El cobre suele usarse en una amplia variedad de industrias y sectores. No obstante, su extrema ductilidad lo convierte en un metal propenso a la deformación y los arañazos. En esta página aprenderá a preparar de manera rápida y eficiente muestras de cobre sin arañazos para exámenes metalográficos.
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Aunque se genera de manera natural, el cobre metálico se extrae principalmente de los sulfuros minerales mediante un proceso de fusión metalúrgica. Este proceso consiste en cuatro pasos principales.
1. Un proceso inicial de fusión mediante el cual se extraen los concentrados de cobre y que resulta en la mata de cobre (75 % Cu).
2. En un convertidor, se sopla aire en una mata líquida para oxidizar los sulfuros, resultando en lo que se conoce como cobre ampollado (96-98 % CU).
3. El cobre ampollado se refina en un horno de ánodos, donde se crea el cobre anódico (99 % Cu).
4. A continuación se eliminan las impurezas (entre las que se incluyen Ni, Pb, Ag, Pd y Au) a través de una refinación electrolítica que produce cátodos de cobre (99,99 % Cu).
También hay una pequeña cantidad de cobre que se produce mediante un proceso hidrometalúrgico.
Fig. 1: Cobre con óxidos de cobre rojo, campo oscuro, 500x
Fig. 2: Cobre sin oxígeno con ataque químico de peroxidisulfato de amonio, 100x
Fig. 3: Cátodo de cobre con ataque químico según Klemm, 100x
Si le añadimos aluminio, manganeso, hierro, níquel, estaño o incluso pequeñas cantidades de plomo, podremos producir tipos especiales de latón con propiedades químicas o mecánicas específicas.
Fig. 4: latón α, con ataque químico coloreado, 200x
Fig. 5: latón fundido α-β (CuZn40Pb2) con inclusiones de plomo gris-azul, sin ataque químico, 500x
Fig. 6: latón fundido α-β, con ataque químico según Klemm, solución sólida α de color claro en matriz oscura de solución sólida β, 100x
Bronce (aleaciones de cobre-estaño)
Los bronces se dividen en tres tipos diferentes: aleaciones forjadas, aleaciones fundidas y moldes de fundición para campanas. Dependiendo de las propiedades que sea necesario obtener, podrán añadirse pequeñas cantidades de zinc, fósforo, plomo, níquel o hierro.
| Algunas aleaciones específicas de latón y sus propiedades | |
| Bronce de cañón (Cu-Sn-Zn) | Buena resistencia a la corrosión, bajo coeficiente de fricción. |
| Bronces de aluminio (hasta 11 % de aluminio) | Alta resistencia a las altas temperaturas, muy buena resistencia a la corrosión. |
| Bronce berilio | Alto grado de resistencia, alto nivel de dureza, no produce chispas cuando golpea o impacta contra otros metales. |
| Aleaciones de cobre-níquel | Excelente resistencia a la corrosión. |
| Aleaciones de cobre-níquel-zinc (plata alemana) | Alto grado de resistencia, buena resistencia a la corrosión, fácil de moldear. |
Por norma general, cuando se trabaja con el cobre y sus aleaciones, la metalografía suele usarse para determinar el tamaño del grano y realizar comprobaciones de pureza a través de cualificar y cuantificar el contenido de óxido de cobre.
En ciertos latones podría ser necesario determinar la distribución del plomo, ya que este puede influir en el proceso de mecanización.
Por norma general, en las aleaciones fundidas, la metalografía se suele usar para realizar evaluaciones generales de estructura y valorar la distribución de un eutéctico o del plomo, así como también evaluar la presencia de porosidad o cavidades con contracción.
Fig. 8: Bronce fundido (CuSn10), con ataque de cloruro de hierro (III), eutectoide α-δ de estructura dendrítica, 200x
El cobre puro es suave y dúctil, lo cual hace que sea fácilmente deformable y propenso a los arañazos. Incluso los bronces y algunos de los latones más duros pueden ser también susceptibles a los arañazos profundos. Esto supone un problema para el metalógrafo. No obstante, existen varias soluciones sencillas:
- Evite los abrasivos de esmerilado toscos
- Aplique un exhaustivo pulido de diamante con paños suaves
- Aplique un pulido fino químico-mecánico
Siga leyendo para consultar una descripción detallada de cómo preparar el cobre y sus aleaciones para el análisis metalográfico de manera rápida y precisa, y sin arañazos ni deformaciones.
Fig. 9: Alambre de cobre puro, con pulido final de óxido de sílice coloidal OP-S, DIC, 200x
Fig. 10: La misma muestra que la de la Fig. 9 con pulido final de mezcla de OP-S-amonio/agua/peróxido de hidrógeno, DIC, 200x
Fig. 11: latón fundido α-β, pulido mecánicamente, sin ataque químico, 200x
Fig. 12: La misma muestra que en la Fig.11, pero pulida electrolíticamente, sin ataque, 200x. Las inclusiones de plomo se extraen y, por lo tanto, parecen ser más numerosas y de mayor tamaño
Existen numerosos reactivos para el cobre y sus aleaciones que, además, son de fácil aplicación. La mayor parte de aleaciones fundidas no son difíciles de atacar. No obstante, encontrar la solución de ataque correcta para algunas aleaciones forjadas puede ser complicado, especialmente si se han trabajado en frío severo. En estos casos, un ataque coloreado puede resultar útil.
Es importante tener en cuenta que el plomo recibe el ataque de los reactivos y que, tras el ataque, solo resistirán los vacíos negros. Eso significa que, antes del ataque, deberán tomarse micrografías para documentar la cantidad y la distribución de plomo. El color del plomo puro es gris-azul.
Fig. 13: Bronce fundido (CuSn8Pb), sin ataque, que muestra inclusiones de plomo azul-gris de tamaño grande y pequeño y eutectoide discernible α-δ azul pálido, 500x
Fig. 14: La misma muestra que en la Fig.13, con ataque coloreado según Klemm. Se aprecia la estructura dendrítica con eutectoide azul claro e inclusiones de plomo azul, aunque las pequeñas inclusiones de plomo no pueden diferenciarse con suficiente claridad, 500x
Fig. 15: Bronce fundido (CuSn10), con ataque de cloruro de hierro (III), eutectoide α-δ de estructura dendrítica, 200x
| Aplicación | Agente reactivo |
| Ataque del área de grano para cobre, latón y bronces | 100 ml de agua. 10 g de peroxidisulfato de amonio. ¡Aplique producto nuevo! |
| Todo tipo de cobres | 100-120 ml de agua o etanol. 20-50 ml de ácido clorhídrico. 5-10 g de cloruro de hierro (III) (concentración variable). |
Límites del grano Áreas de grano |
25 ml de agua destilada. 25 ml de hidróxido de amonio. 5-25 ml de peróxido de hidrógeno, 3 % menos de peróxido de hidrógeno más de peróxido de hidrógeno |
| Latón α-β | 120 ml de agua. 10 g de cloruro amónico de cobre (II). Añada hidróxido de amonio hasta que la precipitación se diluya. |
| Pulido rápido y preciso para cobre puro | 100 ml de agua. 100 ml de etanol. 19 g de nitrato de hierro (III) |
| Ataque químico coloreado según Klemm. | 100 ml de tiosulfato de sodio saturado en frío. 40 g de metabisulfito de potasio. |
Todas las imágenes son de Marcello Manca, especialista en aplicaciones, Dinamarca
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