Pruebas de composición de metales: 8 métodos probados

¿Se ha preguntado alguna vez qué secretos esconden las relucientes superficies de los metales? En este fascinante artículo nos adentramos en los entresijos del análisis de la composición de los metales. Nuestro experto autor, con años de experiencia en ingeniería mecánica, le lleva a desentrañar los misterios de los metales ferrosos y no ferrosos. Descubra los métodos de vanguardia utilizados para probar y analizar estos materiales, y obtenga valiosos conocimientos que mejorarán su comprensión de este campo crucial.

Índice

Los materiales metálicos abarcan una amplia gama de opciones, como metales puros, aleaciones y metales especializados. Tienen numerosas aplicaciones en diversos sectores, como la aviación, la maquinaria y los equipos informáticos.

Con la creciente demanda de materiales metálicos en diversas industrias, han surgido algunos materiales intrincados.

La composición de los metales desempeña un papel crucial en la determinación de las propiedades de estos materiales.

Conocer la composición y las propiedades de los metales puede mejorar el uso eficaz de estos materiales en diversos productos.

Durante los procesos de producción, surgen dos problemas comunes: identificar el tipo de material metálico y garantizar que cumple los requisitos de material deseados.

El análisis de la composición de los materiales metálicos permite comprender la composición del material y, por tanto, controlar la calidad del producto, analizar los productos problemáticos e identificar posibles problemas para eliminar peligros ocultos.

Conocimientos de análisis de materiales metálicos

Hay más de 90 tipos de metal que se encuentran en la naturaleza, como el hierro, el cobre, el aluminio, el estaño, el níquel, el oro, la plata, el plomo y el zinc, entre otros.

Una aleación es una combinación de dos o más metales, o una combinación de metal y no metal, que posee características metálicas.

Las aleaciones más comunes son las de acero, compuestas de hierro y carbono, las de acero inoxidable, compuestas de hierro, cromo y níquel, y las de latón, formadas por cobre y zinc.

Materiales metálicos se suelen clasificar en tres grupos: metales ferrosos, metales no ferrosos y materiales metálicos especiales.

Los metales ferrosos, también conocidos como materiales de hierro y acero, incluyen el hierro puro, el hierro fundido con 2% a 4% de carbono, el acero al carbono con menos de 2% de carbono, así como varios tipos de acero como acero estructural, acero inoxidable, acero resistente al calor, acero para herramientas, superaleaciones, aleaciones de precisión, etc. para diferentes aplicaciones.

En un sentido más amplio, los metales ferrosos también pueden englobar las aleaciones de cromo y manganeso.

El hierro es el metal más abundante y rentable de la Tierra y constituye un material básico esencial para casi todas las industrias.

Se encuentra en frigoríficos, utensilios de cocina, lavadoras, coches, ferrocarriles, tranvías, puentes de hierro, barcos, torres eléctricas, edificios, fábricas y maquinaria.

Los metales no férreos son todos los metales y sus aleaciones, excepto el hierro, el cromo y el manganeso. Se suelen clasificar en metales ligeros, metales pesados, metales preciosos, semimetales, metales raros y metales de tierras raras.

En comparación con los metales puros, las aleaciones tienen mayor resistencia y dureza y menores coeficientes de resistencia y temperatura, lo que se traduce en mejores propiedades mecánicas generales.

Las aleaciones no ferrosas más comunes son las de aluminio, cobre, magnesio, níquel, estaño, titanio y zinc.

Estos materiales se utilizan ampliamente como componentes estructurales y funcionales en la fabricación de maquinaria, la construcción, la electrónica, la industria aeroespacial y la utilización de la energía nuclear, entre otras industrias.

Lectura relacionada: Metales ferrosos y no ferrosos

Métodos de análisis y ensayo de materiales metálicos

Los métodos para analizar y probar la composición de los materiales metálicos han evolucionado con el tiempo, pasando de la valoración y la espectrofotometría tradicionales a técnicas más avanzadas como la espectrometría de emisión de plasma y la espectrometría de lectura directa por chispa. El proceso de ensayo también ha cambiado, permitiendo el análisis simultáneo de múltiples elementos, lo que ha mejorado la eficacia y la precisión.

Los principios y características de los distintos métodos de ensayo son los siguientes:

1. Espectrofotometría

La espectrofotometría es un método muy utilizado para cuantificar elementos metálicos. Consiste en medir la absorbancia y la intensidad luminosa dentro de una gama específica de longitudes de onda para realizar análisis cualitativos y cuantitativos.

Este método es conocido por su amplia aplicación, alta sensibilidad, buena selectividad, alta precisión y bajo coste, pero tiene el inconveniente de que sólo puede analizar un elemento a la vez.

Los instrumentos de detección utilizados en espectrofotometría incluyen espectrofotómetros ultravioleta, espectrofotómetros visibles y espectrofotómetros infrarrojos.

Espectrofotometría

2. Valoración

La valoración es un método de comprobación de los componentes metálicos de una solución con una concentración estándar de reactivos. Los componentes metálicos reaccionan completamente con los reactivos para alcanzar el punto final de valoración. Este método puede utilizarse para analizar sustancias con un contenido superior a 1%, pero tiene el inconveniente de su escasa eficacia.

Valoración

3. Espectrometría atómica

La espectrometría de absorción atómica (AAS) y la espectrometría de emisión atómica (AES) son tecnologías tradicionales utilizadas para analizar la composición de los materiales metálicos.

La AAS utiliza el principio de cuantificar el contenido de los elementos analizados midiendo la intensidad de absorción de los electrones exteriores de los átomos en estado sólido en estado gaseoso a la correspondiente línea de radiación de resonancia atómica de la luz visible y la luz ultravioleta.

Este método es ideal para la radiación de absorción atómica gaseosa y se caracteriza por su alta sensibilidad, fuerte capacidad antiinterferente, fuerte selectividad, amplio rango de análisis y alta precisión.

Sin embargo, tiene limitaciones como la incapacidad de analizar múltiples elementos simultáneamente, la baja sensibilidad en la determinación de elementos insolubles y el bajo rendimiento en la medición de muestras complejas.

La AES, por su parte, se basa en el principio de que cada ion o átomo de un elemento emite una radiación electromagnética específica cuando se somete a una excitación eléctrica o térmica.

Este método utiliza emisores para el análisis cualitativo y cuantitativo de elementos y puede analizar múltiples elementos al mismo tiempo con un menor requisito de muestra y resultados más rápidos.

Sin embargo, su precisión es escasa y sólo se utiliza para analizar componentes metálicos, por lo que no puede aplicarse a la mayoría de los productos. no metálico componentes.

Espectrometría atómica

4. Espectrometría de fluorescencia de rayos X

La espectrometría de fluorescencia de rayos X se utiliza ampliamente para la determinación de elementos metálicos y es un método habitual para analizar la composición de materiales metálicos. El principio de la prueba se basa en el hecho de que los átomos en su estado básico se encuentran en un estado de baja energía, pero una vez que son excitados por la radiación de una determinada frecuencia, entran en un estado de alta energía y emiten fluorescencia.

La longitud de onda de esta fluorescencia es única, y midiendo estas líneas espectrales de fluorescencia de rayos X se puede determinar el tipo de elementos de la muestra. El contenido de elementos puede estimarse comparando la intensidad de las líneas espectrales de la muestra con las líneas espectrales de referencia de una muestra patrón.

Este método es un enfoque cualitativo y semicuantitativo utilizado principalmente para aproximar el contenido del análisis de la composición de los metales.

Espectrometría de fluorescencia de rayos X

5. Espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo

La espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) es actualmente el método más utilizado. Su principio consiste en excitar elementos metálicos, provocando transiciones electrónicas que dan lugar a la emisión de líneas espectrales con determinadas intensidades que se utilizan para determinar los elementos y sus concentraciones.

Este método tiene una amplia gama de aplicaciones, es muy sensible, tiene una velocidad de análisis rápida y proporciona una gran precisión. Puede analizar un lote de muestras simultáneamente y determinar múltiples elementos bajo una línea de marcado.

Espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo

6. Espectrometría de lectura directa de chispa

El espectrómetro de lectura directa de chispas utiliza arcos eléctricos de alta temperatura o chispas para vaporizar y excitar directamente los elementos de una muestra a partir del estado sólido, haciendo que emitan longitudes de onda características.

A continuación, estas longitudes de onda se dividen mediante una rejilla, produciendo un espectro ordenado por longitudes de onda. Las líneas espectrales características de los elementos pasan a través de la rendija de salida y a sus respectivos tubos fotomultiplicadores, donde la señal óptica se convierte en una señal eléctrica.

El sistema de control y medición integra la señal eléctrica, que es procesada por un ordenador para determinar el contenido porcentual de cada elemento.

Este método es muy preciso y puede analizar simultáneamente múltiples elementos, con resultados cualitativos y cuantitativos para docenas de elementos obtenidos en una sola excitación y análisis.

Es rápido, eficaz y no requiere reactivos químicos caros ni excipientes especiales. Es posible el análisis directo de muestras sólidas.

Sin embargo, la forma y el tamaño de la muestra tienen ciertos requisitos.

7. Análisis de carbono y azufre

En los materiales metálicos, especialmente en los metales de acero, el carbono y el azufre son los principales elementos que requieren pruebas, y los métodos mencionados no pueden cuantificar con precisión el carbono y el azufre. En consecuencia, los elementos de carbono y azufre deben analizarse con un analizador de carbono y azufre.

La muestra se somete a un calentamiento a alta temperatura en condiciones enriquecidas con oxígeno, oxidando el carbono y el azufre en dióxido de carbono y dióxido de azufre.

Tras el tratamiento, el gas entra en la piscina de absorción adecuada, absorbiendo la radiación infrarroja correspondiente, que es transmitida por el detector en forma de señal. El ordenador procesa la señal y emite los resultados.

Este método es preciso, rápido y sensible y puede utilizarse para analizar tanto niveles altos como bajos de contenido de carbono y azufre.

Análisis de carbono y azufre

8. Análisis de oxígeno y nitrógeno

El analizador de oxígeno y nitrógeno se utiliza para medir el contenido de oxígeno y nitrógeno en diversos aceros, metales no ferrosos y nuevos materiales. Descompone la muestra mediante calentamiento por impulsos en atmósfera inerte y mide el contenido con un detector de infrarrojos y un detector de conductividad térmica, respectivamente. Este método es conocido por su gran precisión y su bajo límite de detección.

Análisis de oxígeno y nitrógeno

Introducción a los elementos de prueba

Categoría de metalProyecto
Hierro y aceroAnálisis de elementosIdentificación del grado (para identificar si se ajusta a una norma o a un grado)Solicitud)Análisis de la composición del revestimiento (composición del revestimiento de prueba y contenido de elementos)
Aleación de cobre / cobre de alta pureza
Soldadura sin plomo / soldadura con plomo
Aleación de aluminio
Aleación de magnesio
Kirsite
Aleación de titanio
Metales preciosos (oro, plata, paladio, platino)
Metal de gran pureza
Soldadura metal de relleno
Pulvimetalurgia
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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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