Soluciones solidas

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.Instituto de Investigaciones Metalúrgicas. |
Solubilidad sólida: Definición, tipos, energía, estabilidad de las fases y factores que la gobiernan. |
María Isabel Pintor Monroy. José Manuel Tapia Sánchez |
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Metalurgia Física.

Dr. Rubén Torres Sánchez.

Morelia, Mich.; a 27 de octubre de 2011. |

Índice.

Contenido |Pág. |
1. Solubilidad sólida. | 3 |
1.1 Definición. | 3 |
1.2 Ejemplos. | 3 |
2. Tipos de soluciones sólidas. | 4 |
2.1 Solución sólida primaria, terminal, intermedia, compuesto intermetálico. | 4 |
2.2 Solución sólida sustitucional. | 9 |
2.3 Solución sólida intersticial. | 9 |
2.4 Intersticios octaédricos y tetraédricos en sistemas cúbicos y hexagonales.| 12 |
3. Energía de las soluciones sólidas y consideraciones de estabilidad de las fases. | 15 |
4. Factores que gobiernan la solubilidad. | 19 |
4.1 Algunos conceptos importantes. | 19 |
4.2 Teorías electrónicas de la solubilidad sólida primaria en los metales nobles. | 26 |
4.3 Solubilidad sólida primaria en aleaciones de metales de transición. | 30 |
4.4Progresos en la teoría electrónica de aleaciones. | 31 |
4.5 Reglas de la solubilidad de Hume-Rothery. | 33 |
Referencias. | 36 |
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1. Solubilidad sólida.

Los metales comercialmente puros se utilizan para varios fines: hojas de aluminio, conductores de cobre, contactos eléctricos de oro, etc.; pero sus propiedades suelen ser algo limitadas, pudiéndosemejorar mediante el uso de aleaciones. Una aleación está compuesta de dos o más elementos químicos, por lo menos, uno de ellos siendo metal. Hay dos tipos o formas básicas de aleaciones: soluciones sólidas y compuestos intermetálicos.

1.1 Definición.

Una solución sólida está compuesta por un solvente (elemento de mayor presencia) y un soluto (el de menor presencia); siendo una aleacióndonde se mantiene la estructura cristalina particular del solvente, también llamado elemento base o anfitrión, a pesar de que se presenten deformaciones en dicha red. Es decir, en una solución sólida se forma una estructura de fase única donde ambos elementos tienen solubilidad mutua y cierto rango de solubilidad.

Obviamente, la unión entre elementos metálicos no se puede hacer atemperatura ambiente por falta de movilidad atómica; por ello las aleaciones se preparan preferentemente fundiendo, y luego solidificando y enfriando. Hay otros procedimientos que aprovechan la movilidad atómica al estado sólido; en este caso hay que calentar (sin fundir) o bien, deformar muy severamente.

1.2 Ejemplos.

Un ejemplo de solución sólida por sustitución es la aleación de Aluminio5083, con Mg disuelto en una matriz de Al (FCC), la cual se utiliza para fabricar cascos de lanchas, permitiendo ser conformada plásticamente y ser soldada, con alta resistencia a la corrosión. El latón utilizado para fabricar vainillas de municiones por embutido profundo, lo que exige alta ductilidad, y contiene 30% en peso de Zn disuelto en Cu (FCC).

Fig. 1 Aceros Inoxidables endurecidospor precipitación (PH); contienen Al, Nb y Ta.

Un ejemplo de aleación compleja es la superaleación base Níquel denominada Inconel 718, utilizada en componentes de motores a reacción, y que incluye aproximadamente 10 elementos en su composición normal, con base Ni-Cr-Mo y varios tipos de fases coexistiendo, algunas de las cuales son cerámicas.


Fig. 2. Inconel 718, superaleación convarias fases en solución sólida.

2. Tipos de soluciones sólidas.

Las soluciones sólidas pueden clasificarse dependiendo de si permanecen constantes uno o más de los componentes puros originales o si no se encuentran dentro de una cierta fase. Además, se clasifican dependiendo de la forma en que el soluto se incorpora a la base cristalina del solvente: sustitucional o intersticial....