El bronce de bismuto o el latón de bismuto es una aleación de cobre que normalmente contiene 1-3% de bismuto en peso, aunque algunas aleaciones contienen más de 6% de Bi. Esta aleación de bronce es muy resistente a la corrosión , una propiedad que la hace adecuada para su uso en entornos como el océano. Los bronces de bismuto y los latones son más maleables , térmicamente conductores y se pulen mejor que los latones normales. La aplicación industrial más común de estos metales son los cojinetes, sin embargo, el material se ha utilizado desde finales del siglo XIX como utensilios de cocina y espejos. El bronce de bismuto también se encontró en cuchillos ceremoniales incas en Machu Picchu . [1] Recientemente, la presión para la sustitución de metales peligrosos ha aumentado y, con ello, el bronce de bismuto se comercializa como una alternativa ecológica a los cojinetes y bujes de bronce con plomo.
Historia
El artefacto más antiguo conocido que contiene bronce de bismuto es un cuchillo Inca de Perú, encontrado en 1912. Es cuestión de conjeturar si la aleación se eligió por sus propiedades metalúrgicas que facilitaron la fundición o por su acabado más blanco y brillante. Es poco probable que la inclusión del bismuto fuera accidental, como probablemente fue el caso de la mayoría de los bronces tempranos que contenían bismuto, lo que hace que esta sea la evidencia más temprana de la adición intencional de bismuto a una aleación. [1] El bronce de bismuto fue redescubierto en la década de 1880 por James Webster para cables telegráficos. Webster desarrolló dos aleaciones de bismuto, estaño y bronce. Una aleación se desarrolló como un primer intento de producir bronce resistente a la corrosión y se describió como "dura, tenaz y sonora". Webster también indicó que esta aleación en particular también se adaptaba bien a las cuerdas de piano. Otra de las primeras aleaciones de Webster se describió como "duradera y brillante" y luego se usó en utensilios de cocina debido a su brillo y deslustre lento. La capacidad de esta aleación en particular para mantener el esmalte la hizo útil como reflector de luz o como material de espejo, por lo que continuó usándose hasta el siglo XX [2] [3]
En la década de 1990, el fabricante de autopartes Federal Mogul comenzó a desarrollar bronces de bismuto como una alternativa a los bronces que contienen plomo debido a la creciente presión sobre la eliminación del plomo de aplicaciones industriales y de consumo. El bismuto es un metal pesado no tóxico y, dado que la legislación como la Restricción de sustancias peligrosas de la UE o la Ley estadounidense de reducción del plomo en el agua potable continúan regulando la cantidad de plomo que puede haber en un producto o ambiente, más libre de plomo Se han desarrollado materiales alternativos que mantienen las propiedades de sus predecesores de plomo sin contener plomo . El bismuto es un reemplazo especialmente apropiado para los cojinetes de bronce con plomo porque, al igual que el plomo, el bismuto es insoluble en cobre y forma microglóbulos similares que imitan al plomo. [4]
Caracteristicas
Estructura
El "bronce de bismuto" moderno no es técnicamente ni una aleación ni un bronce, sino un material compuesto que contiene latón y bismuto (aunque todavía se utilizan algunos bronces ). Debido a que el bismuto, como el plomo, es insoluble en cobre, existe como microglóbulos discretos de bismuto dentro de los límites de grano de la aleación que se comportan como partículas de bismuto. Estas partículas se deforman fácilmente dentro de la estructura cristalina y a través de la superficie del metal para actuar como un lubricante sólido de bajo cizallamiento en casos de baja lubricación. El selenio se agrega a las aleaciones rojas de cobre-bismuto porque fortalece las propiedades del bismuto del material. Dado que el bismuto líquido puede provocar la fragilización de una aleación, se debe tener cuidado al procesar y reciclar estos materiales. [5] [6] [7]
Propiedades
Los bronces de bismuto modernos en el mercado se desarrollan para tener propiedades similares a los bronces con plomo, y muchos de ellos tienen propiedades mecánicas casi idénticas a las aleaciones con plomo comunes, como maquinabilidad y alta conductividad térmica. [8] También tienen una alta lubricidad , lo que los hace ideales para capas externas en piezas de máquinas que están sujetas a desgaste, como cojinetes y platos oscilantes . [9] El bronce de bismuto y estaño no es fácilmente corrosivo para el agua; el bismuto preliminar no se oxida fácilmente .
Aplicaciones
Originalmente, el bronce de bismuto y estaño se desarrolló para cables telegráficos. Sin embargo, a finales del siglo XIX y principios del XX, el bronce se volvió más utilizado en espejos, reflectores, utensilios de cocina y cables de piano. Cayó en desuso en la primera mitad del siglo XX. [3]
Las aleaciones modernas de bronce con bismuto se comercializan como una alternativa ecológica al plomo, a menudo se eligen sobre los bronces con plomo menos costosos debido a la regulación ambiental. [10] Se encuentran como una capa superficial en componentes automotrices o mecánicos que reciben un gran desgaste, como bombas de pistón hidráulicas. Estas aleaciones también se utilizan comúnmente en cojinetes o casquillos en sistemas tribológicos . Además, se fabrican algunos accesorios de plomería de bronce de bismuto.
Procesando
Fundición
Las piezas fundidas de bronce de bismuto sin plomo se producen mediante moldes congelados. Las características de la arena se utilizan para aumentar la velocidad de enfriamiento de las piezas fundidas de bronce porque las partículas de arena tienen una conductividad térmica más alta , un tamaño de grano más grande y una forma esférica. El molde tiene un alto potencial de enfriamiento. Cuando el molde se congela, el hielo cerca de la superficie se contrae para formar metal fundido y se descongela inmediatamente.
Extrusión y recocido
Otra forma en que se puede procesar el latón de bismuto incluye la varilla de latón de extrusión mediante mecanizado para darle al material la forma deseada. Luego, el material se templa para aliviar la tensión causada por el mecanizado. El material se recuece a una determinada temperatura y tiempo de recocido en función de la composición del material. El tiempo se selecciona para limitar el movimiento de difusión del bismuto. Esto reduce el agrietamiento del accesorio. [11]
- Troquel de extrusión en caliente de aluminio. Similar a las matrices de extrusión de latón.
El anverso de una familia de cuatro muere. Como referencia, la matriz tiene 228 mm (9,0 pulgadas) de diámetro.
Cerca de la forma cortada en el troquel. Observe que las paredes están redactadas y que el grosor de la pared posterior varía.
Dorso de la matriz. El grosor de la pared de la extrusión es de 3 mm (0,12 pulg.).
Atomización de agua
La atomización de agua a alta presión es un método de procesamiento de latón de bismuto. Esta es una forma de solidificar rápidamente la aleación de metal . Un metal líquido se dispersa en gotitas por el impacto de chorros de agua a alta presión. Es un proceso de bajo costo para lograr una distribución de partículas finas en polvos de hierro , acero inoxidable y metales de baja aleación. Esta es una forma de solidificar rápidamente la aleación de metal. Una limitación de la atomización del agua es la pureza del polvo. Para los metales que se inclinan a la oxidación , este es un problema importante. [12]
Referencias
- ^ a b Gordon, Robert B .; Rutledge, John W. (1984). "Bronce Bismuto de Machu Picchu, Perú". Ciencia . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. 223 (4636): 585–586. Código Bibliográfico : 1984Sci ... 223..585G . doi : 10.1126 / science.223.4636.585 . JSTOR 1692247 . PMID 17749940 . S2CID 206572055 .
- ^ Materiales de Ingeniería . John Wiley e hijos. 1890 . Consultado el 13 de abril de 2013 .
- ^ a b "Fórmulas, recetas y procesos del siglo XX de Henley" . La editorial Norman W. Henley. 1916 . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ Vetterick; et al. (2010). "NUEVOS MATERIALES DE RODAMIENTOS DE BRONCE SIN PLOMO PRODUCIDOS POR PROCESAMIENTO DE METALURGIA EN POLVO" (PDF) . MPIF. pag. 2 . Consultado el 13 de abril de 2013 .
- ^ "Nuevos materiales para cojinetes de bronce sin plomo producidos por procesamiento de pulvimetalurgia" (PDF) . Mpif.org . Consultado el 26 de noviembre de 2013 .
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- ^ Davis, Joseph R. (enero de 2001). Cobre y aleaciones de cobre - Google Books . ISBN 9780871707260. Consultado el 26 de noviembre de 2013 .
- ^ "Barras de bronce: bronce sin plomo y bronce de fundición continua" . Reliablebronze.com . Consultado el 26 de noviembre de 2013 .
- ^ "Recubrimientos a base de cobre sin plomo con bismuto para compresores de plato cíclico" . Osdir.com. Archivado desde el original el 30 de junio de 2013 . Consultado el 26 de noviembre de 2013 .
- ^ "Plomería de aleaciones en el flujo de chatarra" . Copper.org . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ "Patente US8211250 - Método de procesamiento de un artículo de latón de bismuto - Patentes de Google" . Consultado el 26 de noviembre de 2013 .
- ^ Yefimov, NA (24 de febrero de 2009). Manual de polvos de metales no ferrosos: tecnologías y aplicaciones - Oleg D Neikov, Stanislav Naboychenko, Irina B Mourachova, Victor G Gopienko, Irina V Frishberg, Dina V Lotsko - Google Books . ISBN 9780080559407. Consultado el 26 de noviembre de 2013 .