Resumen: Se utiliza el término de aleación, al producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto de dos o más elementos, los cuales son solubles en estado de fundición,




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títuloResumen: Se utiliza el término de aleación, al producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto de dos o más elementos, los cuales son solubles en estado de fundición,
fecha de publicación02.02.2016
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

ING. PROCESOS

ING.METALURGICA – AGOSTO 2015

.


ALEACIONES
Richard Condori Barrios, Universidad Nacional de San Agustín

RESUMEN: Se utiliza el término de aleación, al producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto de dos o más elementos, los cuales son solubles en estado de fundición, obteniendo como resultado un material mejorado, optimizando las propiedades fisicoquímicas y el uso de las mismas. Para seleccionar la aleación, se debe tomar en cuenta la composición química y física, propiedades biológicas, manipulación, costo, propiedades mecánicas, estética, lugar en el cual se realizará la restauración, de tal forma que su aplicación cubra las necesidades clínicas. Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.
PALABRAS CLAVE: Aleaciones. Restauraciones protésicas. Biocompatibilidad
Abstract: The term Alloy She USING, the homogeneous product of metallic properties composed of two or more elements, soluble child which in molten state , resulting m Improved material UN , optimizing the physicochemical properties and the use thereof . To select the Alloy, if you should take into account the composition chemistry and physics , biological properties, handling , cost , mechanical properties, aesthetics , Venue on what the Restoration , so will realize that your application meets the needs of clinics . Son Majority considered Mixtures Alloys, AL stable bonds occur between atoms of the elements involved . Exceptionally, some alloys generate chemical compounds.
Key Word: Alloys . Prosthetic restorations . biocompatibility


Richard Condori Barrios (richard_astec@hotmail.com)


INTRODUCCIÓN



Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductividad eléctrica y térmica, aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades físicas y químicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades mecánicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras pueden ser muy diferentes, de ahí el interés que despiertan estos materiales.

Las aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la concentración, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo simultáneamente la fase líquida y fase sólida como se puede apreciar en los diagramas de fase. Hay ciertas concentraciones específicas de cada aleación para las cuales la temperatura de fusión se unifica. Esa concentración y la aleación obtenida reciben el nombre de eutéctica, y presenta un punto de fusión más bajo que los puntos de fusión de los componentes. Preparación Históricamente, la mayoría de las aleaciones se preparaban mezclando los materiales fundidos. Más recientemente, la pulvimetalurgia ha alcanzado gran importancia en la preparación de aleaciones con características especiales. En este proceso, se preparan las aleaciones mezclando los materiales secos en polvo, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo de sus puntos de fusión. El resultado es una aleación sólida y homogénea. Los productos hechos en serie pueden prepararse por esta técnica abaratando mucho su costo. Entre las aleaciones que pueden obtenerse por pulvimetalurgia están los cermets. Estas aleaciones de metal y carbono (carburos), boro (boruros), oxígeno (óxidos), silicio (siliciuros) y nitrógeno (nitruros) combinan las ventajas del compuesto cerámico, estabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas y a la oxidación, con las ventajas del metal, ductilidad y resistencia a los golpes. Otra técnica de aleación es la implantación de ion, que ha sido adaptada de los procesos utilizados para fabricar chips de ordenadores o computadoras. Sobre los metales colocados en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbononitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal. Bombardeando titanio con nitrógeno, por ejemplo, se puede producir una aleación idónea para los implantes de prótesis.

La plata, el oro de 18 quilates, el oro blanco y el platino son aleaciones de metales preciosos. La aleación antifricción, el latón, el bronceel metal Dowla plata alemanael bronce de torpedo, el monel, el peltre y la soldadura son aleaciones de metales menos preciosos. Debido a sus impurezas, el aluminio comercial es en realidad una aleación. Las aleaciones de mercurio con otros metales se llaman amalgamas.(1)

PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS ALEACIONES
Las aleaciones deben tener las siguientes propiedades físicas:
a) Módulo de elasticidad, que define el grado de rigidez relativa que tendrá la aleación, de este modo a mayor módulo mayor rigidez, por lo que el módulo de elasticidad para las prótesis exige ser alto, ya que éstas deben resistir a la flexión.

b) Límite proporcional: es la tolerancia que el material soporte la mayor fuerza posible sin que sea deformado, valorando las cargas funcionales que ofrece la masticación.1,3

c) Porcentaje de elongación: referido a la cantidad de estiramiento que puede tener la aleación en el momento de ejercer presión sobre ella o en el momento de pulirla. La combinación del límite proporcional y la elongación porcentual genera el grado de manipulación que tendrá la aleación trabajada.

d) Dureza; que se refiere a la capacidad de resistencia al desgaste bajo una carga oclusal, sin que se genere deformación.1,2,5

e) Fuerza tensil: es la valoración de la máxima fuerza que puede tolerar la aleación en el momento de carga o tensión durante el proceso de masticación.

f) Tamaño del cristal: que define el tamaño de grano que tendrá la aleación. De esta forma, las aleaciones con menor tamaño de grano poseerán mejores propiedad físicas. 1,2,4

g) Expansión térmica, es la propiedad de un material de estirarse ante la presencia de variaciones de temperatura, lo que permite la ductilidad de un metal en el momento de ser trabajado.

h) Color: la mayoría de los materiales utilizados en odontología, tienen variaciones de color, debiéndose utilizar aquellos que tengan mayor semejanza al color natural de las piezas dentarias, de esta manera la elección del material dependerá del lugar donde sea aplicado y la resistencia que ofrezca esta zona a las fuerzas oclusales.

Se clasifican teniendo en cuenta el elemento que se halla en mayor proporción (aleaciones férricas, aleaciones base cobre, etc.). Cuando los aleantes no tienen carácter metálico suelen hallarse en muy pequeña proporción, mientras que si únicamente se mezclan metales, los aleantes pueden aparecer en proporciones similares.
PROPIEDADES QUIMICAS DE LAS ALEACIONES
Las propiedades químicas de las aleaciones, se refieren a la capacidad de éstas de poder ceder electrones en el proceso de ionización, permitiendo de este modo formar sales como los cloruros, sulfuros y carbonatos que actúan como agentes reductores. Los metales nobles presentan mayor estabilidad, sin embargo aquellos metales no nobles, pueden adquirir dicha propiedad cediendo electrones, para poder establecer enlaces con otros elementos, con el fin de formar una sustancia con propiedades más resistentes y duraderas. De esta forma la durabilidad de las aleaciones esta expresada en su estabilidad química, por lo que una estabilidad baja provocará la corrosión de las mismas.

TIPOS DE METALES UTILIZADOS EN ALEACIONES

Como ya se mencionó la aleación es la fusión de dos o más materiales metálicos o no metálicos con el fin de mejorar la función del metal base, por lo que en odontología, los materiales más utilizados son los derivados de:

A) Metales base o metales no nobles: estos materiales se utilizan para iniciar el proceso básico de la aleación, en este grupo están: a. Cobalto, que es un elemento de color blanco con poca capacidad dúctil en temperatura normal, y altamente maleable en temperaturas elevadas.

a). Níquel: es un elemento de color blanco, maleable, dúctil con alta resistencia a la corrosión que es pulido con facilidad, incrementando la dureza en aleaciones donde su utilizan metales nobles, sin embargo se le ha atribuido acciones tóxicas.

b). Cromo: es un material que se usa en aleaciones con hierro, níquel o cobalto, con el fin de aumentar la dureza de la preparación, teniendo como propiedad principal su brillo.1,2,5,8
c). Plata: es un material muy maleable siendo el mejor conductor de calor y electricidad, aumenta su ductilidad en adición con el paladio, y la resistencia no es modificada con otros metales.

d). Cobre: es un material muy dúctil que tolera bien los cambios de calor y electricidad, además de ser uno de los metales con alta dureza y resistencia.

e). Zinc: este material tiene como beneficio la disminución de la oxidación en procedimientos de colado, pudiendo aumentar la fragilidad de la aleación cuando se utiliza en grandes cantidades.

f). Indio: es un metal que ayuda a aumentar la ductilidad, debido a su grano pequeño, el cual permite de igual forma mejorar la fluidez en el procedimiento de colado.

g). Titanio: Es el material con mayor biocompatibilidad que tiene excelentes propiedades a la corrosión además de ser altamente resistente, la desventaja de éste es su fácil oxidación que limita la unión metal cerámica.1,2,8,9

B) Metales nobles: Entre los que se pueden mencionar a :

a. Oro: considerado como un metal altamente dúctil de resistencia baja, que permite aumentar la tolerancia a la decoloración y corrosión. Su asociación con el cobre, permite el tratamiento de endurecimiento y ablandamiento, además de lograr un bruñido más fácil y mejor adaptación a las preparaciones.1-3,5,9,10

b. Platino: es un material blanco, muy dúctil y maleable, que presenta alta resistencia a la pigmentación y corrosión, constituyéndose en un elemento de mayor endurecimiento a diferencia del cobre, debiendo utilizarse en cantidades muy pequeñas entre 3-5% de la composición total de la aleación ya que aumenta en forma importante la temperatura de fusión.1

c. Paladio: es un material blanco, maleable y dúctil, que presenta alta resistencia a la corrosión y pigmentación, que sin embargo disminuyen la densidad en la aleación dental, previniendo la corrosión de la plata.

d. Iridio: es un material que se caracteriza por aumentar la dureza y la firmeza de la aleación, y se constituye en el elemento que mayor dureza aporta a la corrosión, por lo que se utiliza en preparaciones donde se requiere mejorar las propiedades mecánicas de la mezcla.

e. Osmio: es un material difícilmente trabajable por su escasa ductilidad, siendo el elemento más duro de los materiales nobles, que se utilizan en colados, para luego ser desgastados. f. Rutenio: es un metal que endurece las aleaciones de platino y paladio por su alta resistencia a la corrosión.1,5,8,9



RESULTADOS



Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductividad eléctrica y térmica, aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades físicas y químicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades mecánicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras pueden ser muy diferentes, de ahí el interés que despiertan estos materiales.

Las aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la concentración, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo simultáneamente la fase líquida y fase sólida como se puede apreciar en los diagramas de fase. Hay ciertas concentraciones específicas de cada aleación para las cuales la temperatura de fusión se unifica. Esa concentración y la aleación obtenida reciben el nombre de eutéctica, y presenta un punto de fusión más bajo que los puntos de fusión de los componentes. Preparación Históricamente, la mayoría de las aleaciones se preparaban mezclando los materiales fundidos. Más recientemente, la pulvimetalurgia ha alcanzado gran importancia en la preparación de aleaciones con características especiales. En este proceso, se preparan las aleaciones mezclando los materiales secos en polvo, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo de sus puntos de fusión. El resultado es una aleación sólida y homogénea. Los productos hechos en serie pueden prepararse por esta técnica abaratando mucho su costo. Entre las aleaciones que pueden obtenerse por pulvimetalurgia están los cermets. Estas aleaciones de metal y carbono (carburos), boro (boruros), oxígeno (óxidos), silicio (siliciuros) y nitrógeno (nitruros) combinan las ventajas del compuesto cerámico, estabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas y a la oxidación, con las ventajas del metal, ductilidad y resistencia a los golpes. Otra técnica de aleación es la implantación de ion, que ha sido adaptada de los procesos utilizados para fabricar chips de ordenadores o computadoras. Sobre los metales colocados en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbononitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal. Bombardeando titanio con nitrógeno, por ejemplo, se puede producir una aleación idónea para los implantes de prótesis.

La plata, el oro de 18 quilates, el oro blanco y el platino son aleaciones de metales preciosos. La aleación antifricción, el latón, el bronceel metal Dowla plata alemanael bronce de torpedo, el monel, el peltre y la soldadura son aleaciones de metales menos preciosos. Debido a sus impurezas, el aluminio comercial es en realidad una aleación. Las aleaciones de mercurio con otros metales se llaman amalgamas.

Proceso de obtención


Históricamente para la obtención de una aleación se mezclan los diversos elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan y dejando luego solidificar la solución líquida formando una estructura granular cristalina apreciable a simple vista o con el microscopio óptico

La pulvimetalurgia desarrollada más recientemente, ha alcanzado gran importancia en la preparación de aleaciones con características especiales. En este proceso, se preparan las aleaciones mezclando los materiales secos en polvo, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo de sus puntos de fusión. El resultado es una aleación sólida y homogénea. Los productos hechos en serie pueden prepararse por esta técnica abaratando mucho su costo.

Otra técnica de aleación es la implantación de ion, que ha sido adaptada de los procesos utilizados para fabricar chips de ordenadores o computadoras. Sobre los metales colocados en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbononitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal. Bombardeando titanio con nitrógeno, por ejemplo, se puede producir una aleación idónea para los implantes de prótesis

1.1.1Procesos de fusión


Los componentes se calientan en un horno a una temperatura superior a las de fusión, se logra una mezcla homogénea y posteriormente se reduce la temperatura hasta que solidifican de nuevo.

1.1.2Electrólisis


Si el electrolito contiene en disolución cationes de los elementos que queremos alear, con el paso de una corriente eléctrica dichos iones se depositarán sobre el cátodo.

1.1.3Compresión


Mediante un proceso similar a la sinterización, se mezclan los materiales en forma de polvo o virutas, se aumenta la presión y se calienta la mezcla hasta temperaturas inferiores a la de fusión.

1.1.4Implantación de iones


El metal, colocado en una cámara de vacío, se disparan haces de iones de carbono, nitrógeno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal.

Tipos de aleaciones


En ingeniería las aleaciones pueden dividirse en dos tipos: ferrosas y no ferrosas.

La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, los aceros son aleaciones ferrosas, son importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas.

Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo. Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales como un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad.

Las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo.

Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.

Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones.

Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesos industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

La plata fina, el oro de 58 quilates, el oro blanco y el platino iridiado son aleaciones de metales preciosos.

El acero, el latón, el bronce, el metal Dow, la plata alemana, el bronce de torpedo, el monel, el peltre y la soldadura son aleaciones de metales menos preciosos.

Las aleaciones de metal y carbono (carburos), boro (boruros), oxígeno (óxidos), silicio (siliciuros) y nitrógeno (nitruros); conocidas como los cermets; combinan las ventajas del compuesto cerámico, estabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas y a la oxidación, con las ventajas del metal, ductilidad y resistencia a los golpes

Debido a sus impurezas, el aluminio comercial es en realidad una aleación. Las aleaciones de mercurio con otros metales se llaman Amalgamas|amalgamas.

Clasificaciones

1.1.5Mezclas sólidas


En estas aleaciones se pueden observar al microscopio las partículas correspondientes a cada uno de los metales, lo que demuestra que cada celda cristalina está formada por los iones de un solo metal. Esto sucede con las aleaciones de plomo y estaño, antimonio y plomo,etc.

1.1.6Disoluciones sólidas


Son disoluciones líquidas de dos o más metales que al solidificarse forman una mezcla homogénea o disolución sólidad y los iones de uno de los metales se encuentran distribuidos en la red cristalina del otro. Por ejemplo, el sistema plata-oro.

1.1.7Compuestos intermetálicos


Son aquellos en los que los átomos de los diferentes metales están en una proporción determinada formando verdaderos compuestos químicos. Por ejemplo, la aleación de magnesio-plomo, el latón, la cementita, etc.

1.1.8Ejemplo de aleaciones


Las aleaciones pueden fabricarse con el fin de que cumplan un grupo determinado de características.

Un caso importante en el que son necesarias unas características particulares es el diseño de cohetes y naves espaciales y supersónicas. Los materiales usados en estos vehículos y en sus motores deben pesar poco y ser muy resistentes y capaces de soportar temperaturas muy elevadas. Para soportar esas temperaturas y reducir el peso total, se han desarrollado aleaciones ligeras y de gran resistencia hechas de aluminio, berilio y titanio. Para resistir el calor generado al entrar en la atmósfera de la Tierra, en los vehículos espaciales se están utilizando aleaciones que contienen metales como el tántalo, niobio, volframiocobalto y níquel.

En los reactores nucleares se utiliza una amplia gama de aleaciones especiales hechas con metales como berilioboroniobiohafnio y circonio, que absorben los neutrones de una forma determinada.

Las aleaciones de niobio-estaño se utilizan como superconductores a temperaturas extremamente bajas.

En las plantas de desalinización se utilizan aleaciones especiales de cobre, níquel y titanio, diseñadas para resistir los efectos corrosivos del agua salina hirviendo.

Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación.

Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.

Aleaciones fusibles, aquellas aleaciones cuya temperatura de fusión es inferior a la de fusión del estaño (231º C).

La composición de estas aleaciones se elige de tal forma que en ellas entren los metales fusibles (estañoplomobismuto y otros), que forman eutéctica binaria, ternaria y cuaternaria. Las aleaciones fusibles Sn+Pb+Bi que contienen un 10% de Hg, tienen el nombre de amalgamas.

La temperatura de fusión de estas aleaciones es inferior a 100ºC. la aleación que contiene un 91,5% de Hg y 8,5% de Ti, tiene la menor temperatura de fusión (60º C).

Las aleaciones fusibles se emplean para la fabricación de modelos en la dentística (el arte dental), en calidad de soldaduras, para copias anatómicas, para cortacircuitos de tapón y sus fusibles.









REFERENCIAS


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2. Giraldo O. L. URL disponible en: http://www.slideshare.net/drdavidmar tinez/aleaciones-odontologia. Fecha de acceso 12 de marzo del 2013.

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4. Skinner; La ciencia de los materiales dentales; 9na Edición. Editorial. Interamericana; México; 1999; 559- 573. URL disponible en:

5. Acosta Várguez L., Chan Tzab B. Martín Arceo G., Sandoval Cen C., Sandoval Marfil J.L. Aleaciones para Revista de Actualización Clínica Volumen 30 2013 Email: rev.act.clin.med@gmail.com    Página1515  restauraciones dentales.http://www.slideshare.net/vi ctorpachecovazquez/aleacionespara-restauraciones-dentales.Fecha de acceso 12 de marzo del 2013.

6. Weinhold E.; Liberación de iones metálicos en el medio bucal por fenómeno de corrosión de aleaciones disponible en: http://www.saber.ula.ve/bitstream/12 3456789/16516/1/liberaciones_iones. pdf Fecha de acceso 20 febrero 2013.

7. Castillo de Oyagûe R. Ajuste de estructuras. Tesis doctoral. URL disponible en: https://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica1/aleacion.htm BUCM/tesis/odo/ucm-t27625.pdf Fecha de acceso. 12 de marzo del 2013. 2004: 25-

8. Macchi R.; Materiales; 2da Edición. Editorial Panamericana. 61- 95.

9. Phillips R. Ciencia de los materiales dentales. 9na Edición. Editorial Mc Graw Hill Interamericana; 1993: 339- 347, 441-454:663-667

10. Osorio Ruiz R., Sánchez Aguilera F. Arte y ciencia. Editorial Avances Medico-Dentales. Madrid. 2009; 359- 371.






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