Aplicacions del zinc
A causa de la seva resistència, s'ha utilitzat tradicionalment en forma de planxes per a
cobertes, canonades i baixats.
Forma part d'alguns aliatges importants, com els llautons, els bronzes i l'alpaca
(aliatge de coure, níquel, zinc i estany).
La seva principal aplicació és el recobriment de peces de ferro i acer per mitjà dels
processos de galvanització.
- Per mitjà de la galvanització electrolítica s'aconsegueix de recobrir les peces amb
una prima capa de zinc, de 10 o 12 micres, que les protegeix de la corrosió. Resulta
costós a causa del seu gran consum energètic.
- La galvanització en calent consisteix a submergir les peces que es desitja recobrir en
un bany de zinc fos durant un curt període de temps. Amb això s'aconsegueix una
capa de recobriment de 50 a 60 micres, amb un cost energètic unitari molt menor.
Aquest procediment s'empra actualment per a protegir les estructures que han de
quedar a la intempèrie, com ara fanals, semàfors, torres d alta tensió, reixes i tanques
protectores de les carreteres.
David Saura
20. El níquel
Procés d’obtenció
Per a obtenir níquel metàl·lic se segueix un procés similar al del coure: de primer, es
tritura i es mol el mineral i se separen els sulfurs per flotació; després, es torra la
mescla fins a obtenir la mata d'òxid de níquel; posteriorment, es redueix amb carboni i,
finalment, s'afina el metall per mètodes electrolítics, utilitzant ànodes de níquel impur i
càtodes formats per làmines de níquel pur.
Característiques
El níquel és un metall de color blanc brillant, mitjanament dur, tenaç, dúctil i mal·leable.
Juntament amb el ferro i el cobalt forma el grup de materials ferromagnètics.
És molt resistent a la corrosió, tant dels agents atmosfèrics com dels àcids i les
substàncies alcalines.
David Saura
21. El níquel
Aplicacions del níquel
A causa de la seva gran resistència a la corrosió, s'empra en la indústria alimentària i en la
química per al revestiment electrolític de xapes d'acer dolç. Aquest mètode s'anomena
niquelatge.
Els aliatges que contenen níquel es classifiquen segons el percentatge d'aquest metall.
Entre els d'alt percentatge en níquel, en què aquest metall arriba a assolir fins al 80%,
destaquen l'aliatge amb ferro, al qual confereix gran resistència a la corrosió i del qual
millora les propietats magnètiques; el nicrom, emprat per a fabricar resistències elèctriques a
causa de la seva alta resistivitat, i I'invar, emprat en rellotgeria pel seu coeficient de dilatació
pràcticament nul.
En els de baix contingut en níquel, el seu percentatge de presencia no supera el 15%.
Acostuma a formar aliatge amb ferro i acer per a millorar-ne les característiques mecàniques
i per a facilitar els tractaments de tremp.
Els materials que se n'obtenen resulten molt resistents a l'acció dels agents atmosfèrics i
dels agressius químics, per la qual cosa s'acostumen a emprar per a fabricar estris de cuina,
material quirúrgic i de laboratori, i acumuladors d'energia elèctrica.
David Saura
22. El crom
Procés d’obtenció
Per a extreure el crom, S'utilitza el mètode Goldschmidt, que consisteix a reduir la
cromita per torrada emprant alumini en pols. D'aquesta manera s'aconsegueix un
material parcialment impurificat amb ferro, anomenat ferrocrom.
Si es vol obtenir el metall en estat pur, se'l sotmet a un procés d'afinament electrolític,
partint d'una solució d'àcid cròmic i emprant un ànode de plom.
Característiques
El crom és un metall de color blanc brillant, molt dur, fràgil i d'estructura cristal·lina.
És molt resistent a I'oxidació i a la corrosió, i suporta bé les altes temperatures, tot
conservant el seu aspecte brillant.
David Saura
23. El crom
Aplicacions del crom
Per la seva gran resistència a la corrosió deguda als agents atmosfèrics i a altres
agents químics, s'empra freqüentment per al recobriment electrolític d'altres metalls.
Aquesta tècnica s'anomena cromat.
Tanmateix, aquesta capa resulta molt porosa i trencadissa, atès el caràcter fràgil del
crom. Per aquest motiu, el metall s'ha de recobrir, de primer, d'una capa de coure o
níquel i, posteriorment, es diposita la de crom.
L'acer al crom és un aliatge d'extraordinària utilitat industrial ja que s'empra en la
fabricació de cigonyals i coixinets de rodament per la seva gran duresa, tenacitat i
resistència a la tracció. També s'utilitza en blindatges i maquinària de tall.
Constitueix, juntament amb el níquel, un altre dels constituents bàsics de l'aliatge dels
anomenats acers inoxidables i dels que s'empren en la fabricació de resistències
elèctriques.
El crom en estat pur no és tòxic, però sí que ho són els seus compostos, els cromats,
que s'absorbeixen per via cutània i via respiratòria i produeixen trastorns digestius,
úlceres i irritacions de la pell molt doloroses.
David Saura
24. El tungstè
Procés d’obtenció
La metal·lúrgia és relativament senzilla, però I'elevat punt de fusió del metall dificulta
el tractament del producte final. Els minerals es fonen amb carbonat de sodi per a
obtenir una sal soluble que conté el tungstè. Posteriorment, es tracta amb àcid
clorhídric per a obtenir òxid de tungstè, W03, que precipita en el fons de l'atuell.
Finalment, es redueix I'òxid mitjançant un corrent d'hidrogen en un forn elèctric.
D'aquesta manera s'obté pols de tungstè, que, després, es rescalfa per a sintetitzar-lo,
compactar-lo, forjar-lo i laminar-lo.
Característiques
El tungstè és un metall de color gris acerat, molt dur i pesant i de bona conductivitat
elèctrica.
A causa de la seva duresa, resulta difícil de mecanitzar. Tot i que és molt dúctil, per a
obtenir fils d'aquest metall cal fer servir fileres de diamant.
Resisteix l'acció dels àcids i els àlcalis, encara que es atacat pel clor. Té el punt de
fusió més elevat de tots els metalls.
David Saura
25. El tungstè
Aplicacions del tungstè
Per la seva elevada ductilitat -es pot estirar en fils de fins a 0,01 mm de diàmetre, la
seva bona conductivitat elèctrica i el seu elevat punt de fusió, resulta especialment
apropiat per a fabricar filaments de làmpades d'incandescència i per a resistències de
forns elèctrics.
Associat amb el carboni, forma carbur de tungstè, d'una extraordinària duresa.
Aquesta substància s'empra en la fabricació d'eines de tall i de matrius per a treballs
en calent, amb els noms de widia i estelita, respectivament.
Juntament amb el crom, el níquel i el cobalt, s'empra com a constituent dels aliatges
per a obtenir acers imantats.
En materials aglomerats, s'associa al citani i al tàntal per a fabricar eines de tall ràpid.
Tanmateix, a causa de la duresa del material, aquestes eines resulten fràgils i s'han
d'emprar en màquines amb baixes vibracions.
David Saura
26. El mercuri
Procés d’obtenció
El tractament del mineral per a I'obtenció del mercuri líquid és relativament senzill, a
causa del seu baix punt d'ebullició.
El cinabri se sotmet a un procés de torrada en presència d'aire. El mercuri es
volatilitza i els seus vapors són conduïts a dispositius de condensació hermèticament
tancats on el mercuri es condensa i es recull en estat líquid.
Característiques
El mercuri és un líquid de color argentat i brillant, de densitat molt elevada, bon
conductor de I'electricitat i amb un elevat coeficient de dilatació tèrmica.
És capaç de dissoldre gairebé tota la resta de metalls, excepte el ferro, el níquel, el
molibdè i el tungstè. Amb aquests no forma dissolució, sinó amalgames pastables a
temperatura ambient que s'endureixen amb el temps.
David Saura
27. El mercuri
Aplicacions del mercuri
S'empra per a fabricar termòmetres i baròmetres, ja que la seva dilatació és uniforme a
qualsevol temperatura. Les amalgames de mercuri amb altres metalls s'utilitzen en
odontologia com a obturació de dents.
Modernament s'empra en electricitat per a fabricar làmpades fluorescents a base de
vapor de mercuri i piles de botó d'elevat rendiment i de dimensions reduïdes.
Tal com ocorre amb el plom, el mercuri es molt verinós, ja que I'organisme és incapaç
d'eliminar-lo. A causa del seu baix punt d'ebullició, pot produir vapors
extraordinàriament perillosos, ja que la principal via d'intoxicació és la respiratòria.
La intoxicació per aquest metall s'anomena hidrargirisme i es manifesta amb
ulceracions de les genives, ennegriment de les dents, vòmits, diarrees, tremolors, etc.
David Saura
28. El titani
Característiques
El titani és un metall de color blanc argentat, brillant, lleuger, molt dur i de gran
resistència mecànica.
S'oxida parcialment i és atacat pels àcids forts, però suporta molt bé la corrosió dels
agents atmosfèrics.
Aplicacions del titani
A causa de la seva densitat relativament baixa i la seva resistència mecànica, s'utilitza
per a la construcció del fusellatge d'avions, coets i llançadores espacials, ja que els
seus aliatges resulten més durs que els de l'alumini, al mateix pes. També és present
en els aliatges d'alguns acers ordinaris i dels inoxidables.
Els seus aliatges resulten particularment durs i resistents. El carbur de titani,
especialment refractari, s'utilitza en la fabricació d'aixetes de turbines, en la indústria
aerospacial i en eines de tall.
Mesclat amb carbur de tungstè i afegint-hi una mica de cobalt i níquel, s'empra en la
fabricació de fileres d'extrusió i moles d'esmolament.
David Saura
29. El magnesi
Procés d’obtenció
Es pot obtenir per mitjà de dos procediments: per tractament tèrmic i per electròlisi.
El tractament tèrmic s'aplica ais silicats i carbonats de magnesi. Consisteix a sotmetre'ls a
elevades temperatures en un forn elèctric juntament amb agents reductors de I'oxigen.
D'aquesta manera s'allibera el magnesi metàl·lic.
L’electròlisi s'aplica al clorur de magnesi fos, el qual es col·loca en una cisterna que fa de
càtode i on s'introdueix una barra de carbó que fa d'ànode. El magnesi alliberat en estat de
fusió, com que és menys dens que el clorur, queda surant al seu damunt, es retira mitjançant
una cullera i s'aboca en motlles.
Característiques
El magnesi és un metall de color blanc brillant, molt lleuger, tou, mal·leable i poc dúctil.
És inalterable en aire sec, però la humitat provoca l'aparició d'una capa de carbonat molt
porosa que no protegeix el metall, de manera que, amb el temps, arriba a corroir-se per
complet.
Té una gran afinitat per I'oxigen, amb el qual reacciona d'una manera molt ràpida quan està
finalment polvoritzat.
David Saura
30. El magnesi
Aplicacions del magnesi
La seva combustió gairebé explosiva en va determinar la utilització com a flaix de les
antigues càmeres fotogràfiques. Actualment, aquesta propietat s'empra en làmpades
de llampada o de flaix i en pirotècnia.
S'utilitza com a agent reductor per a obtenir altres metalls, com el titani, el zirconi, el
tàntal i I'urani, a partir dels seus clorurs.
A causa de la seva densitat extraordinàriament baixa, forma aliatges ultralleugers (de
densitat inferior a 2 000 kg/m3 ) amb altres metalls, com el manganès, el zinc i l'alumini.
Aquests aliatges s'empren en la indústria aeronàutica i en la fabricació de bicicletes,
automòbils i motocicletes de competició.
Segons la seva composició, els aliatges ultralleugers es classifiquen en aliatges per a
fosa i aliatges per a forja. Entre aquests darrers destaquen l'aliatge magnam (1 % a 2%
de manganès), el magzin (2% a 3% de zinc) i el magal (7% a 9% d'alumini).
David Saura
