Propiedades del Níquel

Propiedades del Níquel:
Borja Rodríguez Frade
El Níquel metal de transición con símbolo químico Ni, con una abundancia en la
corteza terrestre del 0,008%, tiene un número atómico de 28 y peso 58,71 g/mol. Se
conocen 5 isótopos estables del níquel 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni y 64Ni. Posee una densidad
media de 8,908 g/ml, con puntos de fusión y ebullición respectivos de 1726 K (1453ºC)
y 3003 K (2730ºC), se usa en gran cantidad como aleante de los aceros para darles
propiedades de anticorrosivas y resistentes, formar superaleaciones o baterías
recargables. El Níquel se obtiene principalmente de 4 minerales Pirita Roja (NiAs),
Garnierita (SiO4H2(Ni,Mg)), Pentlandita (Fe3S4.CuFeS2.NiS), y Pirrotita (SNi). El
Níquel está lejos de los 5 metales más usados, pero su producción anual es
cualitativamente importante.
El sistema de cristalización del Níquel es cúbico centrado en las caras (fcc),
durante todo el rango de temperaturas en estado sólido carece variedades alotrópicas.
Esta característica elimina un posible dimensionamiento del material a una
dilatación/contracción por el cambio de sistema. El coeficiente de dilatación térmica es
bajo (13.10-6 ªC-1) ayuda a construir materiales con índices de dilatación térmica
bastante bajos.
El Níquel tiene como estados de oxidación +3, +2, y 0 (levemente básico), tiene
propiedades de resistencia a la corrosión en ambientes acuosos y marinos muy elevada y
por eso se usa en la fabricación de recubrimientos de materiales para medios hostiles,
como cascos de barcos. Cuando trabajamos en atmósferas sulfúricas el níquel se
degrada formando un eutéctico SNi-Ni.
Debido a su elevado punto de fusión el níquel se comporta bien a altas
temperaturas, siendo estable sin aparecer el fenómeno de fluencia, y su comportamiento
ante la oxidación también es muy bueno, por eso es un material clave en los
recubrimientos.
Debido a todas estas propiedades el níquel también se usa como material aleante
en las denominadas superaleaciones; materiales metálicos que mantienen sus
propiedades químicas y mecánicas a temperaturas de 1100ºC.
El Níquel no se usa como único elemento aleante, sino con cobre y cromo sobre
todo. Existe una amplia gama de aceros al cobre-níquel, y en cuanto a revestimientos
cromo-níquel van en cantidades 1:2.5, para mejorar tenacidad, ductilidad,
templabilidad, y resistencia a la corrosión y desgaste.
Otras aplicaciones del níquel como elemento aleante es en aceros bonificables,
para conferirles buena templabilidad, acuñación de monedas, como metal monel con
buena resistencia a condiciones hostiles como baños de ácido sulfúrico, alpacas como
material para la fabricación de cubiertos de mesa y ornamentación y también se usa
como conductores, y el constantán otra aleación con bajo coeficiente de dilatación y
baja conductividad lo cual es útil para fabricar termopares.
El Níquel tiene unas grandes propiedades mecánicas lo que hace que se alee con
muchos materiales para mejorar sus propiedades de dureza, resistencia al desgaste,
tenacidad…
El níquel es un material dúctil, por
lo que tiene una prolongada zona plástica.
En la zona elástica alargamientos
y tensiones son proporcionales según una
constante E (Módulo de Young = 21.000
kg/mm2), la cual varía sustancialmente
según a temperatura.
La resiliencia es la energía que es
capaz de absorber el material, mientras
está en la zona elástica (15 kg/mm2), en
el caso del níquel como material dúctil tiene la capacidad de absorber una buena
cantidad de energía antes de que deformaciones y esfuerzos no tengan una dependencia
lineal.
El níquel es un material dúctil, por lo que tiene una prolongada zona plástica.
Esta propiedad es importante ya que el
estiramiento en forma de láminas e hilos
se basa en las propiedades plásticas de
deformación del material. En el caso del
níquel tiene buenas propiedades de
tenacidad (Límite de Rotura: 47 kg/mm2),
que es la capacidad de absorber energía en
la zona plástica (tras superar el límite de
fluencia) y seguir deformándose y no
romper inmediatamente como un material
frágil (como una cerámica), así podemos
estirarlo en planchas o en hilos con mayor
o menor dificultad según condicionantes
de temperatura, tratamientos térmicos, y
elementos aleados en él.
Un elemento muy perjudicial para el níquel es el azufre como ya se ha
comentando, hace que sus propiedades mecánicas de dureza se ven reducidas, por ello
se somete a un proceso de desulfuración.
La dureza, que es la resistencia que ejerce el material a ser rayado, no es elevada
en el níquel ya que es rayado sin excesiva dificultad, en la escala Mohs tiene un 4 sobre
10 (110 HB en estado puro), la cual varía bastante según la aleación y los elementos
aleantes.
Otros factores a tener en cuenta son la capacidad de estricción entre 50% y 75%,
y el alargamiento entre 40% y 65%.
Se debe mencionar la importancia de la temperatura en todas las propiedades,
excepto el módulo de Young, que según elevamos la temperatura los límites de
resistencia se reducen. Existen aleaciones de níquel termoelásticas las cuales tienen
altos coeficientes de elasticidad, a altas temperaturas.
En lo relacionado con las propiedades físicas el níquel es un material conductor,
del calor (90,7 Wm-1K-1) y de la electricidad (14,3 x 106 m-1Ω-1), aunque lejos de los más
conductores donde cobre y plata tienen cerca de 4.5 veces más poder de conducción
eléctrico. En lo referente a dilatación térmica está en
torno a 13.10-6 ºC-1, la cual no es muy elevada pero
si hay que tenerla en cuenta en la fabricación de
piezas de gran longitud como vías de tren, ya que
tiene una gran importancia este coeficiente.
Otro tipo de propiedades son las de carácter
magnético, capacidad que tienen para crear campos
magnéticos, debido a la existencia de electrones
desapareados en los metales de transición
provocando un ordenamiento tridimensional, a estos
materiales se les llama ferromagnéticos (se pegan a
los imanes), los cuales tienen permeabilidades muy
superiores a la del vacío (μ0=4π.10-7 T.m/A) varios
órdenes de magnitud superiores, y por lo tanto atraen el campo magnético hacia el
interior, evitando que el flujo magnético se disperse por el aire, siendo muy útiles en
circuitos magnéticos.
Existen aleaciones con grandes propiedades magnéticas como el Alnico y se usa
para la fabricación de imanes permanentes.
El núcleo de la Tierra está formado por hierro y níquel dos materiales que tiene
grandes propiedades magnéticas, y responden según la figura, haciendo que la Tierra
sea un gran imán.
En el caso del níquel puro la temperatura de Curie 633 K (360ºC), es el cambio
de ferromagnético a amagnético, pierde todas sus propiedades magnéticas, mientras que
cuanto más lo enfriemos mejor conductor se vuelve y mejor son sus propiedades
magnéticas.
Bibliografía
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www.monografias.com
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Apuntes de Ciencias de Materiales
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www.wikipedia.es
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www.universia.net
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Introducción a la Ciencia de Materiales para ingenieros, James Shackelford Ed.
Pearson Madrid 2005
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Ciencia e Ingeniería de Materiales, José Antonio Pero-Sanz Editorial CIE,
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