Mecanizado de Metales Preciosos

Los metales preciosos pueden ser particularmente difíciles de mecanizar debido a su amplia gama de propiedades de los materiales y el alto costo si una pieza tiene que ser desechada. El siguiente artículo presentará estos elementos y sus aleaciones, así como una guía sobre cómo mecanizarlos de forma eficaz y eficiente.

Sobre los elementos

Llamados a veces metales «nobles», los metales preciosos están formados por ocho elementos que se encuentran en el centro de la tabla periódica (vistos a continuación en la figura 1). Los ocho metales son:

1. Rutenio (Ru)
2. Rodio (Rh)
3. Paladio (Pd)
4. Plata (Ag)
5. Osmio (Os)
6. Iridio (Ir)
7. Patino (Pt)
8. Oro (Au)

Estos elementos son algunos de los materiales más raros de la tierra, y por lo tanto pueden ser enormemente caros. El oro y la plata pueden encontrarse en forma de pepitas puras, por lo que son más fáciles de conseguir. Sin embargo, los otros seis elementos suelen encontrarse mezclados en el mineral en bruto de los cuatro metales a los que se sitúan por debajo en la tabla periódica: Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Cobre (Cu). Estos elementos son un subconjunto de los metales preciosos y se denominan generalmente Metales del Grupo del Platino (MGP). Como se encuentran juntos en el mineral en bruto, esto dificulta su extracción, lo que aumenta drásticamente su coste. Debido a su elevado precio, el mecanizado de estos materiales a la primera es increíblemente importante para la eficiencia de un taller.

Propiedades y composiciones básicas de los metales preciosos

Los metales preciosos tienen propiedades materiales notables ya que son característicamente blandos, dúctiles y resistentes a la oxidación. Se denominan metales «nobles» por su resistencia a la mayoría de los ataques químicos y ambientales. La tabla 1 enumera algunas de las propiedades materiales de los metales preciosos en su forma elemental. A efectos de comparación, se comparan con el aluminio 6061 y el acero 4140. Por lo general, sólo se utilizan el oro y la plata en su forma más pura, ya que los metales del grupo del platino son aleaciones compuestas principalmente por platino (con una composición menor de Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Los metales preciosos destacan por ser extremadamente densos y tener un punto de fusión elevado, lo que los hace adecuados para una gran variedad de aplicaciones.

Tabla 1: Propiedades de los materiales trabajados en frío de los metales preciosos, el acero 4140 y el aluminio 6061

Aplicaciones comunes de mecanizado de los metales preciosos

La plata y el oro tienen una conductividad térmica y una resistividad eléctrica especialmente favorables. Estos valores se enumeran en la Tabla 2, junto con el CC1000 (cobre recocido) y el aluminio 6061 recocido, a efectos de comparación. El cobre se utiliza generalmente en el cableado eléctrico debido a su resistividad eléctrica relativamente baja, aunque la plata sería un mejor sustituto. La razón obvia por la que esto no es la convención general es el coste de la plata frente al cobre. Dicho esto, el cobre suele estar chapado en oro en las zonas de contacto eléctrico porque tiende a oxidarse tras un uso prolongado, lo que disminuye su resistividad. Como ya se ha dicho, el oro y los demás metales preciosos son conocidos por su resistencia a la oxidación. Esta resistencia a la corrosión es la razón principal por la que se utilizan en los sistemas de protección catódica de la industria electrónica.

Tabla 2: Conductividad térmica y resistividad eléctrica de la Ag, el Au, el Cu y el Al

El platino y sus respectivas aleaciones ofrecen la mayor cantidad de aplicaciones, ya que pueden alcanzar una serie de propiedades mecánicas diferentes sin perder las ventajas de un metal precioso (alto punto de fusión, ductilidad y resistencia a la oxidación). La tabla 3 enumera el platino y una serie de otros MGP, cada uno con sus propias propiedades mecánicas. La variación de estas propiedades depende del elemento o elementos de aleación que se añadan al platino, del porcentaje de metal de aleación y de si el material ha sido trabajado en frío o recocido. La aleación puede aumentar significativamente la resistencia a la tracción y la dureza de un material, al tiempo que disminuye su ductilidad. La relación entre este aumento de la resistencia a la tracción/dureza y la disminución de la ductilidad depende del metal añadido y de la cantidad añadida, como se ve en la Tabla 3. En general, esto depende del tamaño de las partículas del elemento añadido, así como de su estructura cristalina natural. El rutenio y el osmio tienen una estructura cristalina específica que tiene un importante efecto de endurecimiento cuando se añaden al platino. Las aleaciones de Pt-Os, en particular, son extremadamente duras y prácticamente inviables, lo que no permite muchas aplicaciones en el mundo real. Sin embargo, la adición de los otros 4 PGM al platino permite una gama de propiedades mecánicas con diversos usos.

Tabla 3: Propiedades de los materiales PGM (Nota: la dureza y la resistencia a la tracción son valores trabajados en frío)

El platino y sus aleaciones son biocompatibles, lo que les confiere la capacidad de ser colocados en el cuerpo humano durante largos periodos de tiempo sin causar reacciones adversas o intoxicaciones. Por ello, los dispositivos médicos, como las fijaciones de tornillos para el músculo cardíaco, los stents y las bandas marcadoras para dispositivos de angioplastia, se fabrican con platino y sus aleaciones. El oro y el paladio también se utilizan habitualmente en aplicaciones dentales.

Las aleaciones de Pt-Ir son notablemente más duras y resistentes que cualquiera de las otras aleaciones y constituyen excelentes cabezas para bujías en la industria del automóvil. A veces se añade rodio a las aleaciones de Pt-Ir para que el material sea menos elástico (ya que se utilizan como alambre de muelle para uso médico) a la vez que aumenta su capacidad de trabajo. Los pares de hilos de Pt y Pt-Rh son muy eficaces para medir la temperatura y, por tanto, se utilizan en los termopares.

Mecanizado de metales preciosos

Los dos parámetros que más influyen en el mecanizado son la dureza y el porcentaje de alargamiento. La dureza es bien conocida por los maquinistas e ingenieros de la industria manufacturera, ya que indica la resistencia de un material a la deformación o al corte. El porcentaje de alargamiento es una medida utilizada para cuantificar la ductilidad del material. Indica a un diseñador el grado en que una estructura se deformará plásticamente (permanentemente) antes de la fractura. Por ejemplo, un plástico dúctil como el polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) tiene un porcentaje de alargamiento del 350-525%, mientras que un material más frágil como el hierro fundido templado en aceite y revenido (grado 120-90-02) tiene un porcentaje de alargamiento de aproximadamente el 2%. Por lo tanto, cuanto mayor sea el porcentaje de alargamiento, mayor será la «gomosidad» del material. Los materiales gomosos son propensos a acumular filos y tienen tendencia a producir virutas largas y fibrosas.

Herramientas para metales preciosos

La ductilidad del material hace que una herramienta de corte afilada sea esencial para cortar metales preciosos. Las herramientas de hélice variable para aleaciones de aluminio pueden utilizarse para los materiales más blandos, como el oro puro, la plata y el platino.

Los materiales de mayor dureza siguen necesitando un filo de corte afilado. Por lo tanto, la mejor opción es invertir en una herramienta de diamante PCD. La oblea de PCD tiene la capacidad de cortar materiales extremadamente duros manteniendo un borde de corte afilado durante un período de tiempo relativamente largo, en comparación con los bordes de corte estándar de HSS y carburo.

Tablas de velocidades y avances: