Acero Inoxidable (1)
Información obtenida del Handbook of Stainless Steel por Outokumpu.
Los aceros inoxidables son aleaciones ferrosas a base de hierro, cromo (con un mínimo de 11 %), carbono y otros elementos, principalmente níquel, molibdeno, manganeso, silicio, titanio, etc., que les confieren una resistencia particular a algunos tipos de corrosión. El elemento que confiere su resistencia a la corrosión es el cromo, mediante la formación de una delgada capa invisible y transparente de óxido de cromo, la cual es auto reparable.
La adición de otros elementos mejora sus propiedades, según se requieran en la aplicación final y en el ambiente de operación de que se trate, tal como se describe a continuación.
Aluminio (2)
En cantidades importantes, el Aluminio aumenta la resistencia a la oxidación y es por ello que es usado en ciertos grados resistentes al calor.
Cromo (2)
El Cromo (Cr) es el elemento que confiere a los aceros inoxidables su resistencia a la corrosión: conforme se incrementa el contenido de cromo en la aleación, aumenta la resistencia a la corrosión aún a altas temperaturas. El Cromo favorece las microestructuras ferríticas (magnéticas).
Níquel (2)
La adición de Níquel (Ni) aumenta la ductilidad y la dureza de los aceros inoxidables. Reduce la velocidad de corrosión y es muy útil en ambientes ácidos. El níquel favorece las microestructuras austeníticas (no magnéticas).
Carbón (2)
El Carbón (C), aumenta de manera significativa la resistencia mecánica, pero al combinarse con el cromo disuelto en la aleación forma carburos de cromo, lo que reduce la resistencia a la corrosión intergranular. Por lo anterior, el contenido de carbón debe ser controlado lo más bajo posible. El carbón favorece las microestructuras austeníticas. En los aceros inoxidables ferríticos el carbón reduce la dureza y su resistencia a la corrosión. En los aceros inoxidables martensíticos el carbón aumenta la dureza y la resistencia pero reduce la tenacidad.
Manganeso (2)
A bajas temperaturas, el Manganeso (Mn) favorece las microestructuras austeníticas (no magnéticas) y es usado para reemplazar ciertos contenidos de níquel en los aceros inoxidables austeníticos, dando así origen a los aceros al cromo-manganeso (serie 200). No obstante, a altas temperaturas estabiliza la fase ferrita. El Manganeso incrementa la solubilidad del Nitrógeno y por lo mismo es usado para lograr altos contenidos de este elemento en los aceros inoxidables dúplex y austeníticos.
Cobre (2)
La adición de Cobre (Cu) incrementa la formabilidad y la maquinabilidad. Aumenta la resistencia a la corrosión en ciertos ambientes ácidos y promueve microestructuras austeníticas.
Molibdeno (2)
Junto con el Cromo, el Molibdeno (Mo) aumenta de manera significativa la resistencia a la corrosión y la resistencia mecánica.
Titanio (2)
El Titanio (Ti) es un fuerte formador de ferrita y de carburos, reduciendo así el contenido efectivo de carbón. En los aceros austeníticos con alto contenido de carbón se adiciona para incrementar la resistencia a la corrosión intergranular (grados estabilizados), aumentando también las propiedades mecánicas a altas temperaturas. En los aceros inoxidables ferríticos la adición de Titanio aumenta la tenacidad, la formabilidad y la resistencia a la corrosión.
Niobio (2)
El Niobio (Nb) es un fuerte formador de carburos y promotor de la estructura ferrítica. En los aceros inoxidables ferríticos (grados estabilizados), la adición de Niobio y/o Titanio incrementa la dureza y minimiza el riesgo de corrosión intergranular, al combinarse con el exceso de carbón evitando así la formación de carburos de cromo y la consecuente dilución de este crítico elemento en la solución.
Nitrógeno (2)
El Nitrógeno (N) es un fuerte formador de austenita y aumenta significativamente la resistencia mecánica. Aumenta la resistencia a la corrosión localizada, especialmente si se combina con Molibdeno.
Silicio (2)
El Silicio (Si) aumenta la resistencia a la oxidación a altas temperaturas y también en soluciones muy oxidantes a temperaturas menores. Promueve la microestructura ferrítica e incrementa la resistencia.
Cobalto (2)
El Cobalto (Co) es usado en los aceros martensíticos para aumentar la dureza y la resistencia al endurecido.
Vanadio (2)
El Vanadio (V) se emplea solo en aceros inoxidables endurecibles. Forma carburos y nitruros a bajas temperaturas y promueve la formación de ferrita en la microestructura, incrementando la tenacidad.
Azufre (2)
La adición de Azufre (S) aumenta la maquinabilidad de los aceros inoxidables. Reduce la resistencia a la corrosión, la ductilidad y la formabilidad. En pequeñas cantidades mejora la soldabilidad de los aceros inoxidables.
Aluminio (3)
El Aluminio (Al) es un metal ligero, dúctil y maleable de color plateado. Aunque el aluminio es un metal activo, una delgada capa de óxido (de aluminio) invisible y transparente le confiere estabilidad y resistencia a la corrosión.
El Aluminio comercial con 99 % de pureza se caracteriza por su ductilidad, buena soldabilidad, conductividad eléctrica y una excelente resistencia a la corrosión; sus aplicaciones comerciales incluyen recipientes para comida, empaque decorativo, alambres y cables eléctricos, perfiles para ventas y puertas, foil para preservación de alimentos y para empaques de medicamentos, etc.
El Aluminio forma una serie de aleaciones excelentes con un amplio rango de propiedades y aplicaciones al combinarse con elementos de aleación tales como el Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Magnesio (Mg), Silicio (Si) y Zinc (Zn).
Aplicaciones en el sector médico (3)
Titanio
El titanio es un metal con amplio uso en aplicaciones médicas, en particular en aplicaciones internas en el cuerpo humano debido a que es fisiológicamente inerte comparado con otros metales. La oseointegración es un fenómeno único en el que el hueso y tejido natural del cuerpo se une al implante de titanio, lo que logra fijar el implante firmemente en su lugar.
El titanio se utiliza como protector para dispositivos implantados que controlan la función cardiaca; productos que dispensan medicamento y realizan neuroestimulación; como varillas, alfileres y placas ortopédicas. Adicionalmente al uso de implantes, el titanio es la elección ideal para instrumentos quirúrgicos, como taladros, fórceps, retractores, tijeras, porta agujas y equipo de cirugía ocular. El metal no interfiere con pruebas médicas que requieren de resonancias magnéticas o tomografías
Niobio
Existe un creciente interés por el niobio y sus aleaciones para su uso en equipo médico. Frecuentemente es encontrado en dispositivos como marcapasos, ya que es fisiológicamente inerte. El niobio tratado con hidróxido de sodio forma una capa porosa que ayuda a la oseointegración, lo que también lo vuelve una alternativa atractiva para aplicaciones internas.
Cobre
El cobre se puede utilizar para transmitir señales a pequeños implantes y herramientas de manera eficaz, siendo esta una de las principales razones por el creciente interés en este material en el sector médico para dispositivos internos.
El cobre es un metal dúctil con un alto nivel de conductividad térmica y eléctrica. El cobre puro es relativamente suave y maleable, es fácil de trabajar, y la facilidad con la que puede ser transformado en cable, adicionado a sus excelentes propiedades eléctricas, hacen del cobre un material útil para dispositivos médicos eléctricos cuando se encuentra debidamente protegido. Debido a su alta conductividad, es posible incrustar pequeños cables de cobre en dispositivos para emitir o recibir señales, o transportar cargas eléctricas para realizar tareas dentro del cuerpo.
Los iones de cobre son solubles en agua, donde funcionan a baja concentración como sustancias bacteriostáticas, fungicidas y preservadores de madera. Por esta razón, el cobre puede ser usado como una superficie que repele gérmenes, lo cual aumenta las características antibacterianas y antimicrobianas en edificios como hospitales.
Para conocer más sobre la aplicación de metales en la industria médica te invitamos a leer nuestro artículo: Metales de especialidad hacen posible la creación de equipo médico sin igual.
Bibliografía
(1) Di Caprio, Gabrielle. “Los Aceros Inoxidables”, Ed. Ebrisa, S.A. (1987), Barcelona.
(2) Outokumpu Oyj “Handbook of Stainless Steel” (2013), Pags. 13-15
(3) Considine, Douglas M., “Chemical and process technology encyclopedia”, McGraw-Hill Book Company, Pág. 76.
(4) Ulbrinox. “Metales de especialidad hacen posible la creación de equipo médico sin igual” (2021, Febrero) https://www.ulbrinox.com.mx/blog/metales-de-especialidad-hacen-posible-la-creacion-de-equipo-medico-sin-igual
