Cómo Borates se usan en Metalurgia

Borates in Metallurgy

Se usan los boratos en la fabricación de acero y metales no ferrosos, metales amorfos, flujos de soldadura, aleaciones, imanes de tierras raras y compuestos chapados. Generalmente se usa el boro en la metalurgia (como en los abrasivos, herramientas cortantes, imanes, y soldadura) para los siguientes propósitos:

  • Reducir la temperatura de fusión (para bajar la energía consumida)
  • Aumentar fluidez (como agente fundente)
  • Aumentar la fuerza (templabilidad) del acero
  • Reducir la corrosión del material refractario en el horno

Se usa el boro también en la fabricación de metales puros y fuertes para quitar el oxígeno y nitrógeno que o es disuelto en el metal o está químicamente ligado con el metal. En la fabricación de acero y metal no ferroso, los boratos funcionan como fundente durante la operación de fundición, ayudando a disolver impurezas de óxidos metálicos, los cuales están quitados en la escoria.

Steel Fabricación de Acero

El boro, como elemento sólido no metálico, puede penetrar y formar una aleación con el acero en altas temperaturas. Forma un compuesto molecular con el metal. En comparación con el cromo, el boro no añade una capa a la superficie original, sino hace los contrario: quita el carbón y otras impurezas del acero, dejando una capa pura de boruro de hierro con el boro.

El boro puede aumentar significativamente la templabilidad del acero sin pérdida de ductilidad. Su efectividad es más notable en los niveles de carbono más bajos. La adición de boro es normalmente en pequeñas cantidades que van desde 5 a 30 ppm.

Se puede añadir los productos de boro al horno de cuchara durante la fabricación de acero para transformar la escoria de un material polvo rose de baja densidad a una forma que es el doble de la densidad. Esto hace que la escoria sea más fácil y ecológica para manejar. Ayuda a reducir los costos porque se puede o reutilizar la escoria comprimida en la fabricación de acero como sustituto para alguna cal usada para quitar impurezas o venderlo a la industria de construcción para su uso como relleno. Estas oportunidades ayudan a evitar los gastos y honorarios de eliminación. [Volver al Inicio]

Soldadura

Se considera el boro, bordeando la transición entre los metales y no metales, como semiconductor en lugar de un conductor metálico. Debido a su capacidad de disolver las películas de óxido metálico, como fundente, se usa el boro en la soldadura fuerte y la soldadura blanda. La mayoría de las pastas secas para los fundentes de soldadura de cobre y de soldadura blanda contiene boratos. Más específicamente, se usa el tricloruro de boro para el refinamiento de aleaciones de aluminio, magnesio, cinc, y cobre para quitar nitruros, carburos, y óxidos del metal fundido. Se ha utilizado con éxito como fundente para soldaduras para las aleaciones de aluminio, hierro, cinc, tungsteno, y monel.

El bórax y ácido bórico se convierten (descomponen) en trióxido de boro (B2O3) en temperaturas de soldadura de 575°C para ácido bórico y 765°C para bórax (con bórax se produce también metaborato sódico como parte del proceso de descomposición). B2O3 es el ingrediente activo en la disolución de óxidos metálicos. Se convierten los óxidos de cobre, por ejemplo, en metaborato de cobre cuando entran en contacto con el B2O3 . Estos metaboratos son solubles en agua y disuelven en el encurtido.

 

Aunque ni el ácido bórico ni el bórax son fundentes para soldaduras en si mismo, como retardantes de fuego, proveen protección contra la oxidación en el resto de la composición durante la soldadura. Muchos fundentes de soldaduras contienen bórax (o ácido bórico) como el componente central pero también han añadido otros compuestos como cloruros, fluoruros y carbonatos para reducir la temperatura de la acción fundente y para ayudar en disolver los óxidos más dificiles como el dióxido de silicio. [Volver al Inicio]

Pulvimetalurgia

En pulvimetalurgia (PM), la presencia de boruros metálicos, ya sean formados in-situ o añadidos como premezcla, provee múltiples beneficios a las partes formadas incluso alta conductividad y fuerza mecánica. Ácido Bórico, Nitruro de Boro, y Carburo de Boro forman fases intermetálicos in situ a través de la formación de boruros metálicos.

En aplicaciones no ferrosos, Ácido Bórico Anhidro, tanto como Ácido Bórico, son altamente interactivos con Mg, Al, and Cu. Se forma el boro in situ durante la sinterización bajo o una atmósfera reductora o una atmósfera inerte, reacciona para formar boruros metálicos. Productos que contienen boro imparten una alta conductividad, siendo presente como dopant en los intersticios metálicos o alrededor de las juntas de grano. Incluso una pequeña adición de Ácido Bórico puede hacer una gran diferencia en Mg. Se usa el boro en PM de titanio para aumentar fuerza mecánica en aviación.                                                                  

En PM ferrosa, la adición de boro tiene los siguientes efectos:

  • Forma una fase líquida durante la sinterización.
  • Aumenta densidad y dureza con el aumento de la temperatura de sinterización.
  • Baja significativamente el índice de desgaste y pérdida del peso.
  • Mejora la resistencia a la corrosión del acero.
  •  Permite una baja temperatura de sinterización.

Carburo de Boro en Polvo es un PM importante en base a boro no ferroso que tiene una amplia gama de aplicaciones industrias. [Volver al Inicio]

Metales Amorfos (Vidrios Metálicos) y Aleaciones

En la fabricación de aleaciones metálicas amorfas a través de aleaciones que contienen boro de enfriamiento rápido utilizados en núcleos magnéticos blandos ayudan a reducir pérdidas de energía hasta 85%. En las aleaciones, los boratos asocian fácilmente con contaminantes de óxidos metálicos a una baja temperatura, minimizando la pérdida de metales preciosos y reduciendo desgaste y deterioro sobre el equipo de fusión.

Se usan los metales amorfos como transformadores en la forma de láminas y proveen una mayor eficiencia por reducir pérdidas de potencia en imanes blandos (no permanentes) convencionales. Se puede lograr una reducción sustancial (70-85%) en la cantidad de pérdida de energía por medio del uso de núcleos magnéticos elaborados de aleaciones metálicas amorfas.

Metales amorfos o “Vidrios Metálicos” son mezclas inorgánicas fusionadas a altas temperaturas y enfriadas rápidamente para que solidifiquen y no se cristalicen. Estos materiales son aleaciones fundidas que se han enfriado rápidamente, los cuales no tienen tiempo para cristalizarse cuando se enfríen. Para lograr esto, se requieren velocidades de enfriamiento de 1 millón OC por segundo. Estas aleaciones pueden variar en composición y frecuentemente contienen hasta 92% de hierro (Fe), 5% de silicio (Si), y 3% de boro (B) en peso. En la elaboración de tales aleaciones el boro se abastece principalmente como Ferroboro, el cual se puede fabricar a través del uso o de ácido bórico o de óxido bórico (ácido bórico anhidro). [Volver al Inicio]

Imanes

Se usa el ferroboro en la fabricación de imanes de tierras raras, los cuales muestran propiedades magnéticas superiores para imanes híbridos y materiales de imanes permanentes. [Volver al Inicio]

Los siguientes volantes sobre las aplicaciones están disponibles para descarga: