Espumas metálicas, resistencia ultraligera

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Las investigaciones en metalurgia son constantes, hoy en día se ha logrado fabricar materiales ultraligeros pero resistentes a la vez, propiedades que suenan incompatibles pero que ya pueden conjugarse. Estas propiedades hacen interesantes a las espumas metálicas.

Las espumas metálicas son estructuras celulares formadas por un metal sólido —aluminio, frecuentemente—, el cual contiene poros rellenos de un gas, generalmente derivado del mismo metal, formando un material parecido a una esponja pero hecha completamente de metal.

Las espumas metálicas suelen tener como material matriz diversos metales (por ejemplo, aluminio, cobre, titanio, magnesio) y sus aleaciones (por ejemplo, acero, 6xxx, aluminio-plata-zinc).

Estos materiales se caracterizan por presentar propiedades especiales, debido a que conjuntan las propiedades intrínsecas de un material metálico con las derivadas de un material poroso, consiguiendo así una combinación de propiedades físicas, químicas y mecánicas únicas.

El distintivo principal de las espumas metálicas es la alta porosidad de su superficie, de hecho, 75 a 95% de su volumen son espacios huecos, convirtiéndolas en materiales ultraligeros y muy resistentes al mismo tiempo, los poros son generalmente redondos y aislados unos de otros.

Las características de cada tipo de espuma dependerán en gran medida de la naturaleza de la matriz y de la densidad relativa.

Estos materiales poseen alta rigidez específica, peso específico muy bajo y buenas propiedades de absorción de energía.

La fabricación de espumas metálicas requiere de la espumación del material desde el estado líquido o temperaturas muy próximas a este para que se puedan alcanzar condiciones de fluidez que permitan la creación de una forma parecida a una espuma.

La obtención de espumas metálicas puede ser por diversos procesos: inyección de gas, adición de agentes espumantes, por síntesis en estado sólido ó galvanoplastía (electrodeposición).

Las espumas metálicas se han vuelto materiales de utilidad en gran variedad de campos porque combinan las propiedades de los metales con las ventajas estructurales de las espumas, es por eso que las aplicaciones que tienen van desde calzado deportivo, embalajes y envases, en motores automotrices, filtros, sustitutos del acero y hasta en prótesis ortopédicas.

Las propiedades las han vuelto importantes también para la fabricación de estructuras ultraligeras, sistemas de alta resistencia al impacto, elementos de disipación de calor y aislamiento acústico.

Industrialmente, gracias a sus propiedades de trasferencia de calor, se llegan a utilizar como intercambiadores de calor y para enfriar equipos electrónicos.

Espumas de aluminio

Los metales que más se utilizan para hacer espumas metálicas son aluminio y titanio.

Las espumas de aluminio son de baja densidad, resistentes a la corrosión y con punto de fusión bajo, lo que las hace fáciles de manipular. Sus aplicaciones incluyen materiales resistentes al impacto, filtros, intercambiadores de calor y electrodos porosos.

Las aplicaciones aprovechan las propiedades principales del metal: rigidez, absorción de energía frente a impactos y absorción de sonido.

Industrialmente, ya se fabrican piezas de maquinaria de espuma o rellenas de espuma que hacen que disminuya la inercia y aumente el amortiguamiento.

Como filtros se utilizan ya sea para separar sólidos dispersos en un líquido o partículas sólidas con distintos tamaños en mezclas igualmente sólidas.

Las espumas de aluminio pueden utilizarse como intercambiadores de calor por su alta conductividad.

Espumas de titanio

Por otro lado, la espuma de titanio es un biomaterial resistente que posee una estructura porosa y es compatible con el cuerpo humano por ello se utilizan en implantes. Se busca que los poros del material permitan a los vasos sanguíneos y a las células formar parte del implante, de la misma manera que lo hacen los huesos.

Las características que posee el titanio ha ayudado a implementar las espumas de titanio en prótesis óseas, el titanio no es tóxico para los tejidos, por ello es ampliamente usado en implantes ortopédicos o dentales gracias a que las células humanas se adhieren fuertemente sobre este metal.

Las ventajas que tienen las espumas de titanio es que son flexibles, tienen alta resistencia química y mecánica, son inertes, ligeras y rígidas.

Espumas de magnesio

En una investigación que realiza por la UNAM, se busca capturar dióxido de carbono mediante espumas con base de magnesio. Investigan con dos tipos de espumas; de poro abierto y poro cerrado, producidas a través de metalurgia de polvos.

La forma en que las espumas de magnesio capturan el dióxido de carbono consiste en un proceso complejo que implica la oxidación del magnesio de tal manera que en contacto con el dióxido de carbono capturado, se formen carbonatos. La fuente de magnesio es la espuma metálica, esta espuma debe tener una alta área superficial para que tenga mayor capacidad de captura. La investigación aún sigue en proceso.

Las espumas metálicas están hechas principalmente de aluminio y titanio, sin embargo, las espumas de hierro, níquel y plomo siguen en fase de investigación.

La tecnología e investigación ha logrado crear nuevos materiales y estructuras de alta eficiencia, livianas y resistentes como los huesos o la madera, pero con bajo peso específico. Estos materiales tienen aplicaciones en varios campos tecnológicos, desde el aislamiento térmico y acústico hasta la biomedicina.

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