Cuproníquel

Las aleaciones de cuproníquel se utilizan en aplicaciones marinas ^{[ 3 ]} debido a su resistencia a la corrosión del agua de mar , su buena procesabilidad y su eficacia para reducir los niveles de incrustaciones macroscópicas . Las aleaciones con composiciones que van desde el 90 % Cu–10 % Ni hasta el 70 % Cu–30 % Ni se especifican comúnmente en tubos de intercambiadores de calor o condensadores en una amplia variedad de aplicaciones marinas. ^{[ 4 ]}

Entre las aplicaciones marinas importantes del cuproníquel se incluyen:

• Construcción y reparación naval : cascos de barcos y buques, refrigeración por agua de mar, sentina y lastre, sanitarios, contra incendios, gas inerte, sistemas de refrigeración hidráulicos y neumáticos. ^{[ 5 ] [ 6 ]}
• Plantas desalinizadoras : calentadores de salmuera, rechazo y recuperación de calor, y en tuberías de evaporadores. ^{[ 7 ]}
• Plataformas petrolíferas y de gas en alta mar, buques de procesamiento y FPSO : sistemas y revestimientos de la zona de salpicaduras. ^{[ 8 ]}
• Generación de energía : condensadores de turbinas de vapor, enfriadores de aceite, sistemas de refrigeración auxiliares y precalentadores de alta presión en centrales nucleares y de combustibles fósiles. ^{[ 9 ]}
• Componentes del sistema de agua de mar: tubos del condensador y del intercambiador de calor, placas tubulares, tuberías, sistemas de alta presión, accesorios, bombas y cajas de agua. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El uso exitoso del cuproníquel en la acuñación de monedas se debe a su resistencia a la corrosión , conductividad eléctrica , durabilidad, maleabilidad , bajo riesgo de alergia , facilidad de estampado , propiedades antimicrobianas y reciclabilidad . ^{[ 12 ]}

En Europa, Suiza fue pionera en la acuñación de vellón a base de cuproníquel en 1850, con la adición de plata y zinc, para monedas de 5, 10 y 20 Rappen. ^{[ 13 ]} A partir de 1860/1861, Bélgica emitió monedas de 5, 10 y 20 céntimos en cuproníquel puro (75% cobre, 25% níquel, sin plata ni zinc adicionales), ^{[ 14 ] [ 15 ]} y Alemania emitió monedas de 5 y 10 Pfennig en la misma proporción 75:25 desde 1873/1874 (hasta 1915/1916). ^{[ 16 ]} En 1879, Suiza, para monedas de 5 y 10 Rappen, también adoptó esa proporción más barata de cobre a níquel 75:25 ^{[ 17 ] [ 18 ]} que se utilizaba entonces en Bélgica, Estados Unidos y Alemania. Desde 1947 hasta 2012, todas las monedas de "plata" en el Reino Unido se hicieron de cuproníquel (pero a partir de 2012, las dos denominaciones más pequeñas de cuproníquel del Reino Unido fueron reemplazadas por monedas de acero niquelado de menor costo). Además, cuando los precios de la plata aumentaron en las décadas de 1960 y 1970, algunos otros países europeos también reemplazaron las denominaciones de plata restantes por cuproníquel, por ejemplo, las monedas de 1/2 a 5 francos suizos (en la imagen) a partir de 1968 ^{[ 19 ]} y el marco alemán de 5 1975-2001. Desde 1999, el cuproníquel también se utiliza para el segmento interior de la moneda de 1 euro y el segmento exterior de la moneda de 2 euros .

En parte debido al acaparamiento de plata durante la Guerra Civil, la Casa de la Moneda de los Estados Unidos comenzó a usar cuproníquel para la acuñación de monedas de tres centavos a partir de 1865, y luego para las de cinco centavos a partir de 1866. Antes de estas fechas, ambas denominaciones se habían fabricado únicamente en plata en los Estados Unidos. El cuproníquel es el revestimiento de ambos lados de los medios dólares estadounidenses (50¢) desde 1971, y de todas las monedas de veinticinco centavos (25¢) y diez centavos (10¢) fabricadas después de 1964. Actualmente, algunas monedas en circulación, como el níquel Jefferson estadounidense (5¢), ^{[ 20 ]} el franco suizo y los wones surcoreanos de 500 y 100, están hechas de cuproníquel macizo (proporción 75:25). ^{[ 21 ]}

Los cuproníqueles de alpaca se utilizan ampliamente como sustituto de la plata en vajillas y otros artículos decorativos para el hogar. La alpaca también se utiliza como base para el plateado , donde el producto se conoce como alpaca electrochapada o EPNS. ^{[ 22 ]}

Una unión termopar se forma a partir de un par de conductores termopar, como hierro- constantán , cobre-constantán o níquel-cromo/níquel-aluminio. La unión puede estar protegida dentro de una vaina de cobre, cuproníquel o acero inoxidable. ^{[ 23 ]}

El cuproníquel se utiliza en aplicaciones criogénicas . Conserva una alta ductilidad y conductividad térmica a temperaturas muy bajas. Mientras que otros metales como el acero o el aluminio se fracturarían y se volverían térmicamente inertes, el rendimiento térmico y mecánico excepcional del cuproníquel a estas bajas temperaturas facilita una serie de usos específicos. La maquinaria que debe realizar muchos ciclos de trabajo a temperaturas bajas continuas y los intercambiadores de calor en plantas criogénicas son los principales destinos industriales del cuproníquel en aplicaciones criogénicas. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} También existen aplicaciones específicas; por ejemplo, la alta conductividad térmica de la aleación a bajas temperaturas ha hecho que el cuproníquel sea omnipresente en las operaciones de marcado por congelación . ^{[ 27 ]}

A principios del siglo XX, este material se utilizaba para fabricar camisas de bala. Pero pronto fue reemplazado por metal dorado para reducir la contaminación metálica del ánima del cañón . ^{[ 28 ]}

Actualmente, el cuproníquel y la alpaca siguen siendo el material básico para los cubiertos plateados. Se utilizan comúnmente en equipos mecánicos y eléctricos, equipos médicos, cremalleras, joyas y tanto para las cuerdas de instrumentos como el violín, como para los trastes de las guitarras. Fender Musical Instruments utilizó imanes de CuNiFe en su pastilla humbucker de amplio rango para varias guitarras Telecaster y Starcaster durante la década de 1970.

Para obtener cerraduras de cilindro y sistemas de cierre de alta calidad , los núcleos de los cilindros están fabricados con cuproníquel resistente al desgaste.

El cuproníquel se ha utilizado como alternativa a las tuberías de freno hidráulicas de acero tradicionales (las que contienen el líquido de frenos ), ya que no se oxida. Al ser mucho más blando que el acero, el cuproníquel se dobla y se abocarda con mayor facilidad, y esta misma propiedad le permite sellar mejor con los componentes hidráulicos.

Las aleaciones de cuproníquel eran conocidas como "cobre blanco" por los chinos desde aproximadamente el siglo III a. C. Algunas armas fabricadas durante el período de los Reinos Combatientes se hicieron con aleaciones de Cu-Ni. ^{[ 36 ]} La teoría de los orígenes chinos del cuproníquel bactriano fue sugerida en 1868 por Flight, quien descubrió que las monedas consideradas las más antiguas de cuproníquel encontradas hasta entonces eran de una aleación muy similar al paktong chino . ^{[ 37 ]}

El autor y erudito Ho Wei describió con precisión el proceso de fabricación del cuproníquel alrededor del año 1095 d. C. La aleación paktong se elaboraba añadiendo pequeñas pastillas de mineral natural de Yunnan a un baño de cobre fundido. Cuando se formaba una costra de escoria , se añadía salitre , se removía la aleación y se fundía el lingote inmediatamente . Se menciona el zinc como ingrediente, pero no se especifica cuándo se añadía. Según el relato, el mineral utilizado solo se obtenía de Yunnan .

"San Mao Chun se encontraba en Tanyang durante un año de hambruna en el que murieron muchas personas, así que Ying, tomando ciertos productos químicos, los proyectó sobre plata, convirtiéndola en oro, y también transmutó hierro en plata  , lo que permitió salvar la vida de muchos [mediante la compra de grano con esta plata y oro falsos]. A partir de entonces, todos aquellos que preparaban polvos químicos calentando y transmutando cobre por proyección llamaron a sus métodos "técnicas de Tanyang". ^{[ 37 ]}

La literatura de finales de la dinastía Ming y la dinastía Qing contiene muy poca información sobre el paktong . Sin embargo, se menciona por primera vez de forma específica en el Thien Kung Khai Wu de alrededor de 1637:

"Cuando se mezcla lu kan shih (carbonato de zinc, calamina ) o wo chhein (metal de zinc) con chih thung (cobre), se obtiene 'bronce amarillo' (latón común). Cuando se calientan phi shang y otras sustancias de arsénico con él, se obtiene 'bronce blanco' o cobre blanco: pai thong . Cuando se mezclan alumbre , nitrato y otros productos químicos, se obtiene ching thung : bronce verde." ^{[ 37 ]}

Ko Hung afirmó en el año 300 d. C.: «El cobre de Tanyang se creó vertiendo un elixir de mercurio en cobre de Tanyang y calentándolo; se formará oro». Sin embargo, el Pha Phu Tsu y el Shen I Ching describen una estatua en las provincias occidentales hecha de plata, estaño, plomo y cobre de Tanyang  , que parecía oro y podía forjarse para chapar e incrustar vasijas y espadas. ^{[ 37 ]}

Joseph Needham y otros sostienen que el cuproníquel era conocido, al menos como una aleación única, por los chinos durante el reinado de Liu An en el año 120 a. C. en Yunnan. Además, el estado yunnanés de Tien se fundó en el año 334 a. C. como colonia de Chu. Lo más probable es que el paktong moderno fuera desconocido para los chinos de la época  , pero la aleación de cuproníquel de origen natural de Yunnan probablemente era un valioso producto de comercio interno. ^{[ 37 ]}

En 1868, W. Flight descubrió una moneda grecobactriana compuesta por un 20 % de níquel, datada entre el 180 y el 170 a. C., con el busto de Eutidemo II en el anverso. Alrededor del 170 a. C. se acuñaron monedas de una aleación similar con los bustos de sus hermanos menores, Pantaleón y Agatocles . La composición de las monedas se verificó posteriormente mediante el método húmedo tradicional y la espectrometría de fluorescencia de rayos X. ^{[ 37 ]} En 1873 , Cunningham propuso la «teoría del níquel bactriano», que sugería que las monedas debían ser el resultado del comercio terrestre desde China a través de la India hasta Grecia. La teoría de Cunningham fue apoyada por académicos como W. W. Tarn, Sir John Marshall y J. Newton Friend, pero fue criticada por E. R. Caley y S. van R. Cammann. ^{[ 37 ]}

En 1973, Cheng y Schwitter, en sus nuevos análisis, sugirieron que las aleaciones bactrianas (cobre, plomo, hierro, níquel y cobalto) eran muy similares al paktong chino , y que de los nueve yacimientos de níquel asiáticos conocidos, solo los de China podían proporcionar composiciones químicas idénticas. ^{[ 37 ]} Cammann criticó el artículo de Cheng y Schwitter, argumentando que el declive de la moneda de cuproníquel no debería haber coincidido con la apertura de la Ruta de la Seda. Si la teoría del níquel bactriano fuera cierta, según Cammann, la Ruta de la Seda habría aumentado la oferta de cuproníquel. Sin embargo, el fin de la moneda de cuproníquel greco-bactriana podría atribuirse a otros factores, como el fin de la Casa de Eutidemo . ^{[ 37 ]}

La aleación parece haber sido redescubierta por Occidente durante experimentos alquímicos . En particular, Andreas Libavius , en su Alchemia de 1597, menciona un cobre blanqueado superficialmente con mercurio o plata. Pero en De Natura Metallorum in Singalarum , Parte 1, publicado en 1599, el mismo término se aplicó al "estaño" de las Indias Orientales (actuales Indonesia y Filipinas ) y se le dio el nombre español de tintinaso . ^{[ 37 ]}

Richard Watson, de Cambridge, parece ser el primero en descubrir que el cuproníquel era una aleación de tres metales. En su intento por redescubrir el secreto del cobre blanco, Watson criticó la Historia de China (1688) de Jean-Baptiste Du Halde por confundir el término paktong . Observó que los chinos de su época no lo formaban como una aleación, sino que fundían mineral sin procesar fácilmente disponible.

"...apareció de una vasta serie de experimentos hechos en Pekín- que se produjo naturalmente como un mineral extraído en la región, el cobre más extraordinario es pe-tong o cobre blanco: es blanco cuando se extrae de la mina y aún más blanco dentro que fuera. Parece, por una gran cantidad de experimentos hechos en Pekín, que su color no se debe a ninguna mezcla; por el contrario, todas las mezclas disminuyen su belleza, porque, cuando se maneja correctamente se ve exactamente como la plata y si no hubiera necesidad de mezclar un poco de tutenag o tal metal para ablandarlo, sería mucho más extraordinario ya que este tipo de cobre no se encuentra en ningún otro lugar sino en China y eso solo en la provincia de Yunnan". A pesar de lo que aquí se dice, de que el color del cobre no se debe a ninguna mezcla, es seguro que el cobre blanco chino que nos llegó, es un metal mixto [sic: mixto]; de modo que el mineral del que se extrajo debe consistir en varias sustancias metálicas; y de tal mineral que el oricalco natural , si es que alguna vez existió, se fabricaba." ^{[ 37 ]}

Durante el apogeo de la importación europea de cobre blanco chino, entre 1750 y 1800, se prestó mayor atención al descubrimiento de sus componentes. Peat y Cookson descubrieron que "el cobre más oscuro contenía un 7,7 % de níquel, y el más claro, indistinguible de la plata, con una resonancia característica similar a la de una campana al ser golpeado y una considerable resistencia a la corrosión, contenía un 11,1 %".

Otro ensayo realizado por Andrew Fyfe estimó el contenido de níquel en un 31,6 %. Las conjeturas terminaron cuando James Dinwiddie, de la Embajada de Macartney, trajo de vuelta en 1793, asumiendo un considerable riesgo personal (el contrabando de mineral de paktong era un delito capital según el emperador chino), parte del mineral con el que se fabricaba el paktong . ^{[ 38 ]} El cuproníquel se conoció ampliamente, como publicó E. Thomason en 1823, en una presentación, posteriormente rechazada por no constituir un conocimiento nuevo, a la Royal Society of Arts .

Los intentos en Europa por replicar con exactitud el paktong chino fracasaron debido a la escasez general de mineral complejo de cobalto, níquel y arsénico presente en la naturaleza. Sin embargo, el distrito alemán de Schneeberg , donde la famosa fábrica Blaufarbenwerke producía azul cobalto y otros pigmentos, era el único lugar de Europa donde se encontraban los yacimientos necesarios de mineral complejo de cobalto, níquel y arsénico.

Al mismo tiempo, la Sociedad Prusiana para la Mejora de la Diligencia Empresarial (Verein zur Beförderung des Gewerbefleißes ) ofreció un premio por el dominio del proceso. Como era de esperar, el Dr. EA Geitner y JR von Gersdoff de Schneeberg ganaron el premio y lanzaron su marca de « plata alemana » con los nombres comerciales Argentan y Neusilber (plata nueva). ^{[ 38 ]}

En 1829, Percival Norton Johnston persuadió al Dr. Geitner para que estableciera una fundición en Bow Common, detrás del canal de Regent's Park en Londres, y obtuvo lingotes de níquel-plata con la composición 18% Ni, 55% Cu y 27% Zn. ^{[ 38 ]}

Entre 1829 y 1833, Percival Norton Johnson fue el primero en refinar cuproníquel en las Islas Británicas. Se hizo rico, produciendo más de 16,5 toneladas al año. La aleación se utilizaba principalmente para fabricar cubiertos por la empresa William Hutton de Birmingham y se vendía bajo la marca "Argentine".

Los competidores más serios de Johnson, Charles Askin y Brok Evans, bajo la dirección del brillante químico Dr. EW Benson, idearon métodos muy mejorados de suspensión de cobalto y níquel y comercializaron su propia marca de alpaca, llamada " British Plate ". ^{[ 38 ]}

John Fairfield Thompson escribe que la aleación de cobre-níquel 3:1 fue desarrollada para acuñar monedas por Bélgica en 1860. ^{[ 39 ]} En 1866, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una ley que autorizaba la creación de una moneda de 3 centavos compuesta por un 75 % de cobre y un 25 % de níquel, y se creó el níquel , como se le conoció. ^{[ 40 ]} Brasil adoptó la aleación para acuñar monedas en 1870, y la Alemania imperial hizo lo mismo en 1873. ^{[ 41 ]} Francia y Grecia adoptaron esta tecnología en el siglo XX.

Tras la unificación de Alemania, la Ley de Acuñación de Monedas alemana introdujo la acuñación de cuproníquel , y la repentina demanda de níquel para decenas de millones de monedas de 5 ^{[ 42 ]} y 10 ^{[ 43 ]} pfennig acuñadas entre 1873 y 1876 causó tal conmoción en el mercado, hasta entonces tranquilo, que el precio se triplicó con creces, lo que provocó una expansión significativa de la oferta. ^{[ 44 ]}

En 1902, la aleación se utilizaba en el Reino Unido para las camisas de las balas. ^{[ 45 ]}

En la década de 1920, se desarrolló una aleación de cobre-níquel 70-30 para condensadores navales . Poco después, se introdujo una aleación de 2 % de manganeso y 2 % de hierro, ahora conocida como aleación C71640, para una central eléctrica del Reino Unido que necesitaba una mayor resistencia a la erosión debido a los niveles de arena arrastrada en el agua de mar. Una aleación 90-10 estuvo disponible por primera vez en la década de 1950, inicialmente para tuberías de agua de mar, y ahora es la aleación más utilizada para este fin. ^{[ 46 ]}

• Yates, W. Ross (1977). "El negocio del níquel de Joseph Wharton" . journals.psu.edu . The Pennsylvania Magazine of History and Biography . Recuperado el 19 de enero de 2025 .