Propiedades del Níquel:

Borja Rodríguez Frade

El Níquel metal de transición con símbolo químico Ni, con una abundancia en la corteza terrestre del 0,008%, tiene un número atómico de 28 y peso 58,71 g/mol. Se conocen 5 isótopos estables del níquel 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni y 64Ni. Posee una densidad media de 8,908 g/ml, con puntos de fusión y ebullición respectivos de 1726 K (1453ºC) y 3003 K (2730ºC), se usa en gran cantidad como aleante de los aceros para darles propiedades de anticorrosivas y resistentes, formar superaleaciones o baterías recargables. El Níquel se obtiene principalmente de 4 minerales Pirita Roja (NiAs), Garnierita (SiO4H2(Ni,Mg)), Pentlandita (Fe3S4.CuFeS2.NiS), y Pirrotita (SNi). El Níquel está lejos de los 5 metales más usados, pero su producción anual es cualitativamente importante.

El sistema de cristalización del Níquel es cúbico centrado en las caras (fcc), durante todo el rango de temperaturas en estado sólido carece variedades alotrópicas. Esta característica elimina un posible dimensionamiento del material a una dilatación/contracción por el cambio de sistema. El coeficiente de dilatación térmica es bajo (13.10-6 ªC-1) ayuda a construir materiales con índices de dilatación térmica bastante bajos.

El Níquel tiene como estados de oxidación +3, +2, y 0 (levemente básico), tiene propiedades de resistencia a la corrosión en ambientes acuosos y marinos muy elevada y por eso se usa en la fabricación de recubrimientos de materiales para medios hostiles, como cascos de barcos. Cuando trabajamos en atmósferas sulfúricas el níquel se degrada formando un eutéctico SNi-Ni.

Debido a su elevado punto de fusión el níquel se comporta bien a altas temperaturas, siendo estable sin aparecer el fenómeno de fluencia, y su comportamiento ante la oxidación también es muy bueno, por eso es un material clave en los recubrimientos.

Debido a todas estas propiedades el níquel también se usa como material aleante en las denominadas superaleaciones; materiales metálicos que mantienen sus propiedades químicas y mecánicas a temperaturas de 1100ºC.

El Níquel no se usa como único elemento aleante, sino con cobre y cromo sobre todo. Existe una amplia gama de aceros al cobre-níquel, y en cuanto a revestimientos cromo-níquel van en cantidades 1:2.5, para mejorar tenacidad, ductilidad, templabilidad, y resistencia a la corrosión y desgaste.

Otras aplicaciones del níquel como elemento aleante es en aceros bonificables, para conferirles buena templabilidad, acuñación de monedas, como metal monel con buena resistencia a condiciones hostiles como baños de ácido sulfúrico, alpacas como material para la fabricación de cubiertos de mesa y ornamentación y también se usa como conductores, y el constantán otra aleación con bajo coeficiente de dilatación y baja conductividad lo cual es útil para fabricar termopares.

El Níquel tiene unas grandes propiedades mecánicas lo que hace que se alee con muchos materiales para mejorar sus propiedades de dureza, resistencia al desgaste, tenacidad…

El níquel es un material dúctil, por lo que tiene una prolongada zona plástica.

En la zona elástica alargamientos y tensiones son proporcionales según una constante E (Módulo de Young = 21.000 kg/mm2), la cual varía sustancialmente según a temperatura.

La resiliencia es la energía que es capaz de absorber el material, mientras está en la zona elástica (15 kg/mm2), en

el caso del níquel como material dúctil tiene la capacidad de absorber una buena cantidad de energía antes de que deformaciones y esfuerzos no tengan una dependencia lineal.

El níquel es un material dúctil, por lo que tiene una prolongada zona plástica. Esta propiedad es importante ya que el estiramiento en forma de láminas e hilos se basa en las propiedades plásticas de deformación del material. En el caso del níquel tiene buenas propiedades de tenacidad (Límite de Rotura: 47 kg/mm2), que es la capacidad de absorber energía en la zona plástica (tras superar el límite de fluencia) y seguir deformándose y no romper inmediatamente como un material frágil (como una cerámica), así podemos estirarlo en planchas o en hilos con mayor o menor dificultad según condicionantes de temperatura, tratamientos térmicos, y elementos aleados en él.

Un elemento muy perjudicial para el níquel es el azufre como ya se ha comentando, hace que sus propiedades mecánicas de dureza se ven reducidas, por ello se somete a un proceso de desulfuración.

La dureza, que es la resistencia que ejerce el material a ser rayado, no es elevada en el níquel ya que es rayado sin excesiva dificultad, en la escala Mohs tiene un 4 sobre 10 (110 HB en estado puro), la cual varía bastante según la aleación y los elementos aleantes.

Otros factores a tener en cuenta son la capacidad de estricción entre 50% y 75%, y el alargamiento entre 40% y 65%.

Se debe mencionar la importancia de la temperatura en todas las propiedades, excepto el módulo de Young, que según elevamos la temperatura los límites de resistencia se reducen. Existen aleaciones de níquel termoelásticas las cuales tienen altos coeficientes de elasticidad, a altas temperaturas.

En lo relacionado con las propiedades físicas el níquel es un material conductor, del calor (90,7 Wm-1K-1) y de la electricidad (14,3 x 106 m-1Ω-1), aunque lejos de los más conductores donde cobre y plata tienen cerca de 4.5 veces más poder de conducción

eléctrico. En lo referente a dilatación térmica está en torno a 13.10-6 ºC-1, la cual no es muy elevada pero si hay que tenerla en cuenta en la fabricación de piezas de gran longitud como vías de tren, ya que tiene una gran importancia este coeficiente.

Otro tipo de propiedades son las de carácter magnético, capacidad que tienen para crear campos magnéticos, debido a la existencia de electrones desapareados en los metales de transición provocando un ordenamiento tridimensional, a estos materiales se les llama ferromagnéticos (se pegan a los imanes), los cuales tienen permeabilidades muy superiores a la del vacío (μ0=4π.10-7 T.m/A) varios

órdenes de magnitud superiores, y por lo tanto atraen el campo magnético hacia el interior, evitando que el flujo magnético se disperse por el aire, siendo muy útiles en circuitos magnéticos.

Existen aleaciones con grandes propiedades magnéticas como el Alnico y se usa para la fabricación de imanes permanentes.

El núcleo de la Tierra está formado por hierro y níquel dos materiales que tiene grandes propiedades magnéticas, y responden según la figura, haciendo que la Tierra sea un gran imán.

En el caso del níquel puro la temperatura de Curie 633 K (360ºC), es el cambio de ferromagnético a amagnético, pierde todas sus propiedades magnéticas, mientras que cuanto más lo enfriemos mejor conductor se vuelve y mejor son sus propiedades magnéticas.

Bibliografía

www.monografias.com

Apuntes de Ciencias de Materiales

www.wikipedia.es

www.universia.net

Introducción a la Ciencia de Materiales para ingenieros, James Shackelford Ed. Pearson Madrid 2005

Metalotecnia, VV.AA., Madrid 1991

Ciencia e Ingeniería de Materiales, José Antonio Pero-Sanz Editorial CIE, Madrid 2000