Es muy probable que muchas personas nunca hayan oído hablar de Invar, pero esta es una aleación que se ha redondeado durante más de 100 años. Este material es una aleación de baja expansión que se utiliza a menudo en muchos artículos cotidianos, por lo que no debe subestimarse su importancia. En cuanto al descubrimiento de Imvar (nombre derivado de la palabra “inmutable”), por el que el físico suizo Charles-Édouard Guillaume fue galardonado con el Premio Nobel en 1920, hay que remontarse a 1896. El hecho mismo de que sea el único científico en la historia que ha ganado el Premio Nobel por sus logros en metalurgia, tal vez, pone su descubrimiento en contexto.
Invar todavía se usa en su forma más básica, pero también ha producido otras aleaciones de níquel-hierro de baja expansión con propiedades similares.
Tabla de contenido
La búsqueda de Guillaume
La historia de Amber comenzó cuando a Charles-Édouard Guillaume se le encomendó la tarea de encontrar un metal que pudiera usarse para cintas y alambres que no cambiaran de longitud (es decir, que no se expandieran). Si lo piensas bien, no tiene sentido tener una cinta métrica metálica que se expanda y contraiga en función de la temperatura, por ejemplo. Entonces, para encontrar la respuesta, decidió probar una serie de mezclas de aleaciones de níquel y hierro.
Tomó un poco de tiempo, pero quedó claro que la combinación perfecta de hierro y níquel es 64% de hierro y 36% de níquel. Fue esta particular mezcla de metales con la menor expansión térmica (este material es mejor conocido por su bajo coeficiente de expansión térmica) y el descubrimiento de Invar. Es discutible si Charles-Édouard Guillaume comprendió completamente el impacto que Amber tendría en el mundo de la mecánica y la ingeniería mecánica en ese momento.
Temperatura alta y baja
Invar y sus materiales asociados se utilizan en situaciones en las que se requiere una alta estabilidad dimensional, pero hay una anomalía interesante que rodea lo que se conoce como la temperatura de Curie. Por debajo de la temperatura de Curie, una mezcla de hierro y níquel se conoce como ferromagneto. Esto significa que las dimensiones de la aleación apenas se mueven debido a los cambios de temperatura, al menos hasta que se supera la temperatura de Curie.
Como fenómeno inexplicable, cuando el invar recibe calor que supera la temperatura de Curie, comienza a expandirse a un ritmo elevado. Esto se debe a que el producto ya no es ferromagnético y no puede conservar la estabilidad que se encuentra a bajas temperaturas. Es un tanto extraño que los físicos hayan sido capaces de hacer esta aleación, y la usamos en situaciones cotidianas, pero en el mundo científico aún no es necesario comprender completamente el efecto de la temperatura de Curie en el invar.
Aplicación inicial de Invar
Si te sientas, podrás pensar en al menos 12 formas de demostrar que el bajo coeficiente de expansión térmica asociado con Invar es muy útil. Se generalizó su uso en la década de 1920, a menudo reemplazando materiales más caros, y el número de usos se disparó.
En años relativamente tempranos, Invar se utilizó en los siguientes productos en varias combinaciones de níquel: –
- Cintas y cables topográficos
- Péndulo de reloj de pie
- Alambre hermético de vidrio
- bombilla
- Tubo de electrovacío para la industria electrónica
- termostato
- bombilla incandescente
- Piezas mecanizadas de precisión
- Disyuntor
- Controles aeroespaciales y automotrices
- Sistemas de calefacción y aire acondicionado
Cuanto más entendían los físicos las propiedades y el rendimiento de Invar (y sus mezclas asociadas), más aplicaciones se revelaban. Entre las aplicaciones recientes se incluyen las siguientes:
- Transporte de gas natural licuado en buques cisterna – Invar minimiza la contracción criogénica
- Máscara de sombra de tubo de TV de alta definición
- Sistemas de medición óptica y láser de precisión
- Onda
- microscopio
- Telescopio Espacial Gigante
- Uso de lentes
- Satélites orbitales
- Giroscopio láser de anillo
El Invar contiene un contenido de níquel del 36%, que tiene el coeficiente de expansión térmica más bajo, pero no la temperatura de Curie más baja. Como se mencionó anteriormente, la temperatura de Curie es el nivel en el que el estado ferromagnético que mantiene el material muy estable comienza a debilitarse. El ámbar tiene una temperatura Curie de 280 °C (536 °F) y tiene una mezcla de níquel del 36%. Si recurrimos a la mezcla de níquel al 50%, la temperatura de Curie se eleva a 565 °C (1050 °F), pero hay una expansión más natural en esta mezcla, incluso antes de que se alcance la temperatura de Curie.
En resumen, cuantas más mezclas de níquel, mayor será la temperatura de Curie y mayor será la velocidad a la que se expande el material. Sin embargo, la mezcla óptima de níquel al 36% puede tener una temperatura Curie más baja que la mezcla al 50%, pero es mucho más rígida en su estado natural.
Aleaciones importantes
Aleaciones importantesSi se profundiza un poco más en los objetos cotidianos y cotidianos, todavía se puede ver el impacto de descubrimientos como el de Inver, más de 100 años después de su descubrimiento inicial. Si bien estos materiales no siempre son bien conocidos fuera de la comunidad de ingenieros, su impacto en nuestra vida diaria no debe subestimarse.
Si consideramos este material en diferentes formas (conocido como la familia Invar) ayudando desde herramientas simples como cintas métricas hasta los satélites más complejos y costosos, podemos poner todo en perspectiva. El producto, descubierto en 1896, se mantuvo rígido en un amplio rango de temperaturas, pero no necesariamente llegó a los titulares. Pero literalmente cambió el mundo en el que vivimos hoy, cambiando nuestra capacidad para crear herramientas de precisión y dispositivos de medición capaces de una precisión sobrehumana.
resumen
La mezcla original de Inver de 64% de hierro y 36% de níquel crea el material perfecto para muchas situaciones. Es muy duro a diferentes temperaturas y es esencial para muchos de los productos y servicios mencionados anteriormente. El único inconveniente es la temperatura “relativamente baja” de Curie, que es de 280 °C (536 °F) y un porcentaje de mezcla del 36%. Por encima de esta temperatura, el producto se expande a una velocidad relativamente alta, lo que lo hace inadecuado para muchos entornos de alta temperatura.
El aumento de la mezcla de níquel aumenta la temperatura de Curie, después de lo cual el material se expande más rápidamente, pero también aumenta el coeficiente subyacente de expansión térmica. En muchas situaciones cotidianas, una mezcla de níquel al 36% es más que suficiente, pero esto puede modificarse para adaptarse a diferentes requisitos.