Tipos de Berilio y sus Aleaciones Avanzadas

Grados de Berilio (Producidos por Brush Wellman)

Los grados de berilio se clasifican según sus características mecánicas y propiedades específicas:

• Grados Estructurales: Diseñados para garantizar características mecánicas mínimas como la resistencia a la tracción (RM), el límite elástico (Rp0,2) y el alargamiento (A).
• Grados Instrumentales: Desarrollados para optimizar propiedades específicas para ciertas aplicaciones, como un microlímite elástico muy bajo (tensión que produce una deformación permanente del 0,0001 %) o la mejora de la reflectividad al infrarrojo.

Aleaciones de Berilio

El objetivo al alear el Berilio (Be) es mejorar algunas propiedades (plasticidad, tenacidad) sin deteriorar significativamente sus características positivas (densidad, rigidez).

Aleaciones de Berilio-Aluminio (Be-Al)

Son las únicas aleaciones de berilio-aluminio desarrolladas en la práctica. El diagrama Be-Al muestra que son elementos insolubles que no forman intermetálicos. La microestructura consiste en cristales de Be dispersos en una matriz de Al. La presencia de Aluminio (Al) mejora la plasticidad y la tenacidad.

La primera aleación comercial fue Be-38%Al (AlBeMet 162, anteriormente Lockalloy). Se obtiene por vía pulvimetalúrgica, utilizando polvos por atomización, compactación isostática en caliente (HIP) o en frío (CIP), y conformación por extrusión o laminación.

Las aleaciones de Be-Al son muy difíciles de moldear debido a la fuerte segregación (elementos insolubles), la alta reactividad en estado líquido (ataque al molde) y el enorme intervalo de solidificación (cavidades de contracción). Las piezas moldeadas tienden a tener bajas propiedades mecánicas.

Para superar estas dificultades en el moldeo, se han desarrollado nuevas aleaciones con adiciones que mejoran el comportamiento, como las aleaciones Beralcast para moldeo a la cera perdida. Estas aleaciones llevan adiciones de:

• Ag (Plata): Endurece el Al por precipitación.
• Co (Cobalto): Endurece el Be por solución sólida.
• Ge (Germanio): Mejora la colabilidad y ductilidad.
• Si (Silicio): Mejora la colabilidad.

Ejemplos: Beralcast 363 (Be-31Al-3Ag-1Co-0,7Ge) y Beralcast 191 (Be-31Al-2Ag-2Si).

E-Materials: Compuestos de Berilio y Óxido de Berilio

Los E-Materials son materiales compuestos formados por mezclas de Berilio (Be) y Óxido de Berilio (BeO) en diferentes porcentajes. Se obtienen por técnicas pulvimetalúrgicas a partir de polvos de los componentes, utilizando pulverización por impacto, enlatado del polvo, desgasificación y compactación isostática en caliente (HIP). Pueden considerarse materiales compuestos con matriz de Be y son materiales frágiles.

Existen las composiciones E-20, E-40 y E-60, donde la cifra indica el porcentaje en volumen de BeO.

Efecto del Porcentaje de Óxido (BeO) en E-Materials

Al aumentar el porcentaje de óxido (BeO):

• Aumenta: El módulo elástico, la densidad y la conductividad térmica.
• Disminuye: La resistencia a la tracción, el coeficiente de dilatación, el calor específico y la conductividad eléctrica.

Estos materiales son utilizados en aviónica, especialmente militar, por su gran capacidad de disipación térmica (actúan como sumideros de calor, reduciendo temperaturas y aumentando la vida del sistema). Aumentan la frecuencia de resonancia del conjunto por su gran rigidez y se seleccionan por su coeficiente de dilatación para asegurar la compatibilidad con el resto del sistema.

Cuproberilios: Aleaciones de Cobre y Berilio

Los Cuproberilios son aleaciones de Cobre (Cu) y Berilio (Be). Presentan una importante variación de solubilidad del Be en la red FCC del Cu (del 2,7% a 865 ºC a 0,25% a temperatura ambiente). Esto permite aplicar tratamientos de solución y envejecimiento para endurecerlas.

La secuencia de descomposición durante el envejecimiento es: Solución Sólida → GP → γ” → γ’ → γ.

Si se aplica acritud (deformación plástica en frío) después del tratamiento de solución, se obtienen mayores propiedades mecánicas tras el envejecimiento artificial.

Después del tratamiento de solución, la conductividad eléctrica es mínima y aumenta con la temperatura y el tiempo de envejecimiento. A mayor porcentaje de Be, mayor precipitación y mejores propiedades mecánicas (Rp0,2, RM), pero peor conductividad eléctrica.

Importante: No producen chispa.

Subgrupos Principales de Cuproberilios

• Alta Resistencia: 1,6-2% Be – 0,25% (Co+Ni).
• Alta Conductividad: 0,2-0,7% Be – 2% (Co+Ni).

La adición de Cobalto (Co) y Níquel (Ni) ayuda a frenar el crecimiento de grano por formación de beriliuros dispersos en la matriz y colabora ligeramente en el endurecimiento de la aleación.

Sus aplicaciones principales son en equipamiento eléctrico o electrónico que requiere una buena combinación de propiedades mecánicas, conductividad eléctrica y estabilidad térmica.

Aplicaciones del Berilio y sus Aleaciones

El berilio y sus aleaciones se utilizan en una amplia gama de aplicaciones debido a sus propiedades únicas:

• Piezas y estructuras que requieren gran rigidez específica en el campo aeroespacial.
• Sistemas ópticos y telescópicos, así como reflectores en satélites.
• Componentes de sistemas de guiado inercial.
• Frenos de aviones y coches de carreras.
• Ventanas transparentes para equipos de rayos X.
• Aplicaciones nucleares como moderador y reflector de neutrones, incluyendo aplicaciones en fusión (por ejemplo, mantas de ITER).
• Componentes de aviónica (sustratos, chasis, etc.) por su rigidez, coeficiente de dilatación y capacidad de amortiguación de vibraciones.