Cobalto-cromo

El cobalto-cromo o cobalto-cromo ( CoCr ) es una aleación metálica de cobalto y cromo . El cobalto-cromo tiene una resistencia específica muy alta y se usa comúnmente en turbinas de gas , implantes dentales e implantes ortopédicos . ^{[ 1 ]}

La aleación Co-Cr fue descubierta por primera vez por Elwood Haynes a principios del siglo XX mediante la fusión de cobalto y cromo. Inicialmente, la aleación contenía otros elementos como tungsteno y molibdeno . Haynes informó que su aleación era capaz de resistir la oxidación y los vapores corrosivos, y no presentaba signos visibles de deslustre incluso al someterla a ácido nítrico hirviendo. ^{[ 2 ]} Con el nombre de Stellite , la aleación Co-Cr se ha utilizado en diversos campos donde se requería alta resistencia al desgaste, incluyendo la industria aeroespacial , ^{[ 3 ]} cuchillería, cojinetes y cuchillas.

La aleación de cobalto-cromo (Co-Cr) comenzó a recibir mayor atención al descubrirse su aplicación biomédica. En el siglo XX, se utilizó por primera vez en la fabricación de instrumental médico, ^{[ 4 ]} y en 1960 se implantó la primera válvula cardíaca protésica de Co-Cr, que duró más de 30 años, demostrando su alta resistencia al desgaste. ^{[ 5 ]} Recientemente, debido a sus excelentes propiedades de resistencia, biocompatibilidad , altos puntos de fusión e increíble resistencia a altas temperaturas, la aleación de Co-Cr se utiliza en la fabricación de numerosas articulaciones artificiales, como caderas y rodillas, puentes dentales parciales, turbinas de gas y muchas otras aplicaciones. ^{[ 4 ]}

La producción común de aleación Co-Cr requiere la extracción de cobalto y cromo de minerales de óxido de cobalto y óxido de cromo . Ambos minerales deben someterse a un proceso de reducción para obtener metales puros. El cromo generalmente se obtiene mediante una técnica de reducción aluminotérmica , y el cobalto puro se puede obtener de diversas maneras, dependiendo de las características del mineral específico. Los metales puros se funden al vacío, ya sea por arco eléctrico o por fusión por inducción . ^{[ 4 ]} Debido a la reactividad química de los metales a altas temperaturas, el proceso requiere condiciones de vacío o una atmósfera inerte para evitar la absorción de oxígeno por el metal. La aleación ASTM F75, una aleación de Co-Cr-Mo, se produce en una atmósfera inerte de argón mediante la eyección de metales fundidos a través de una pequeña boquilla que se enfría inmediatamente para producir un polvo fino de la aleación. ^{[ 3 ]}

Sin embargo, la síntesis de la aleación Co-Cr mediante el método mencionado anteriormente es muy costosa y difícil. Recientemente, en 2010, científicos de la Universidad de Cambridge produjeron la aleación mediante una novedosa técnica electroquímica de reducción en estado sólido conocida como Proceso FFC Cambridge, que implica la reducción de un cátodo precursor de óxido en un electrolito de cloruro fundido. ^{[ 4 ]}

Las aleaciones _de Co-Cr muestran una alta resistencia a la corrosión debido a la formación espontánea de una película pasiva protectora compuesta principalmente de Cr₂O₃ y pequeñas cantidades de cobalto y otros óxidos metálicos en la superficie. ^{[ 6 ]} El CoCr tiene un punto de fusión de alrededor de ₁₃₃₀ ° C (2430 °F) . ^{[ 7 ]}  

Como lo indica su amplia aplicación en la industria biomédica, las aleaciones de Co-Cr son bien conocidas por su biocompatibilidad. La biocompatibilidad también depende de la película y cómo esta superficie oxidada interactúa con el entorno fisiológico. ^{[ 8 ]} Las buenas propiedades mecánicas que son similares al acero inoxidable son el resultado de una estructura multifásica y la precipitación de carburos, que aumentan enormemente la dureza de las aleaciones de Co-Cr. La dureza de las aleaciones de Co-Cr varía entre 550 y 800 MPa, y la resistencia a la tracción varía entre 145 y 270 MPa. ^{[ 9 ]} Además, la resistencia a la tracción y a la fatiga aumenta radicalmente cuando se someten a tratamiento térmico. ^{[ 10 ]} Sin embargo, las aleaciones de Co-Cr tienden a tener baja ductilidad , lo que puede causar fractura del componente. Esto es una preocupación ya que las aleaciones se usan comúnmente en reemplazos de cadera. ^{[ 11 ]} Para superar la baja ductilidad, se agrega níquel , carbono y/o nitrógeno . Estos elementos estabilizan la fase γ, que tiene mejores propiedades mecánicas en comparación con otras fases de las aleaciones de Co-Cr. ^{[ 12 ]}

Existen varias aleaciones de Co-Cr que se producen y utilizan comúnmente en diversos campos. ASTM F75, ASTM F799 y ASTM F1537 son aleaciones de Co-Cr-Mo con una composición muy similar, aunque con procesos de producción ligeramente diferentes; ASTM F90 es una aleación de Co-Cr-W-Ni , y ASTM F562 es una aleación de Co-Ni-Cr-Mo-Ti. ^{[ 3 ]}

Dependiendo del porcentaje de cobalto o cromo y de la temperatura, las aleaciones de Co-Cr presentan diferentes estructuras. La fase σ, donde la aleación contiene aproximadamente entre un 60 y un 75 % de cromo, tiende a ser frágil y propensa a la fractura . La fase γ presenta una estructura cristalina FCC, la cual muestra mayor resistencia y ductilidad en comparación con la fase σ. La estructura cristalina FCC se encuentra comúnmente en aleaciones ricas en cobalto, mientras que las aleaciones ricas en cromo tienden a tener una estructura cristalina BCC. La aleación de Co-Cr en fase γ puede transformarse en la fase ε a altas presiones, la cual presenta una estructura cristalina HCP. ^{[ 12 ]}

Los metales liberados por las herramientas y prótesis de aleación de Co-Cr pueden causar reacciones alérgicas y eccema cutáneo . ^{[ 16 ]} Se deben evitar las prótesis o cualquier equipo médico con aleación de Co-Cr con alto porcentaje en masa de níquel debido a su baja biocompatibilidad, ya que el níquel es el sensibilizante metálico más común en el cuerpo humano. ^{[ 12 ]}

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