cobre de berilio

El cobre berilio ( BeCu ), también conocido como cobre berilio ( CuBe ), bronce berilio y cobre para muelles , es una aleación de cobre con un 0,5-3% de berilio . ^{[ 1 ]} Las aleaciones de cobre berilio se utilizan a menudo debido a su alta resistencia y buena conductividad térmica y eléctrica. ^{[ 2 ]} Se utiliza por su ductilidad , soldabilidad en el trabajo de metales y propiedades de mecanizado. Tiene muchas aplicaciones especializadas en herramientas para entornos peligrosos, instrumentos musicales, dispositivos de medición de precisión, balas y algunos usos en el campo aeroespacial . Debido a que el berilio es una sustancia peligrosa, los procesos de fabricación que involucran cobre berilio pueden crear un riesgo de exposición peligrosa.

El cobre-berilio es una aleación dúctil , soldable y mecanizable. Al igual que el cobre puro, es resistente a los ácidos no oxidantes (como el ácido clorhídrico y el ácido carbónico ) y a los productos de descomposición del plástico, al desgaste abrasivo y al agarrotamiento . Puede someterse a tratamiento térmico para aumentar su resistencia, durabilidad y conductividad eléctrica .

El cobre-berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa (200 000 psi) ) de cualquier aleación a base de cobre. ^{[ 3 ]} Tiene una conductividad térmica de 62 Btu/h-ft-°F (107 W/mK), que es de 3 a 5 veces mayor que la del acero para herramientas . Tiene un punto de fusión sólido de 1590 ° F (866 ° C ) y un punto de fusión líquido de 1800 °F (982 °C). Tiene una alta capacidad para ser conformado en caliente. La aleación de cobre-berilio C17200 tiene resistencia y dureza similares a las del acero; las propiedades de dureza Rockwell en su estado máximo (envejecido) están en el rango de 200 ksi y RC45.  

El C17200 posee propiedades anticorrosivas eficaces cuando se expone a condiciones extremas como el agua de mar y los entornos de pozos petrolíferos . Resiste la corrosión bajo tensión por sulfuros o cloruros y es resistente a los efectos del dióxido de carbono y la fragilización por hidrógeno .

Las aleaciones de cobre en general siempre se han considerado antichispas. La aleación C17200 tiene la resistencia necesaria para soportar el uso en herramientas manuales y mecánicas. Estas características antichispas son especialmente útiles en entornos explosivos, como en las industrias del petróleo y el gas y la pólvora. ^{[ 4 ]}

La inhalación de polvo, niebla o humos que contienen berilio puede causar beriliosis crónica , la cual restringe el intercambio de oxígeno entre los pulmones y el torrente sanguíneo. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) clasifica al berilio como carcinógeno humano del Grupo 1. El Programa Nacional de Toxicología (NTP) también lo clasifica como carcinógeno. La aleación de cobre-berilio con un contenido inferior al 2,5 % de berilio (en cobre) no está clasificada como carcinógena.

El cobre-berilio es una aleación no ferrosa que se utiliza en resortes , alambres para resortes, celdas de carga y otras piezas que deben conservar su forma bajo esfuerzos y tensiones repetidas. Posee una alta conductividad eléctrica y se emplea en contactos de baja corriente para baterías y conectores eléctricos.

El cobre-berilio es antichispas , físicamente resistente y no magnético , cumpliendo con los requisitos de la directiva ATEX para las zonas 0, 1 y 2. Se dispone de destornilladores, alicates, llaves, cinceles , cuchillos y martillos de cobre-berilio para entornos con riesgo de explosión , como plataformas petrolíferas , minas de carbón y elevadores de grano. Un metal alternativo que a veces se utiliza para herramientas antichispas es el bronce de aluminio . En comparación con las herramientas de acero, las de cobre-berilio son más caras y menos resistentes, pero las propiedades del cobre-berilio en entornos peligrosos pueden compensar las desventajas. ^{[ 5 ]} Algunos de los diversos usos del BeCu incluyen:

• Ciertos instrumentos de percusión, especialmente las panderetas y los triángulos , se caracterizan por el tono y la resonancia uniformes del cobre-berilio.
• Los equipos criogénicos de temperatura ultrabaja , como los refrigeradores de dilución , se caracterizan por su resistencia mecánica y su conductividad térmica relativamente alta en este rango de temperaturas.
• Moldes para la fabricación de envases de plástico (incluida la mayoría de las jarras de leche de plástico), mediante el proceso de moldeo por soplado . ^{[ 6 ]}
• Balas perforantes , ^{[ 7 ]} aunque tal aplicación es inusual, ya que las balas hechas de aleaciones de acero son mucho menos costosas y tienen propiedades similares.
• Herramientas de medición durante la perforación (MWD) en la industria de la perforación direccional . Se requiere una aleación no magnética, ya que se utilizan magnetómetros para obtener los datos de intensidad de campo que proporciona la herramienta.
• Mantenimiento de equipos de resonancia magnética (RM) y resonancia magnética nuclear (RMN), donde los campos magnéticos de alta intensidad hacen peligroso el uso de herramientas ferrosas y donde los materiales magnéticos presentes en el campo pueden alterar la imagen.
• Juntas utilizadas para crear un sellado hermético a la radiofrecuencia (resistente a las fugas de radiofrecuencia), el sello electrónico en las puertas utilizado en las pruebas de compatibilidad electromagnética y las cámaras anecoicas .
• En la década de 1980, el cobre-berilio se utilizaba en la fabricación de palos de golf , especialmente wedges y putters . Si bien algunos golfistas prefieren la sensación de las cabezas de palos de cobre-berilio, las regulaciones y los altos costos han hecho que sea difícil encontrar palos de este material en la actualidad.
• Kiefer Plating (ya desaparecida), de Elkhart, Indiana, fabricaba campanas de trompeta de cobre-berilio para la Schilke Music Co. de Chicago. Estas campanas ligeras producen un sonido preferido por algunos músicos. ^{[ 8 ]}
• El alambre de cobre berilio ^{[ 9 ]} se produce en muchas formas: redondo, cuadrado, plano y con forma, en bobinas, en carretes y en longitudes rectas.
• Los asientos y guías de válvula de cobre-berilio se utilizan en motores de cuatro tiempos de alto rendimiento con válvulas de titanio revestidas. El cobre-berilio disipa el calor de la válvula hasta siete veces más rápido que los asientos y guías de acero o hierro en polvo. Su menor dureza reduce el desgaste de la válvula y aumenta su vida útil.
• Para la industria aeronáutica, la resistencia, la estabilidad dimensional y la resistencia al desgaste, la fatiga y la corrosión del cobre-berilio lo hacen idóneo para la fabricación de cojinetes y bujes para aeronaves, y estas cualidades, junto con su conductividad térmica, lo convierten en la mejor aleación de cobre para contactos eléctricos, conectores y cables. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El cobre-berilio (C17200 y C17300) es una aleación endurecible por envejecimiento que alcanza la mayor resistencia entre todas las aleaciones de cobre. Puede endurecerse por envejecimiento tras darle forma de resortes, figuras complejas o formas intrincadas. Se valora por su elasticidad , resistencia a la corrosión, estabilidad, conductividad y baja deformación por fluencia.

El cobre-berilio templado es C17200 y C17300, que han sido endurecidos por envejecimiento y estirados en frío. No se requiere ningún tratamiento térmico adicional, salvo un posible alivio de tensiones leve. Es suficientemente dúctil como para enrollarse sobre su diámetro y puede moldearse en resortes y casi cualquier forma. El alambre templado es especialmente útil cuando se desean las propiedades del cobre-berilio, pero el endurecimiento por envejecimiento de las piezas terminadas no resulta práctico.

Las aleaciones de cobre-berilio C17510 y C17500 son endurecibles por envejecimiento y ofrecen buena conductividad eléctrica, propiedades físicas y resistencia al desgaste. Se utilizan en resortes y cables donde la conductividad eléctrica o la conservación de las propiedades a altas temperaturas son importantes.

Las aleaciones de cobre-berilio de alta resistencia contienen hasta un 2,7 % de berilio (fundidas) o entre un 1,6 % y un 2 % de berilio con aproximadamente un 0,3 % de cobalto (forjadas). La resistencia se logra mediante el endurecimiento por envejecimiento. La conductividad térmica de estas aleaciones se encuentra entre la del acero y la del aluminio. Las aleaciones fundidas se forman frecuentemente con moldes de inyección. Las aleaciones forjadas se designan por la UNS como C17200 a C17400, y las fundidas como C82000 a C82800. El proceso de endurecimiento requiere un enfriamiento rápido del metal recocido, lo que da como resultado una solución sólida de berilio en cobre, que luego se mantiene a 200–460  °C durante al menos una hora, produciendo una precipitación de cristales de beriluro metaestables en la matriz de cobre. El envejecimiento excesivo más allá de la fase de equilibrio agota los cristales de beriluro y reduce su resistencia. Los beriluros en las aleaciones fundidas son similares a los de las aleaciones forjadas.

Las aleaciones de cobre-berilio de alta conductividad contienen hasta un 0,7 % de berilio, junto con algo de níquel y cobalto. La conductividad térmica de estas aleaciones es mayor que la del aluminio y ligeramente menor que la del cobre puro; se utilizan frecuentemente como contactos eléctricos. ^{[ 12 ]}

• Normas y propiedades - Microestructuras de cobre y aleaciones de cobre - Cobre-berilio
• Inventario Nacional de Contaminantes - Hoja informativa sobre el berilio y sus compuestos
• Inventario Nacional de Contaminantes - Hoja informativa sobre el cobre y sus compuestos
• Hojas de datos de cobre-berilio y níquel-berilio
• Hojas de datos de cables de cobre-berilio y níquel-berilio. Archivadas el 27/06/2009 en Wayback Machine.
• "Beralcast – Aleaciones de aluminio y berilio" . IBC Advanced Alloys . Archivado del original el 23 de julio de 2015. Consultado el 22 de julio de 2015 .
• "Aleaciones maestras de cobre-berilio" . Planta metalúrgica de Ulba, Kazajstán .
• "Aleaciones de cobre y berilio" . Materion, Mayfield Heights, OH .