Hasta hace no muchos años el material por excelencia usado en los vehículos era el acero, debido a que era un material con una gran resistencia, fácil de conseguir, con un precio asequible, y fácil de conformar y mecanizar.
Sin embargo la tendencia actual es reducir el peso de los vehículos para conseguir mejore prestaciones y consumos. Esto ha hecho que el acero haya comenzado a ser relegado de las primeras posiciones por otros materiales como el plástico, o el aluminio; debido a su menor peso.
Pese a ser los materiales idóneos para reducir peso, presentaban una menor resistencia que el acero. Para solucionar este problema se investigo, y se llegó a la conclusión de que las aleaciones eran la manera más eficaz de aumentar la resistencia del aluminio.
Procesos de obtención:
1.- Primera fase (proceso Bayer): Bauxita --> Alúmina.
Para extraer el aluminio se parte de la bauxita, la cual contiene entre un 30 y un 54% de aluminio.
En el proceso Bayer se tritura la bauxita, a la cual se le añade una disolución caliente de sosa cáustica, la sosa arrastra con ella los componentes que constituyen el aluminio. El siguiente paso es decantar la disolución, con esta decantación lo que hacemos es dejar pasar solo a la sosa con los componentes del aluminio.
La solución resultante se precipita, separando la sosa del hidróxido de aluminio. Finalmente el hidróxido de aluminio se calcina dando lugar a la alúmina.
2.- Segunda fase (electrolisis): Alúmina --> Aluminio.
En esta fase lo que se consigue es separar la Alúmina en aluminio y CO2, a través de la electrolisis.
La electrolisis es un proceso mediante el cual se hace pasar gran cantidad de energía a través de un material para separar sus componentes.
Una vez que tenemos la Alúmina, la disolvemos con Criolita, para disminuir su punto de fusión; esta mezcla se introduce en una cubeta, donde se le hace pasar la corriente.
Cuando ya se he hecho pasar la corriente, en el cátodo tenemos el aluminio, y en el ánodo el CO2.
El aluminio, a diferencia del acero, es un material fácilmente reciclable, dando lugar a los aluminios de segunda generación.
En este proceso el aluminio se recoge y se vuelve a fundir, esto implica que se necesita mucha menos energía que en la producción de aluminio a través de la bauxita. Además el aluminio de segunda generación presenta casi las mismas propiedades que el aluminio de la primera generación.
Este reciclaje también implica una reducción en el precio de este material.
Propiedades mecánicas del aluminio:
En la siguiente tabla se nos muestran los datos de las diferentes propiedades física y mecánicas del acero y el aluminio:
De esta tabla comparativa, podemos destacar del aluminio las siguientes propiedades:
1.- Resistencia y ligereza: El aluminio presenta un bajo peso específico, lo que le hace ser un tercio más ligero que el acero.
Su resistencia no es tan grande como la del acero, sin embargo esta se puede modificar por medio de aleaciones.
2.- Buena conductividad: Este material es un excelente conductor del calor, y de la electricidad.
3.- Dúctil: El aluminio presenta una baja densidad, y punto de fusión. Estas dos propiedades hacen que cuando se encuentre fundido pueda ser procesado de diferentes formas.
Utilización del aluminio en el automóvil:
El aluminio es un material que a comenzado a ser utilizado en vehículos de grandes prestaciones, sobre todo en bloques de motor, culatas, elementos mecánicos , radiadores,...
Posteriormente Rover comenzó a utilizar el aluminio en la fabricación de sus vehículos, debido al excedente que había en esa época.
Hasta hace unos años el aluminio solo se encontraba en modelos exclusivos,como Ferrari, Jaguar,... Sin embargo el uso de este material en carrocerías enteras se ha extrapolado a vehículos fabricados en serie, como: Audi A8, A2, R8, Mercedes SLS, Land rover Defender,...
También encontramos vehículos que presentan piezas fabricadas con aluminio (capó, puertas, aletas, portones, techos, llantas, parachoques...), los vehículos que montan estas piezas, son: Audi A6, Renault Espace, Toyota Prius, Porsche Panamera, Range rover,...
Las aleaciones de aluminio más utilizadas en el automóvil, son:
1.- Aluminio-bronce: Los bronces de aluminio son valorados debido a su resistencia más alta a la solicitación mecánica y a la corrosión con respecto a la de otros bronces.Además muestra índices bajos de corrosión en condiciones atmosféricas, y buena resistencia a temperaturas altas.
Aplicaciones: tornillería, llantas,...
2.- Aluminio-Cobre: Esta aleación aumenta las propiedades mecánicas del material, además de reducir la corrosión.Aplicaciones: Pistones.
3.- Aluminio-Silicio: La aleación de aluminio y silicio le otorga al material una alta resistencia a la corrosión, y un bajo coeficiente de expansión.
Aplicaciones: Pistones forjados.
4.- Aluminio-Magnesio: La adición del magnesio le otorga al aluminio de una buena resistencia en general, buena soldabilidad, y resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: Conductos de aceite.
5.- Aluminio-Manganeso: Esta aleación presenta una buena soldabilidad, y resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: Cárter.
Ventajas e inconvenientes del aluminio frente al acero:
1.- El aluminio es un material muy ligero, ya que posee un peso especifico tres veces menor que el acero.
2.- Este material tiene unas buenas propiedades de reflexión, tanto del calor, como de la luz.
3.- El aluminio es un material muy dúctil, ya que presenta una densidad y un punto de fusión muy bajo, lo que hace que pueda procesarse de diferentes maneras.
Esta ductilidad hace que los productos de aluminio se fabriquen en una fase muy próxima al diseño final del producto.
4.-El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades. La recuperación del aluminio al final de su vida útil necesita poca energía, sólo un cinco por ciento de la energía que fue necesaria para producir el metal inicial.
5.- Este material presenta una gran resistencia a la corrosión, ya que el aluminio crea alrededor suyo una capa natural de óxido que retarda la acción de la corrosión.
- Inconvenientes:
1.- El aluminio es un material que en estado puro, con un mismo espesor es tres veces menos resistente que el acero.
2.- En cuanto a la soldabilidad, el aluminio es muy difícil de soldar, ya que en el exterior de las piezas de aluminio se forma una capa de alúmina que aumenta el punto de fusión y resulta muy difícil realizar la soldadura. Sin embargo ciertas aleaciones permiten mejorar esta propiedad.
3.- Este material tiene un precio mucho más elevado que el acero, debido a su proceso de obtención.
4.- Las piezas de aluminio son difíciles de reparar, ya que cuando sufre un impacto se produce un endurecimiento del material, provocando una mayor rigidez y una mayor dificultad a la hora del desabollado.
Además las herramientas que se emplean en los trabajos con piezas de aluminio, deben ser especiales y sólo utilizadas para este material, ya que se puede contaminar con otros materiales, pudiendo provocar una corrosión de contacto en el aluminio.
que partes del motor están fabricadas de duraluminio?
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