El níquel se utiliza principalmente como elemento de aleación y, en menor medida, como metal comercialmente puro, como material de recubrimiento y en compuestos químicos. Sus usos industriales más importantes se dan en aceros inoxidables y otras aleaciones de acero, aleaciones a base de níquel y superaleaciones, baterías, galvanoplastia, catalizadores, productos químicos, acuñación de monedas y aplicaciones de ingeniería especializadas. El níquel resulta especialmente valioso cuando un material debe combinar resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, ductilidad o rendimiento a temperaturas elevadas.
El uso concreto del níquel depende de su forma y composición. El níquel puro o comercialmente puro se utiliza de forma diferente a los aceros que contienen níquel, las aleaciones de níquel y cobre, las aleaciones de níquel y cromo, las aleaciones de níquel y molibdeno y las superaleaciones de níquel endurecidas por precipitación.
¿Por qué se utiliza el níquel en la industria?
El níquel es útil porque puede aportar varias propiedades importantes a un sistema de materiales.
Dependiendo de la aleación y de las condiciones de procesamiento, el níquel puede contribuir a:
- Resistencia a la corrosión.
- Resistencia a la oxidación.
- Resistencia a altas temperaturas.
- Ductilidad y tenacidad.
- Resistencia a los ciclos térmicos.
- Estabilidad en entornos químicos agresivos.
- Buena compatibilidad de aleación con el hierro, el cromo, el cobre, el molibdeno y otros elementos.
- Propiedades magnéticas y eléctricas útiles en aleaciones especializadas.
Esta combinación explica por qué el níquel rara vez se limita a un único tipo de producto.
Por ejemplo, se puede añadir níquel a una aleación para mejorar su resistencia a un entorno químico corrosivo. En otra aleación, el níquel puede formar parte de una composición diseñada para mantener la resistencia mecánica a temperaturas elevadas. En las baterías, el níquel se utiliza para una función totalmente diferente relacionada con el almacenamiento de energía electroquímica.
Por lo tanto, la distinción importante no es simplemente “el níquel frente a otro metal”, sino qué material que contiene níquel se está utilizando, en qué condiciones y con qué finalidad técnica.
1. El níquel se utiliza para fabricar acero inoxidable y otras aleaciones de acero
Uno de los principales usos del níquel es como elemento de aleación en los aceros.
El níquel puede ayudar a estabilizar determinadas estructuras metalúrgicas y puede contribuir a la resistencia a la corrosión, la tenacidad y el rendimiento a bajas o altas temperaturas, dependiendo de la composición del acero y del proceso de fabricación.
Una de sus principales aplicaciones es el acero inoxidable austenítico. El níquel es un elemento de aleación importante en muchos tipos comunes de acero austenítico y contribuye a mantener la estructura austenítica.
Estos materiales se utilizan en:
- Equipos para la elaboración de alimentos.
- Equipos para el procesamiento químico.
- Equipos médicos y farmacéuticos.
- Productos de cocina y para el hogar.
- Depósitos de almacenamiento
- Intercambiadores de calor
- Sistemas de tuberías
- Componentes arquitectónicos.
Sin embargo, es importante no considerar que todos los aceros que contienen níquel son intercambiables. Su contenido en níquel, cromo y molibdeno, su nivel de carbono, su tratamiento térmico y el entorno al que están destinados pueden variar considerablemente.
Por lo tanto, para los compradores industriales, la designación del material y la especificación aplicable son más importantes que el mero hecho de saber que un producto “contiene níquel”.”
2. El níquel se utiliza en superaleaciones a base de níquel
Otra aplicación importante es la producción de superaleaciones a base de níquel.
Las superaleaciones a base de níquel están diseñadas para entornos exigentes en los que los materiales de ingeniería habituales pueden perder resistencia o sufrir una oxidación, corrosión o deformación excesivas.
Las aplicaciones típicas son:
- Componentes de turbinas de gas
- Componentes de motores a reacción
- Discos de turbina
- Componentes de combustión.
- Elementos de fijación para altas temperaturas.
- Componentes del horno.
- Componentes resistentes al calor.
- Equipos de generación de energía.
Aleaciones como el Inconel 600, el Inconel 625 y el Inconel 718 ilustran diferentes enfoques en el diseño de aleaciones de níquel.
Por ejemplo, el Inconel 625 combina níquel con cromo, molibdeno y niobio para ofrecer una combinación de resistencia a la corrosión y prestaciones mecánicas. El Inconel 718 utiliza un sistema de aleación diferente y se asocia habitualmente con aplicaciones que requieren una alta resistencia.
Por lo tanto, la aleación adecuada depende del entorno de funcionamiento y no de la denominación genérica “aleación de níquel”.”
3. El níquel se utiliza en aplicaciones aeroespaciales
El sector aeroespacial es uno de los ámbitos de aplicación más exigentes desde el punto de vista técnico para los materiales a base de níquel.
Los motores de avión y las turbinas de gas pueden someter a sus componentes a altas temperaturas, esfuerzos mecánicos, oxidación y ciclos térmicos. Las superaleaciones a base de níquel se utilizan en determinados componentes porque sus propiedades siguen siendo útiles en condiciones en las que muchas aleaciones convencionales no serían adecuadas.
Entre las aplicaciones se pueden incluir:
- Discos de turbina
- Álabes de turbina
- Componentes de combustión
- Elementos de fijación del motor
- Componentes del sistema de escape
- Piezas estructurales para altas temperaturas.
El USGS señala que el sector aeroespacial es uno de los principales consumidores de superaleaciones a base de níquel y destaca su uso en álabes de turbina, discos y otros componentes de motores a reacción.
El requisito técnico no se limita simplemente a un alto contenido en níquel. La composición de la aleación, el tratamiento térmico, la microestructura, la forma del producto y la temperatura de funcionamiento influyen en la idoneidad del mismo.
4. El níquel se utiliza en los procesos químicos
El níquel y las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel se utilizan ampliamente en entornos de procesamiento químico.
La razón es muy sencilla: algunos productos químicos industriales pueden atacar a los metales convencionales mediante corrosión general, corrosión por picaduras, corrosión interlaminar, agrietamiento por corrosión bajo tensión u otros mecanismos.
En función del entorno, las aleaciones a base de níquel pueden seleccionarse para:
- Recipientes para productos químicos
- Intercambiadores de calor
- Tuberías
- Bombas
- Válvulas
- Reactores
- Equipos de proceso.
- Equipos de control de la contaminación.
Las aleaciones Hastelloy constituyen un ejemplo importante de materiales a base de níquel desarrollados para entornos con condiciones de corrosión exigentes.
Por ejemplo, el Hastelloy C-276 se utiliza en aplicaciones con condiciones de corrosión extrema, mientras que otros grados, como el C-22 o las aleaciones de la serie B, están diseñados para entornos químicos distintos.
Esto no significa que un solo tipo de Hastelloy sea adecuado para todos los procesos químicos. La concentración de sustancias químicas, la temperatura, las impurezas, la aireación, las condiciones de flujo y el estado de las soldaduras pueden influir en el comportamiento frente a la corrosión.
5. El níquel se utiliza en equipos para el sector del petróleo, el gas y la petroquímica
Los materiales que contienen níquel también se utilizan en equipos para los sectores del petróleo, el gas y la petroquímica, donde la corrosión, la presión y la temperatura pueden dar lugar a condiciones de funcionamiento exigentes.
Entre las aplicaciones se pueden incluir:
- Tuberías de proceso
- Intercambiadores de calor
- Válvulas
- Bombas
- Componentes sometidos a presión.
- Equipos para plataformas marinas.
- Equipos de refinería.
- Sistemas de procesamiento químico en las fases posteriores.
Se eligen diferentes aleaciones de níquel en función de la combinación específica de temperatura, presión y medios corrosivos.
En lo que respecta a las compras, no basta con conocer únicamente el tipo de material. Antes de realizar la compra, también deben determinarse la forma del producto, las dimensiones, el estado del material, las especificaciones aplicables y la documentación de inspección.
6. El níquel se utiliza en equipos marítimos y de alta mar
Las aleaciones que contienen níquel también se utilizan en entornos marinos.
El agua de mar aporta iones de cloruro y puede provocar condiciones de corrosión graves. Ciertas aleaciones de níquel y cobre se utilizan especialmente en aplicaciones marinas.
El Monel 400 es una conocida aleación de níquel y cobre que se utiliza en aplicaciones en las que es importante la resistencia al agua de mar y a determinados entornos químicos.
Las aleaciones de níquel y cobre de mayor resistencia, como el Monel K-500, amplían esta familia de materiales a aplicaciones en las que la resistencia mecánica también es un requisito importante.
Entre las posibles aplicaciones se incluyen:
- Bombas marinas
- Válvulas
- Ejes
- Fijaciones
- Accesorios náuticos
- Componentes para instalaciones marítimas.
- Equipos para el tratamiento del agua de mar.
La elección del material sigue dependiendo de las condiciones concretas de uso. La “aplicación marina” no es, por sí sola, una especificación suficiente.
7. El níquel se utiliza en la generación de energía
El níquel desempeña un papel importante en los equipos de generación de energía, tanto convencionales como avanzados.
Las aleaciones a base de níquel pueden utilizarse en zonas expuestas a:
- Altas temperaturas.
- Ciclos térmicos.
- Gases oxidantes.
- Fluidos de proceso corrosivos.
- Carga mecánica.
- Largos períodos de servicio.
Las turbinas de gas son un ejemplo destacado. Las superaleaciones a base de níquel se utilizan en determinados componentes de las turbinas y del sistema de combustión, ya que pueden mantener una resistencia mecánica y ambiental adecuada a temperaturas elevadas.
Las aleaciones que contienen níquel también se utilizan en intercambiadores de calor, sistemas de generación de vapor y otros equipos de generación de energía, en los que el material seleccionado debe soportar las condiciones reales del entorno operativo.
8. El níquel se utiliza en las baterías recargables
El níquel también es un material importante para las baterías.
Los materiales que contienen níquel se utilizan en varios sistemas de baterías recargables. Entre ellos se encuentran las baterías de níquel-cadmio y las de níquel-hidruro metálico, mientras que los materiales catódicos que contienen níquel también se emplean en varias composiciones químicas de las baterías de iones de litio.
La función del níquel en las baterías difiere de la que desempeña en las aleaciones estructurales.
En una superaleación a base de níquel, el níquel forma parte de una estructura metálica diseñada para ofrecer un buen rendimiento mecánico y de resistencia a las condiciones ambientales.
En una batería, el níquel forma parte del sistema de materiales electroquímicos que permite el almacenamiento y la liberación de energía.
Los materiales para baterías que contienen níquel se utilizan en aplicaciones como:
- Aparatos electrónicos portátiles
- Herramientas eléctricas
- Vehículos híbridos
- Vehículos eléctricos
- Sistemas de almacenamiento de energía.
- Baterías industriales.
La importancia del níquel en la tecnología de las baterías también ha convertido la demanda de estas en una parte fundamental del mercado actual del níquel.
9. El níquel se utiliza para la galvanoplastia
El níquel se puede depositar sobre otro material mediante galvanoplastia.
El niquelado puede ofrecer una combinación de:
- Protección contra la corrosión
- Dureza de la superficie
- Resistencia al desgaste
- Aspecto decorativo.
- Propiedades de la superficie controladas.
El niquelado se utiliza en diversos productos industriales y de consumo.
El sustrato, el proceso de galvanización, el depósito de níquel, el espesor y el entorno de uso influyen en el rendimiento. Por lo tanto, la expresión “niquelado” no indica automáticamente una vida útil específica frente a la corrosión ni un rendimiento concreto frente al desgaste.
En el caso de las aplicaciones de ingeniería, las especificaciones de galvanoplastia deben definir el sistema de recubrimiento requerido y los requisitos de inspección.
10. El níquel se utiliza en catalizadores y en la producción química
El níquel y sus compuestos también tienen importantes aplicaciones químicas.
El níquel puede actuar como catalizador en determinadas reacciones químicas industriales. Los compuestos de níquel, como el sulfato de níquel, el cloruro de níquel y el óxido de níquel, se utilizan en distintos procesos industriales.
Estas aplicaciones difieren del uso del níquel metálico y de las aleaciones a base de níquel.
Por este motivo, la expresión “uso del níquel” abarca varias categorías de materiales distintas:
| Forma del níquel | Papel típico |
|---|---|
| Níquel metálico refinado | Producción de aleaciones y aplicaciones metálicas especializadas |
| Aleaciones que contienen níquel | Aplicaciones estructurales y relacionadas con la corrosión y las altas temperaturas |
| Superaleaciones a base de níquel | Componentes sometidos a altas temperaturas y grandes esfuerzos |
| Compuestos de níquel | Aplicaciones químicas y electroquímicas |
| Niquelado | Protección y acabado de superficies |
| Materiales para baterías que contienen níquel | Almacenamiento de energía recargable |
Esta distinción resulta útil porque el proceso de fabricación, las especificaciones, los requisitos de manipulación y el rendimiento en la aplicación final pueden ser muy diferentes.
11. El níquel se utiliza en la acuñación de monedas y en productos de consumo
El níquel también se ha utilizado en la acuñación de monedas y en productos de consumo.
Las aleaciones que contienen níquel pueden ofrecer combinaciones útiles de durabilidad, resistencia a la corrosión y aspecto. El USGS señala que las monedas en circulación en EE. UU., salvo el centavo, utilizan aleaciones que contienen níquel.
El níquel también se puede encontrar en productos relacionados con:
- Recubrimiento decorativo
- Aparatos domésticos
- Cubiertos
- Utensilios de cocina
- Componentes eléctricos y electrónicos.
- Productos de consumo duraderos.
El contenido real de níquel y la composición de los materiales varían considerablemente de un producto a otro.
12. ¿Qué aleaciones de níquel se utilizan para aplicaciones a alta temperatura?
Cuando se requiere una temperatura elevada, las aleaciones a base de níquel cobran especial importancia.
Algunos ejemplos son:
| Familia de aleaciones | Aplicaciones típicas |
|---|---|
| Inconel | Componentes resistentes a las altas temperaturas y a la corrosión |
| Incoloy | Equipos resistentes a las altas temperaturas y a la corrosión |
| Nimonic | Aplicaciones mecánicas a alta temperatura |
| Hastelloy | Corrosión grave y determinados entornos de alta temperatura |
| Monel | Entornos marinos y químicos, especialmente los sistemas de níquel-cobre |
Estas categorías no deben considerarse intercambiables.
Por ejemplo, una aleación seleccionada por su resistencia a la oxidación a altas temperaturas puede no ser la mejor opción para un entorno ácido fuertemente reductor. Por el contrario, una aleación optimizada para la corrosión química severa puede no ofrecer las propiedades mecánicas necesarias para un componente de turbina sometido a grandes cargas.
La elección correcta empieza por el entorno de servicio.
13. El níquel se presenta en numerosas formas en los productos industriales
El níquel y las aleaciones a base de níquel se suministran en diferentes formas de producto, dependiendo de la aplicación y del proceso de fabricación.
Entre las formas más comunes se encuentran:
- Barras redondas
- Cañas
- Platos
- Sábanas
- Tubos
- Tuberías
- Cables
- Tiras
- Bobinas
- Piezas forjadas
- Fijaciones
- Resortes
La forma del producto influye en cómo se fabrica, se procesa y, en última instancia, se utiliza el material.
Por ejemplo:
Barras y varillas Se puede utilizar para ejes, elementos de fijación, componentes mecanizados y piezas estructurales.
Placas y láminas pueden utilizarse para fabricar recipientes, tapas, componentes de intercambiadores de calor y equipos de proceso.
Tubos y conductos pueden utilizarse para el manejo de fluidos, la transferencia de calor y los sistemas de proceso.
Alambre y cinta Se puede utilizar para resortes, productos de soldadura, componentes eléctricos y aplicaciones de precisión.
Actualmente, MWalloys ofrece barras, tubos, placas, chapas, alambres y otras categorías de productos de aleaciones de níquel, así como familias específicas de aleaciones como Inconel, Hastelloy, Monel e Incoloy.
14. ¿Cómo eligen los ingenieros una aleación de níquel?
El hecho de saber que una aplicación utiliza níquel no permite identificar la aleación correcta.
Un proceso práctico de selección de materiales debería tener en cuenta, como mínimo, los siguientes factores:
| Factor de selección | Por qué es importante |
|---|---|
| Temperatura | Establece los requisitos de resistencia, oxidación y estabilidad a largo plazo |
| Medio corrosivo | Determina los mecanismos de corrosión pertinentes |
| Concentración química | El comportamiento frente a la corrosión puede variar en función de la concentración |
| Presión | Influye en los requisitos mecánicos y de resistencia a la presión |
| Carga mecánica | Determina la resistencia necesaria y el comportamiento frente a la fatiga |
| Forma del producto | Se aplican especificaciones diferentes a las barras, las chapas, los tubos, el alambre y las piezas forjadas |
| Tratamiento térmico | Puede influir considerablemente en las propiedades mecánicas y la microestructura |
| Soldadura | La soldabilidad y el comportamiento tras la soldadura pueden ser importantes |
| Dimensiones | Afecta a la ruta de fabricación y a las especificaciones aplicables |
| Estado de la superficie | Importante para algunas aplicaciones relacionadas con la corrosión y la precisión |
| Inspección | Puede ser necesario realizar ensayos químicos, mecánicos, dimensionales o no destructivos |
| Norma aplicable | Define los requisitos para una combinación concreta de material y producto |
Por eso, en una solicitud de presupuesto industrial para productos de aleación de níquel, normalmente se debería especificar algo más que simplemente “aleación de níquel”.”
Una solicitud de presupuesto bien redactada debe especificar el tipo de aleación, la forma del producto, las dimensiones, la cantidad, el estado del material, la especificación aplicable, los requisitos de ensayo y los requisitos de documentación.
Ejemplos de aleaciones de níquel de MWalloys
En la actualidad, MWalloys estructura su oferta de aleaciones de níquel en torno a varias familias principales de aleaciones.
La gama Inconel incluye calidades como Inconel 600, 625, 718, 601, 690 y X-750.
La gama Hastelloy incluye calidades como C-276, C-22, B-2 y B-3.
La categoría «Monel» incluye aleaciones de níquel y cobre, como Monel 400 y Monel K-500.
Estas páginas deben utilizarse como siguiente paso cuando el lector ya conozca la aplicación general y necesite información específica para cada curso.
Por ejemplo, un ingeniero que investigue aleaciones de níquel resistentes a altas temperaturas y a la corrosión puede pasar de este artículo general a la categoría «Inconel». Un lector que se ocupe principalmente de entornos químicos agresivos puede necesitar información más detallada sobre los grados de Hastelloy. Un diseñador de equipos marinos puede necesitar investigar las aleaciones de Monel.
¿Para qué se utiliza el níquel en la industria moderna?
Lo más importante es que el níquel no se utiliza para un único fin.
Se utiliza porque los distintos materiales que contienen níquel pueden ofrecer diferentes combinaciones de propiedades.
Entre los principales grupos de aplicaciones se incluyen:
- Producción de aleaciones y acero.
- Superaleaciones a base de níquel.
- Equipos aeroespaciales.
- Generación de energía.
- Procesamiento químico.
- Equipos para los sectores del petróleo, el gas y la petroquímica.
- Equipos marítimos y para alta mar.
- Baterías recargables.
- Galvanoplastia.
- Catalizadores y producción química.
- Moneda.
- Productos especializados para el consumidor y para uso industrial.
Tanto el USGS como el Nickel Institute señalan que la producción de aleaciones es uno de los principales usos del níquel, aunque entre sus aplicaciones modernas también se incluyen las baterías, la galvanoplastia, los catalizadores y otras aplicaciones especializadas.
¿Qué deben especificar los compradores al adquirir aleaciones de níquel?
En el ámbito de las compras industriales, una solicitud de información útil sobre aleaciones de níquel debería incluir normalmente:
- Calidad de la aleación
- Número UNS, cuando proceda
- Forma del producto
- Dimensiones
- Cantidad
- Estado del material
- Especificaciones aplicables de ASTM, ASME, EN u otras normas.
- Requisitos de tratamiento térmico.
- Estado de la superficie
- Requisitos relativos a las propiedades mecánicas.
- Requisitos de análisis químico.
- Requisitos relativos a los ensayos no destructivos, si procede.
- Requisitos relativos al certificado de ensayo de materiales.
- Requisitos de embalaje.
- Lugar de entrega y condiciones comerciales.
Por ejemplo, una solicitud de “barras de Inconel 625” es un punto de partida, no una especificación de compra completa.
Es posible que el comprador aún tenga que especificar el diámetro, la longitud, la cantidad, el estado, la norma, la tolerancia, los ensayos y la documentación.
MWalloys suministra aleaciones a base de níquel en diferentes formatos y puede evaluar requisitos personalizados en función del material, las dimensiones, las especificaciones y los requisitos de producción solicitados. Se debe confirmar la disponibilidad y la documentación correspondiente para cada pedido.
PREGUNTAS FRECUENTES
1. ¿Para qué se utiliza principalmente el níquel?
El níquel se utiliza principalmente como elemento de aleación en el acero inoxidable, los aceros aleados y las aleaciones a base de níquel. Otros usos importantes son las baterías, la galvanoplastia, los catalizadores, los compuestos químicos y la acuñación de monedas.
2. ¿Para qué se utiliza el níquel, además de en el acero inoxidable?
El níquel también se utiliza en superaleaciones a base de níquel, aleaciones marinas, equipos de procesamiento químico, componentes aeroespaciales, equipos de generación de energía, baterías recargables, galvanoplastia y catalizadores.
3. ¿Por qué se utiliza el níquel en las aleaciones?
El níquel puede aportar resistencia a la corrosión, rendimiento a altas temperaturas, ductilidad, tenacidad y otras propiedades metalúrgicas útiles. El efecto concreto depende de la composición completa de la aleación y del estado del material.
4. ¿Para qué se utiliza el níquel en el sector aeroespacial?
Las superaleaciones a base de níquel se utilizan en determinados componentes de motores de avión y turbinas de gas expuestos a altas temperaturas, esfuerzos mecánicos, oxidación y ciclos térmicos.
5. ¿Se utiliza el níquel en las pilas?
Sí. Los materiales que contienen níquel se utilizan en varias tecnologías de baterías recargables, entre ellas las baterías de níquel-hidruro metálico y diversas composiciones químicas de los cátodos de las baterías de iones de litio.
6. ¿Qué aleaciones de níquel se utilizan en entornos corrosivos?
Se seleccionan diferentes familias de aleaciones de níquel en función de los distintos entornos corrosivos. Hastelloy, Inconel, Monel e Incoloy son ejemplos de familias de aleaciones a base de níquel que se utilizan en aplicaciones específicas relacionadas con la corrosión, pero el tipo adecuado depende del entorno químico y de las condiciones de funcionamiento.
7. ¿En qué formas se comercializan las aleaciones de níquel?
Las aleaciones de níquel pueden suministrarse en diferentes formatos, como barras, varillas, placas, chapas, tubos, tuberías, alambres, tiras, bobinas, piezas forjadas, elementos de fijación y muelles, en función de la aleación y de las especificaciones de fabricación aplicables.
8. ¿Cómo elijo una aleación de níquel?
Comience por la temperatura de funcionamiento, el medio corrosivo, la concentración, la presión, la carga mecánica, la forma del producto, las dimensiones, el tratamiento térmico, los requisitos de soldadura y la especificación de materiales aplicable. A continuación, la aleación debe seleccionarse en función de las condiciones reales de servicio.
Conclusión
El níquel se utiliza en una amplia variedad de sectores industriales, ya que aporta resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas, dureza, ductilidad y otras propiedades útiles a diferentes sistemas de materiales.
Su principal aplicación industrial es como elemento de aleación, especialmente en aceros inoxidables y otras aleaciones de acero, así como en aleaciones a base de níquel. El níquel también es importante en las superaleaciones utilizadas en el sector aeroespacial y en la generación de energía, en equipos químicos y petroquímicos, en aplicaciones marítimas, en baterías recargables, en la galvanoplastia, en catalizadores y en otros productos especializados.
Para los ingenieros y los responsables de compras del sector industrial, la pregunta clave no es simplemente “¿Se utiliza níquel en esta aplicación?”, sino ¿Qué material que contenga níquel ofrece la combinación de propiedades necesaria en las condiciones reales de funcionamiento?
Esa distinción constituye el punto de partida para seleccionar una aleación de níquel adecuada, la forma del producto y las especificaciones del material.
