Guía Experta para Mecanizar Eficientemente Metales Preciosos

Los metales preciosos pueden ser particularmente difíciles de mecanizar debido a su amplia gama de propiedades y alto costo si una pieza debe desecharse. El siguiente artículo presentará estos elementos y sus aleaciones, así como una guía sobre cómo mecanizarlos eficaz y eficientemente.

Acerca de los Elementos

A veces llamados metales "nobles", los metales preciosos consisten en ocho elementos en el medio de la tabla periódica (vista abajo en Figura 1). Los ocho metales son:

1. Rutenio (Ru)
2. Rodio (Rh)
3. Paladio (Pd)
4. Plata (Ag)
5. Osmio (Os)
6. Iridio (Ir)
7. Platino (Pt)
8. Oro (Au)

Estos elementos son algunos de los materiales más raros en la tierra, y por lo tanto enormemente caros. El oro y la plata pueden encontrarse en forma de pepita pura, haciéndolos más disponibles. Sin embargo, los otros seis se encuentran típicamente mezclados en el mineral bruto de los cuatro metales debajo en la tabla: Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Cobre (Cu). Estos son un subconjunto llamados Metales del Grupo del Platino (PGM). Al encontrarse juntos en mineral bruto, la minería y extracción es difícil, aumentando dramáticamente su costo. Por su alto precio, mecanizar estos materiales correctamente a la primera es increíblemente importante para la eficiencia del taller.

Figura 1: Tabla periódica con los 8 metales preciosos en azul. Fuente: clearscience.tumblr.com

Propiedades Básicas y Composiciones de Metales Preciosos

Los metales preciosos tienen propiedades notables: son característicamente blandos, dúctiles y resistentes a la oxidación. Se llaman "nobles" por su resistencia a la mayoría de ataques químicos y ambientales. La Tabla 1 lista algunas propiedades de metales preciosos en forma elemental. Para comparación, están junto al Al 6061 y Acero 4140. Generalmente, solo oro y plata se usan en forma pura ya que los PGM son aleaciones que consisten principalmente en platino (con composición menor de Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Son notables por ser extremadamente densos y tener alto punto de fusión, haciéndolos aptos para diversas aplicaciones.

Tabla 1: Propiedades de Material en Frío de Metales Preciosos, Acero 4140 y Aluminio 6061

Aplicaciones Comunes de Mecanizado de Metales Preciosos

La plata y el oro tienen conductividad térmica y resistividad eléctrica particularmente favorables. Estos valores están en Tabla 2, junto con CC1000 (cobre recocido) y aluminio 6061 recocido, para comparación. El cobre se usa en cableado por su baja resistividad, aunque la plata sería mejor sustituto. La razón obvia por la que no es la convención es el costo de la plata vs cobre. Dicho esto, el cobre generalmente se platea con oro en áreas de contacto eléctrico porque tiende a oxidarse tras uso prolongado, bajando su resistividad. Como se dijo, el oro y otros metales preciosos resisten la oxidación. Esta resistencia a la corrosión es la principal razón por la que se usan en sistemas de protección catódica de la industria electrónica.

Tabla 2: Conductividad Térmica y Resistividad Eléctrica de Ag, Au, Cu y Al

El platino y sus aleaciones ofrecen más aplicaciones ya que pueden lograr diversas propiedades mecánicas manteniendo beneficios de metales preciosos (alto punto de fusión, ductilidad, resistencia a oxidación). Tabla 3 lista platino y otros PGMs con sus propiedades. La variación depende del elemento de aleación, porcentaje, y si el material ha sido trabajado en frío o recocido. La aleación puede aumentar significativamente la resistencia a tracción y dureza mientras disminuye la ductilidad. La proporción de este aumento a la disminución depende del metal añadido y cuánto, como en Tabla 3. Generalmente depende del tamaño de partícula del elemento añadido y su estructura cristalina natural. Rutenio y Osmio tienen estructura cristalina específica con efecto endurecedor significativo al añadirlo a platino. Aleaciones Pt-Os son extremadamente duras y prácticamente inmecanizables, sin muchas aplicaciones reales. Sin embargo, la adición de los otros 4 PGMs al platino permite una gama de propiedades con diversos usos.

Tabla 3: Propiedades de materiales PGM (Nota: dureza y resistencia a tracción son valores en frío)

El platino y sus aleaciones son biocompatibles, pudiendo colocarse en el cuerpo humano por largos periodos sin reacciones adversas. Por tanto, dispositivos médicos como fijaciones de tornillo de músculo cardíaco, stents y bandas marcadoras para angioplastia se hacen de platino y aleaciones. El oro y paladio también se usan comúnmente en aplicaciones dentales.

Aleaciones Pt-Ir son notablemente más duras y fuertes que otras y son excelentes cabezas de bujías en automóviles. Rodio a veces se añade a aleaciones Pt-Ir para hacer el material menos elástico (ya que se usan como alambre médico) mientras aumentan su mecanizabilidad. Pares de alambre Pt y Pt-Rh son extremadamente efectivos midiendo temperaturas y se usan en termopares.

Mecanizado de Metales Preciosos

Los dos parámetros con mayor efecto al mecanizar son dureza y porcentaje de elongación. La dureza es bien conocida por mecanizadores e ingenieros como indicador de resistencia a deformación o corte. El porcentaje de elongación cuantifica la ductilidad. Indica al diseñador el grado en que una estructura se deformará plásticamente (permanentemente) antes de fractura. Por ejemplo, un plástico dúctil como polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE) tiene elongación de 350-525%, mientras que un material frágil como hierro fundido templado en aceite (grado 120-90-02) tiene ~2%. Por tanto, mayor elongación significa mayor "gomosidad". Materiales gomosos son propensos a filo acumulado y tienden a producir virutas largas y fibrosas.

Herramientas para Metales Preciosos

La ductilidad hace esencial una herramienta de corte afilada para metales preciosos. Fresas de Hélice Variable para Aleaciones de Aluminio pueden usarse para materiales más blandos como oro puro, plata y platino.

Figura 2: Fresa de Extremo Cuadrado de Hélice Variable para Aleaciones de Aluminio

Materiales de mayor dureza aún requieren filo afilado. La mejor opción es invertir en una herramienta de Diamante PCD. La wafer PCD puede cortar materiales extremadamente duros manteniendo filo afilado por período relativamente largo, comparado con filos HSS y carburo estándar.

Figura 3: Fresa de Extremo Cuadrado de Diamante PCD

Tablas de Velocidades y Avances:

Figura 4: Velocidades y avances para metales preciosos usando Fresa Cuadrada No Ferrosa, 3x LOC

Figura 5: Velocidades y avances para metales preciosos usando Fresa PCD de 2 Filos Cuadrada