Las aleaciones de cobre son aleaciones a base de cobre, en las que los principales elementos de aleación son Zn, Sn, Si, Al, Ni. Las aleaciones a base de Cu constituyen principalmente soluciones sólidas de sustitución, para las cuales los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped. Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery. Hay hasta 400 composiciones diferentes de cobre y aleaciones de cobre agrupados libremente en las categorías: cobre, aleación con alto contenido de cobre, latón, bronces, níquel de cobre, cobre-níquel-zinc (níquel-plata), cobre con plomo y aleaciones especiales. Además, se puede reforzar un número limitado de aleaciones de cobre mediante tratamiento térmico. en consecuencia, se debe utilizar el trabajo en frío y / o la aleación en solución sólida para mejorar estas propiedades mecánicas.
El cobre y sus aleaciones tienen una excelente conductividad eléctrica. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad. Sin embargo, el aluminio se usa generalmente en líneas eléctricas aéreas de alto voltaje porque tiene aproximadamente la mitad del peso y el costo más bajo de un cable de cobre de resistencia comparable. A una temperatura dada, las conductividades térmica y eléctrica de los metales son proporcionales, pero el aumento de la temperatura aumenta la conductividad térmica al tiempo que disminuye la conductividad eléctrica. Este comportamiento se cuantifica en la ley de Wiedemann-Franz.
Tipos de aleaciones de cobre
Como se escribió, hay hasta 400 diferentes composiciones de cobre y aleaciones de cobre agrupadas libremente en las categorías: cobre, aleación con alto contenido de cobre, latón, bronces, níquel-cobre, cobre-níquel-zinc (níquel plata), cobre con plomo y especial aleaciones. En los siguientes puntos, resumimos las propiedades clave de materiales seleccionados a base de cobre.
Cobre de brea tenaz electrolítica (ETP). El cobre electrolítico de brea tenaz, UNS C11000, es cobre puro (con un máximo de 0,0355% de impurezas) refinado mediante un proceso de refinado electrolítico y es el grado de cobre más utilizado en todo el mundo. ETP tiene una clasificación de conductividad mínima de 100% IACS y se requiere que sea 99,9% puro. Tiene de 0,02% a 0,04% de oxígeno contenido (típico). El cableado eléctrico es el mercado más importante para la industria del cobre. Esto incluye cableado de energía estructural, cable de distribución de energía, alambre para electrodomésticos, cable de comunicaciones, alambre y cable automotriz y alambre magnético. Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para conductores de cables y alambres eléctricos. El cobre puro tiene la mejor conductividad eléctrica y térmica de cualquier metal comercial. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad.- Latón. Latón es el término genérico para una gama de aleaciones de cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, térmicas y de corrosión. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una mayor maleabilidad que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su fluidez lo convierten en un material relativamente fácil de fundir. El color de la superficie del latón puede variar de rojo a amarillo según el contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas.
- Bronce. Los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente se utilizan cuando, además de la resistencia a la corrosión, se requieren buenas propiedades de tracción. Por ejemplo, el cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa) de cualquier aleación a base de cobre.
- Aleación de cobre-níquel. Los cuproníquel son aleaciones de cobre-níquel que contienen típicamente de 60 a 90 por ciento de cobre y níquel como principal elemento de aleación. Las dos aleaciones principales son 90/10 y 70/30. También pueden contener otros elementos de refuerzo, como manganeso y hierro. Los cuproníquel tienen una excelente resistencia a la corrosión provocada por el agua de mar. A pesar de su alto contenido de cobre, el cuproníquel es de color plateado. La adición de níquel al cobre también mejora la fuerza y la resistencia a la corrosión, pero se conserva una buena ductilidad.
- Alpaca. La plata de níquel, también conocida como plata alemana, latón de níquel o alpaca, es una aleación de cobre con níquel y, a menudo, zinc. Por ejemplo, la aleación de cobre de níquel plata 65-12 UNS C75700 tiene buena resistencia a la corrosión y al deslustre, y alta conformabilidad. La alpaca recibe su nombre por su apariencia plateada, pero no contiene plata elemental a menos que esté chapada.
Conductividad eléctrica de las aleaciones de cobre
La conductividad eléctrica del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) es 101% IACS (alrededor de 58,6 MS/m).
La conductividad eléctrica del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 30% IACS (alrededor de 17 MS/m).
La resistividad eléctrica y su inversa, la conductividad eléctrica, es una propiedad fundamental de un material que cuantifica la fuerza con la que resiste o conduce el flujo de corriente eléctrica. Una resistividad baja indica un material que permite fácilmente el flujo de corriente eléctrica. El símbolo de resistividad suele ser la letra griega ρ (rho). La unidad SI de resistividad eléctrica es el ohmímetro (Ω⋅m). Tenga en cuenta que la resistividad eléctrica no es lo mismo que la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica se expresa en ohmios. Mientras que la resistividad es una propiedad material, la resistencia es propiedad de un objeto.
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