¿Cuáles son las principales propiedades del aluminio?

Si alguna vez se ha preguntado qué propiedades del aluminio lo convierten en un metal tan popular y versátil, no está solo. Existen numerosas características que hacen que el aluminio y las aleaciones de aluminio sean uno de los materiales más importantes del mundo en uso en una impresionante variedad de industrias. Esto incluye las industrias de electrodomésticos, arquitectura, aviación y automotriz, solo por nombrar algunas.

El examen de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de un material constituye la base de la ciencia de los materiales. Esto hace posible predecir el comportamiento en entornos particulares y bajo estrés. Dichos indicadores de rendimiento ayudan a los arquitectos, fabricantes y diseñadores a seleccionar el material correcto para una aplicación específica.

Muchas propiedades sobresalientes del aluminio y las aleaciones de aluminio conducen a una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, de todos los metales, las aleaciones de aluminio se encuentran entre las más fáciles de moldear y mecanizar. Las propiedades mecánicas del aluminio lo hacen así. ¿Qué otros atributos impulsan la preferencia por los productos y materiales de aluminio?

Las principales propiedades de todos los metales

Los metales constituyen la mayoría de los elementos de la tabla periódica. Son una clase de elementos que se distinguen por las siguientes propiedades: ductilidad, maleabilidad, dureza, conductividad, capacidad para formar aleaciones y cualidades de apariencia.

Estas propiedades se pueden agrupar como físicas, químicas o mecánicas y se pueden ampliar con mayor profundidad al considerar composiciones de aleación específicas y otros factores, como la temperatura. Los cuadros a continuación se refieren al aluminio puro.

Propiedades materiales de aluminio y aleaciones de aluminio

El aluminio es un elemento similar al metal con propiedades tanto metálicas como no metálicas, situado en la familia del boro y el carbono. Aunque el aluminio es uno de los elementos más abundantes de la Tierra, debe obtenerse del mineral de bauxita y someterse a un proceso de producción antes de convertirse en aluminio comercialmente puro y viable.

Luego, el aluminio se clasifica de acuerdo con los elementos aleados en una serie numerada de 4 dígitos, 1xxx a 8xxx.

Los elementos comúnmente agregados incluyen cobre, magnesio, manganeso, silicio y zinc. Con estos, existen cientos de composiciones de aleación.

Estas composiciones de aleación específicas afectan la apariencia y la capacidad de fabricación. La adición de elementos mejora la resistencia, la trabajabilidad, la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica y la densidad en comparación con el aluminio puro.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas del aluminio se relacionan con la forma y estructura observable, antes de cualquier alteración química.

Las propiedades físicas del aluminio
color y estado	Sólido, no magnético, no brillante, de color blanco plateado con un ligero tinte azulado.
Estructura	El aluminio tiene una estructura cúbica centrada en las caras que es estable hasta el punto de fusión.
Superficie	Las superficies de aluminio pueden ser muy reflectantes.
Dureza	El aluminio comercialmente puro es blando. Se fortalece cuando se alea y se templa.
Ductilidad	Alta ductilidad. El aluminio se puede batir muy fino.
Maleabilidad	Alta maleabilidad. El aluminio es muy capaz de ser moldeado o doblado.
Expansión térmica	El aluminio tiene un coeficiente de dilatación térmica de 23,2. Esto está entre el zinc, que se expande más, y el acero, que expande la mitad del rango del aluminio.
Conductividad	Buen conductor eléctrico y térmico.
Corrosión	El aluminio es resistente a la corrosión debido a una capa de óxido de autoprotección.
Densidad	El aluminio tiene una baja densidad, medida por gravedad en comparación con el agua, de 2,70. Compare esto con la densidad del hierro/acero que tiene una densidad de 7.87
Punto de fusión y punto de ebullición	El aluminio comercialmente puro tiene un punto de fusión de aproximadamente 1220 °F y un punto de ebullición de aproximadamente 4478 °F. Estos cambian una vez que se alea el aluminio.

Conclusiones sobre las propiedades físicas del aluminio

Las propiedades físicas del aluminio ayudan a dar sentido a sus aplicaciones. Mirando el gráfico anterior, vemos que el aluminio muestra una buena combinación de fuerza, resistencia a la corrosión y ductilidad. Esto ayuda a explicar cómo el aluminio puede existir en forma de papel de aluminio y latas de bebidas, así como en tuberías y tubos de riego.

El aluminio pulido muestra una buena reflectancia en una amplia gama de longitudes de onda, lo que conduce a su selección para una variedad de usos decorativos y funcionales, incluidos electrodomésticos y láseres.

El hecho de que el aluminio no sea ferromagnético lo hace adecuado para las industrias eléctrica y electrónica. La conductividad térmica de las aleaciones de aluminio es ventajosa en intercambiadores de calor, evaporadores, electrodomésticos y utensilios calentados eléctricamente, así como llantas, culatas de cilindros y radiadores de automóviles.

Su estructura cúbica centrada en las caras contribuye a una excelente formabilidad. El aluminio tampoco es tóxico y se usa a menudo en envases de alimentos y bebidas. Según The Aluminium Association, también se encuentra entre los materiales estructurales más fáciles de reciclar.

Propiedades químicas

Característica o comportamiento de una sustancia cuando sufre un cambio o reacción química. En otras palabras, los átomos de una sustancia deben romperse para que se observen las propiedades químicas. Las observaciones de esta ruptura a nivel atómico tienen lugar durante y también después de la reacción.

Las propiedades químicas del aluminio
Ocurrencia	El aluminio se presenta como un compuesto, que se encuentra principalmente en el mineral de bauxita.
Oxidación	El aluminio se combina con el oxígeno para formar óxido de aluminio cuando se expone al aire húmedo.
piroforo	Cuando el aluminio está en forma de polvo, se incendiará fácilmente si se expone a las llamas.
Capacidad para formar aleaciones.	Existen cientos de composiciones de aleaciones de aluminio. Los elementos aleados incluyen: hierro, cobre, manganeso, silicio, magnesio y zinc.
Reactividad con agua	El aluminio reacciona rápidamente con agua caliente.
Reactividad con álcalis	Reactivo con hidróxido de sodio.
Reactividad con ácido	El aluminio reacciona con ácidos calientes.

Conclusiones sobre las propiedades químicas del aluminio

De alguna manera, las propiedades químicas del aluminio son inusuales en comparación con otros metales. Por ejemplo, la reactividad tanto a las bases como a los ácidos es poco común para los metales. Esto se convierte en un factor que vale la pena considerar cuando se utiliza aluminio como recipiente para líquidos. Tienes que estar seguro de que el aluminio no se disolverá. Por eso, las latas de bebidas tienen un revestimiento delgado para evitar la corrosión.

Otro hecho peculiar sobre el aluminio es que, aparte de su forma en polvo, el aluminio no es pirofórico. Esto significa que en su estado de polvo, el aluminio es inflamable y se considera un riesgo peligroso, especialmente durante el procesamiento cuando las partículas finas de polvo son comunes.

Que el aluminio se combine tan fácilmente con el oxígeno impacta directamente en las prácticas de soldadura. La capa firme de óxido que se forma en la superficie del aluminio se derrite al triple de la temperatura que el aluminio que se encuentra debajo. Por lo tanto, antes de soldar se necesita una limpieza profunda e intencional de la superficie, generalmente con acetona, y se requiere corriente alterna durante todo el proceso de soldadura.

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas notan una relación de materiales entre el estrés y la deformación y miden el grado de elasticidad en respuesta a una carga aplicada.

Las propiedades mecánicas del aluminio
Elasticidad en tensión	El aluminio tiene un módulo de Young de 10000 ksi. Compare esto con cobre a 17550 ksi o madera a 1595 ksi.
Resistencia máxima a la tracción	13,000psi
Límite elástico	5000psi
Límite elástico del rodamiento	23100 psi
Alargamiento a la rotura	15-28%
Resistencia a la cizalladura	9000psi
Resistencia a la fatiga	5000psi

Conclusiones sobre las propiedades mecánicas del aluminio

Las propiedades mecánicas influyen significativamente en las aplicaciones de rendimiento. Esto es particularmente cierto cuando se considera cómo varían las propiedades mecánicas entre las aleaciones de aluminio.

Por ejemplo, la tendencia del alargamiento en las series de aleaciones de aluminio es alta para las aleaciones de series más bajas y baja para las aleaciones de series más altas. En otras palabras, al comparar las aleaciones de aluminio de la serie 1xxx con las aleaciones de la serie 7xxx, las aleaciones de la serie 1xxx tendrán una ductilidad significativamente mayor.

Esto funciona inversamente con la resistencia a la tracción, la dureza y la sensibilidad al impacto, que será menor entre las aleaciones de series más bajas. Entonces, en esa misma comparación, las aleaciones de la serie 1xxx mostrarán una resistencia a la tracción, dureza y sensibilidad al impacto mucho más bajas que sus contrapartes 7xxx.

Las temperaturas elevadas también comprometen el aluminio incluso antes de que alcancen el punto de fusión. Como resultado, la mayoría de las aleaciones de aluminio no suelen recomendarse para un servicio prolongado a temperaturas más altas. Sin embargo, ciertas aleaciones se han diseñado específicamente para resistir altas temperaturas, como la serie 2xxx de aluminio y cobre.

La capacidad excepcional del aluminio para formar aleaciones amplía su alcance en todas las industrias y aplicaciones. Sin esta capacidad esencial, el aluminio de primera calidad sería demasiado blando y maleable para aplicaciones que requieren mayor resistencia y durabilidad.