El bronce de bismuto o latón de bismuto es una aleación de cobre que normalmente contiene entre un 1 y un 3 % de bismuto en peso, aunque algunas aleaciones contienen más del 6 % de Bi. Esta aleación de bronce es muy resistente a la corrosión , una propiedad que la hace adecuada para su uso en entornos como el océano. Los bronces y latones de bismuto son más maleables , conductores térmicos y se pulen mejor que los latones normales. La aplicación industrial más común de estos metales es como cojinetes, sin embargo, el material se ha utilizado desde finales del siglo XIX como utensilios de cocina y espejos. El bronce de bismuto también se encontró en cuchillos ceremoniales incas en Machu Picchu . [1] Recientemente, la presión para la sustitución de metales peligrosos ha aumentado y con ella el bronce de bismuto se está comercializando como una alternativa ecológica a los cojinetes y bujes de bronce con plomo.
El artefacto más antiguo conocido que contiene bronce de bismuto es un cuchillo inca de Perú, encontrado en 1912 y probablemente data del siglo XV. Si la aleación fue elegida por las propiedades metalúrgicas que facilitaban la fundición o por su acabado más blanco y brillante es una cuestión de conjeturas. Es poco probable que la inclusión del bismuto fuera accidental, como probablemente fue el caso de la mayoría de los otros bronces tempranos que contenían bismuto, lo que hace que esta sea la evidencia más temprana de la adición intencional de bismuto a una aleación. [1] El bronce de bismuto fue redescubierto en la década de 1880 por James Webster para cables de telégrafo. Webster desarrolló dos aleaciones de bismuto-estaño-bronce. Una aleación fue desarrollada como un intento temprano de producir bronce resistente a la corrosión , y fue descrita como "dura, resistente y sonoro". Webster también indicó que esta aleación en particular también era muy adecuada para los cables de piano. Otra aleación temprana de Webster fue descrita como "duradera y brillante" y luego se usó en utensilios de cocina debido a su brillo y deslustre lento. La capacidad de esta aleación particular para mantener el brillo también la hizo útil como reflector de luz o material para espejos, uso que se siguió dando hasta el siglo XX [2] [3]
En la década de 1990, el fabricante de autopartes Federal Mogul comenzó a desarrollar bronces de bismuto como alternativa a los bronces que contienen plomo debido a la creciente presión sobre la eliminación del plomo de las aplicaciones tanto de consumo como industriales. El bismuto es un metal pesado no tóxico y, a medida que la legislación como la Restricción de Sustancias Peligrosas de la UE o la Ley de Reducción de Plomo en el Agua Potable de los Estados Unidos continúan regulando la cantidad de plomo que puede haber en un producto o entorno, se han desarrollado más materiales alternativos sin plomo que mantienen las propiedades de sus predecesores de plomo sin contener plomo . El bismuto es un reemplazo especialmente apropiado para los cojinetes de bronce con plomo porque, al igual que el plomo, el bismuto es insoluble en cobre y forma microglóbulos similares que imitan al plomo. [4]
El "bronce de bismuto" moderno no es técnicamente ni una aleación ni un bronce, sino un material compuesto que contiene latón y bismuto (aunque todavía se utilizan algunos bronces ). Debido a que el bismuto, al igual que el plomo, es insoluble en cobre, existe como microglóbulos discretos de bismuto dentro de los límites de grano de la aleación que se comportan como partículas de bismuto. Estas partículas se deforman fácilmente dentro de la estructura cristalina y a lo largo de la superficie del metal para actuar como un lubricante sólido de bajo cizallamiento en casos de baja lubricación. Se agrega selenio a las aleaciones rojas de cobre y bismuto porque fortalece las propiedades del bismuto del material. Debido a que el bismuto líquido puede provocar la fragilización de una aleación, se debe tener cuidado en el procesamiento y reciclaje de estos materiales. [5] [6] [7]
Los bronces de bismuto modernos en el mercado están desarrollados para mantener propiedades similares a los bronces con plomo, y muchos de ellos tienen propiedades mecánicas casi idénticas a las aleaciones de plomo comunes, como maquinabilidad y alta conductividad térmica. [8] También tienen una alta lubricidad , lo que los hace ideales para capas externas en piezas de máquinas que están sujetas a desgaste, como cojinetes y platos oscilantes . [9] El bronce de bismuto y estaño no es fácilmente corrosivo para el agua; el bismuto preliminar no se oxida fácilmente .
Utilizado en grifos, componentes de bombas, accesorios de tuberías, artículos de plomería, impulsores de bombas de agua, carcasas y engranajes pequeños, el bronce de bismuto y estaño de aleación C89835 tiene una densidad de 0,321 lb/in 3 , [10] mientras que la aleación C89844 (que se utiliza para accesorios o válvulas para agua potable) tiene una densidad de 0,31 lb/in 3 . [11]
En un principio, el bronce de bismuto y estaño se desarrolló para cables de telégrafo. Sin embargo, a finales del siglo XIX y principios del XX, el bronce se empezó a utilizar más comúnmente en espejos, reflectores, utensilios de cocina y cables de piano. Dejó de usarse comúnmente en la primera mitad del siglo XX. [3]
Las aleaciones modernas de bronce y bismuto se comercializan como una alternativa ecológica al plomo, y suelen elegirse en lugar de los bronces con plomo, menos costosos, debido a la normativa medioambiental. [12] Se encuentran como capa superficial en componentes automotrices o mecánicos que reciben un gran desgaste, como las bombas de pistón hidráulicas. Estas aleaciones también se utilizan comúnmente en cojinetes o bujes en sistemas tribológicos . Además, se fabrican algunos accesorios de plomería de bronce y bismuto.
Las piezas fundidas de bronce de bismuto sin plomo se producen mediante moldes congelados. Las características de la arena se utilizan para aumentar la velocidad de enfriamiento de las piezas fundidas de bronce porque las partículas de arena tienen una mayor conductividad térmica , mayor tamaño de grano y forma esférica. El molde tiene un alto potencial de enfriamiento. Cuando el molde se congela, el hielo cerca de la superficie se contrae hasta convertirse en metal fundido y se descongela inmediatamente.
Otra forma de procesar el latón de bismuto incluye la extrusión de varillas de latón mediante mecanizado para darle al material la forma deseada. Luego, el material se recoce para aliviar la tensión causada por el mecanizado. El material se recoce a una temperatura y un tiempo de recocido determinados según la composición del material. El tiempo se selecciona para limitar el movimiento de difusión del bismuto. Esto reduce el agrietamiento del accesorio. [13]
La atomización con agua a alta presión es un método de procesamiento del latón de bismuto. Esta es una forma de solidificar rápidamente la aleación de metal . Un metal líquido se dispersa en gotitas mediante el impacto de chorros de agua a alta presión. Es un proceso de bajo costo para lograr una distribución de partículas finas en polvos de hierro , acero inoxidable y metales de baja aleación. Esta es una forma de solidificar rápidamente la aleación de metal. Una limitación de la atomización con agua es la pureza del polvo. Para los metales que son propensos a la oxidación , este es un problema importante. [14]