COBALTO
Nombre: Cobalto
Símbolo: Co
Grupo: 9
Período: 4
Bloque: d
Categoría: Metales de transición
Número atómico: 27
Masa atómica: 58,933 u
Electrones por capa: 2, 8, 15, 2
Electronegatividad: 1,88
Densidad: 8,9 gr/cc
Punto de Fusión: 1495ºC
Punto de Ebullición: 2927ºC
Conductividad Térmica: 100 W (m·K)
Conductividad Eléctrica: 1,7 × 10^7 S/m
Orden Magnético: Ferromagnético
Estado Ordinario: Sólido
Estados de Oxidación: -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5
Dureza Mohs: 5
Dureza Vickers: 1043 MPa
Dureza Brinell: 700 MPa
Isótopos más estables: Co-59 (100%)
Descubridor: Georg Brandt, sueco (1735)
Breve introducción. Conociendo al metal
Es un elemento químico tan importante para mí, que puedo decir sin temor a caer en exageraciones que sólamente por este capítulo que le dedico al elemento, el nombre de “Metalpedia” encuentra su justificación.
Lo digo porque, aunque casi cualquier metalúrgico, químico o ingeniero que se precie de serlo conoce bien el metal, no sucede de igual forma con el público. La persona media... ¿qué sabe del cobalto? Seguramente “le suene” de “algo”, pero, ¿saben siquiera que es un metal? ¿Saben siquiera que es ferromagnético? Al cobalto le sucede lo mismo que al zirconio: es más conocido por sus aplicaciones no-metálicas que por sus usos como metal en el sentido estricto de la palabra. El cobalto probablemente le suene por un tipo de vidrio de color “azul real”, muy famoso desde siempre por su atractivo color.
A otros, por motivos menos afortunados, le suene por su uso en la medicina: el isótopo Co-60, emisor de rayos gamma de alta energía, se utiliza para el tratamiento del cáncer. Holga decir que mi propia madre, que gracias a Dios aún vive, fue tratada con este isótopo radiactivo del elemento, hecho que probablemente le salvó la vida. En lo que a mí respecta, es un metal más importante de lo que la gente cree, no ya por lo previamente mentado, sino porque es el tecer “hermano” en discordia del trío ferroso, completado por el hierro y el níquel. Un metal con mucha historia que sin embargo, puede ser rápidamente resumida. Un metal de importancia capital en nuestro día a día. ¿Sabía usted, por ejemplo, que antes de que el Titanio fuese usado a gran escala para fabricar implantes óseos, la combinación cobalto - cromo fue la principal aleación utilizada para dichos fines? ¿Sabe que los motores de los aviones que lo llevan de viaje se fabrican a partir de superaleaciones con base de cobalto?
Sígame, y descubrirá su historia, curiosidades, y mucho más.
Breve historia del elemento
Fue el primer metal descubierto en la “era moderna”, cuando aún la alquimia era reconocida como ciencia. Antiguamente se conocían siete metales, cinco de los cuales son de transición (hierro, cobre, plata, oro y mercurio) y los otros dos, de post-transición (estaño y plomo). Más tarde, el Arsénico y el Antimonio serían aislados, pero no reconocidos como nuevos elementos (al estar combinados de forma natural en los minerales de los que eran extraídos se confundían con estaño y plomo). El Zinc sería aislado en la India, pero no sería identificado hasta varias décadas después. El bismuto (elemento 83) era también conocido, pero a raíz de la confusión del elemento con otros metales como el estaño o el plomo, no fue -oficialmente- descubierto hasta 1753 por el francés Claude François Geoffroy, convirtiendo así al cobalto en el primer metal (de transición) -oficialmente- descubierto desde los tiempos más remotos. Su descubridor y pionero, el sueco George Brandt (Riddarhyttan, 26 de junio de 1694 – Estocolmo, 29 de abril de 1768) lo descubrió entre 1732 – 1735 (fecha discutida). Fue un gran químico, y cuando digo que pionero, me refiero a que fue el primer hombre en aislar y reconocer un nuevo elemento por sí mismo. Fue también el primer hombre en demostrar que el famoso vidrio azul tomaba su color del elemento. Su compatriota y también alumno, Axel Friedrik Cronstedt, descubiría el Níquel en 1751.
Pigmento
Se conocen las sales de Cobalto desde principios del pasado milenio, donde se usaba como pigmento, ya desde los tiempos de la Antigua China. El famoso “cobalto azul”, un aluminato de Cobalto obtenido de forma natural o bien, producido deliberadamente, produce un color azul de calidad inigualable utilizado como colorante tanto en cerámicas, porcelanas, etc, como vidrios. Tal es su reputación, que incluso a día de hoy, cuando se han encontrado alternativas más baratas, el color es tan intenso que hasta los modistas crean piezas de ropa imitando su color. En efecto, existe una tonalidad denominada “azul cobalto” o simplemente, “cobalto”, en alusión al compuesto.
Fuentes
No se encuentra nativo, salvo condiciones excepcionalmente raras (ej: meteoritos). El metal aparece en pequeñas concentraciones junto al hierro, el cobre y principalmente, el níquel. Hay minas importantes en todo el mundo, pero las más destacadas son las de la República del Congo, en África. Otras minas importantes pero de menor relevancia se encuentran en Canadá, en Rusia (en el mismo Moscú), en Australia, China, Uruguay y el sur de Brasil. Cuba tiene grandes reservas de Cobalto.
Nombre
El nombre original del cobalto es kobold. En nórdico/germánico antiguo, se traduce en el folklore castellano como “duende” o “gnomo”, pequeñas criaturillas propias de los cuentos y fábulas que supuestamente “mortificaban” a los mineros que iban en la búsqueda de cobre, robando el preciado metal e intercambiándolo por el cobalto (kobold), de naturaleza completamente distinta, apenas útil para nada en el momento de su descubrimiento, demasiado frágil e infusible mediante métodos convencionales. Curioso también es el hecho de que el níquel (nombre original: nickel) también tomaría su nombre de una variante similar a la del kobold, es decir, se trataban de entes propios del folklore que “robaban” el cobre y lo substituían por metales de aparente inferior calidad. Esto no es casualidad: incluso a día de hoy, tanto el níquel como el cobalto siguen obteniéndose muchas veces como sub-producto de la extracción del cobre, debido al hecho de que estos tres metales se encuentran frecuentemente asociados en los minerales de los que son extraídos.
Claro que, a día de hoy las cosas han cambiado mucho. Ni el cobalto ni el níquel se consideran “metales escoria”, sino todo lo contrario. Tienen su propio mercado, y se han ganado su reputación a pulso. Ambos son escenciales para el desarrollo de la vida humana tal como la conocemos hoy en día. El acero cambió el mundo, eso nadie lo discute, pero para muchas aplicaciones, el uso del cobalto y del níquel es indispensable en aplicaciones donde el hierro no sería útil. En este artículo describiré no sólamente las características del cobalto, sino también sus aplicaciones, usos típicos, etc.
Características principales
Se parece al hierro y al níquel en muchas cosas (son “familia”). Físicamente, incluso guarda semejanzas con el manganeso. Es un metal ferromagnético, el primer elemento en ser producido a través del proceso-r en las estrellas que “mueren” y lo expelen al vacío junto a los demás elementos formados a través de este proceso nuclear. También se forma durante las supernovas.
En estado puro y sin corrosión es blanco-argénteo. El lustre es distinto al del hierro, que tiende a ser -ligeramente- azulado, y el níquel, que tiene un tinte dorado acentuado, fácilmente reconocible. Expuesto a la interperie pierde su brillo y se torna amarillento, rosáceo o incluso, azulado, dependiendo de la composición de la capa corrosiva que se forme. Al igual que el hierro, presenta dos estructuras cristalinas en estado puro, dependiendo de la temperatura. La fase más estable es la hexagonal; rígida y poco dúctil. La fase gamma (austenita) se forma cuando el metal se calienta en torno a los 400 Cº, es metaestable y puede “coexistir” con la estructura hexagonal a temperatura ambiente, esto no sucede con el acero, que pierde la fase gamma (austenita) cuando se enfría. Del mismo modo a como sucede con el hierro, puede retenerse (estabilizarse) con un gammágeno, por ejemplo el manganeso o el níquel (incluso en bajas dosis). La fase austenita (gamma) del cobalto es más dúctil que la primera, pero igual de dura (5 Mohs). Ninguna de las dos fases es dúctil; para fabricar alambres de cobalto hay que alearlo con algún metal que incremente dicha propiedad. El níquel lo suele acompañar para estos propósitos, pero hace falta mucha cantidad (sobre los 20% en masa).
Fundido al vacío se parece al manganeso: forma nódulos esferoidales de apariencia similar, pero es más difícil de fracturar. Es un metal “rígido” en el sentido de que tiene gran resistencia al aplastamiento (es difícil de deformar aplicando presión sobre el) y aunque no es maleable, es bastante fuerte en comparación al cromo, manganeso, antimonio, etc. El metal es, no obstante, quebradizo (especialmente su fase alfa), pero difícil de pulverizar -es bastante robusto-
El metal es magnético hasta los 1,115 Cº, superando esta temperatura pierde esta propiedad.
Como ya he mencionado, la adición de manganeso y níquel incrementan su ductilidad y también la maleabilidad. Combinaciones Cobalto – Cromo en estado puro son sorprendentemente tenaces, teniendo en cuenta la fragilidad de ambos elementos por separado. Como el Cobalto puro, son rígidas y fuertes, pero frágiles ante los impactos. Se utilizan por su dureza y resistencia a la corrosión. La adición de Molibdeno aumenta mucho la tenacidad y mejora la resistencia a la corrosión.
Compatibilidad
El metal es compatible con todos los metales de transición, excepto Mercurio (no forma amalgamas) ni con la Plata (se rechazan mutuamente en estado líquido). Con el Cobre la fusión es posible, pero lo disuelve con mucha dificultad y no son del todo miscibles, lo mismo pasa con el Oro, aunque se conoce la aleación Oro 75 partes, Cobalto 25 partes. Las aleaciones con los metales refractorios (ejemplo: Renio, Wolframio) se conocen y son muy utilizadas, así como las del grupo del Platino, pero las combinciones con Escandio, Itrio y Lantánidos son poco conocidas y parecen no tener propiedades “metálicas” sino más parecidos a compuestos intermetálicos. La aleación Samario – Cobalto se utiliza para fabricar imanes muy potentes (aunque son menos potentes que los de Neodimio y también más caros). Con los metales del bloque p y los alcalinos las aleaciones son virtualmente imposibles. A diferencia del Hierro, puede disolver Aluminio en pequeñas dosis.
Principales aleaciones de Cobalto
Las aleaciones de cobalto – cromo comprimen el grupo más importante entre las aleaciones en la que el cobalto actúa como metal base. Son usadas principalmente en aplicaciones que requieran una elevada resistencia a las altas temperaturas y el desgaste, así como también en aquellas donde la expansión térmica del metal no sea tolerable, ni tampoco su pérdida de fuerza a altas temperaturas.
Su marca más comercializada y ampliamente usada con diferencia es Stellite®. Creada por Elwood Haynes a principios de 1900 bajo el registro de Kennametal Stellite Company.
Originalmente pensada por su elevada resistencia a la corrosión dada la presencia de dos metales con gran afinidad por el oxígeno como son el cobalto y el cromo, fue evolucionando hasta nuestros días y así añadiéndose en el proceso nuevos elementos que mejoran sus características anti-corrosivas, su dureza, o bien una combinación de ambas. Se considera una superaleación, y es entre éstas la que mejor responde a los cambios bruscos de temperatura.
La aleación es de un color blanco espejo similar a la de los metales preciosos blancos como el rodio o el platino que no pierde su brillo con facilidad. Típicamente dura y quebradiza, se trabaja/maquina con dificultad y de hecho suele fundirse al vacío para prevenir la contaminación por impurezas en el momento del fundido.
Es mucho más cara que cualquier grado de acero inoxidable (debido a su elevado contenido de cobalto) y también más resistente en condiciones oxidantes, donde es absolutamente inerte y de hecho, bio-compatible cuando aleada al molibdeno (contenido no superior al 10% en masa), es por esto usada desde hace décadas en medicina como una de las aleaciones más importantes en el campo de los implantes óseos, donde compite actualmente con algunas aleaciones de titanio y cerámica (principalmente zirconia/ZrO2).
En este campo, su principal ventaja es su mayor dureza comparada a la del titanio (y por tanto, resistencia al desgaste), además de ser fabricada con mayor facilidad que éste último, sin embargo su elevada densidad (más del doble que el titanio) suponen una contra en este sentido.
Resistencia a la corrosión
La aleación tradicional de cobalto – cromo sin adición de molibdeno es inerte a todas las soluciones oxidantes (ej: ácidos nítrico, tartárico, sulfúrico concentrado, fosfórico) que de hecho refuerzan su capa pasiva de óxido de cromo/cobalto, pero sufre en condicines reductoras así como también frente al ataque de halógenos a temperaturas elevadas, por ello no se recomienda su uso en aplicaciones marinas ni otras que contemplen el contacto con las mencionadas substancias. Ejemplos de estos ácidos son el clorhídrico, el sulfúrico diluido, el fluorhídrico. La resistencia a los álcalis es moderada. Su coste es más accesible que el de las que contienen molibdeno, pero incluso en estos casos su precio es elevado.
En los grados que contengan molibdeno (usualmente entre un 5 – 7%) la resistencia a los ácidos reductores se incrementa notablemente, confiriéndole mayor tolerancia al agua de mar que el acero 316L, famoso por su gran desempeño en aplicaciones de este tipo, sobretodo si el contenido en carbono es bajo, ya que la formación de carburos intergranulares tan indispensables en aplicaciones que exigen un incremento de la dureza puede suponer una desventaja en términos de resistencia a los medios corrosivos. Cabe destacar a su vez, que la adición del molibdeno aumenta la tenacidad y la densidad final de la aleación.
Versiones con tungsteno
La adición de tungsteno imprime efectos similares a aquellos buscados con la adición de molibdeno, no obstante, en estos casos se busca incrementar la dureza con la formación del carburo de wolframio, más estable térmicamente y también más robusto en comparación al formado por el molibdeno y el meta-estable formado por el cromo.
Grados con cromo y molibdeno son bio-compatibles, y no provocarán reacción alérgica en el cuerpo del paciente medio a corto plazo. Algunas modificaciones de esta aleación son usadas en la llamada joyería alternativa, tan popular en nuestros tiempos, donde rebasan los precios del carburo de tungsteno y el titanio. (Véase BioBlu27)
Dureza
Las aleaciones de esta familia se hallan entre los compuestos metálicos más duros que existen, aunque no es su dureza 'en frío' lo que realmente justifica su uso (teniendo en cuenta el precio), sino más bien el hecho de que la mantienen a alta temperatura. En este aspecto, es superior a algunos grados comunes de acero rápido, que si bien poseen mayor tenacidad al estar basadas en el hierro, pierden sus propiedades cuando enfrentadas a elevadas temperaturas fruto de la fricción mecánica, encontrada comúnmente en fresas mecánicas, así como también tornos y piezas de perforación. La combinación cobalto – cromo con alto contenido en carbono (hasta 5% en masa) está -pensada- para trabajar en condiciones como la previamente descrita sin cambios peligrosos en su micro-estructura interna, como sería en el caso de la familia del acero templado, que corre el riesgo de perder el temple si se alcanza la temperatura suficiente, debilitándose consecuentemente y perdiendo así su tenacidad. Los carburos intergranurales encontrados en la matriz cobalto/cromo son muy estables y responderán bien ante temperaturas extremas, donde su naturaleza frágil incial se verá disminuida en estos casos, permutándose por cierta ductilidad, dada la respuesta* del metal ante el calor ejercido. Además de retener mejor su ya de por sí mayor dureza, durarán más tiempo, y no se verán afectadas por la corrosión.
*(véase transición frágil-dúctil)
Rol de cada metal en la aleación
El cobalto es de entre los metales bases, el que mejor responde ante las altas temperaturas, ya que no sólo se vuelve lo suficientemente dúctil, sino que también retiene su dureza y es más resistente a la corrosión que el hierro. Aleaciones de níquel también puede usarse en aplicaciones que requieran esta característica pero no son igual de duras. Debido al hecho de pertenecer a la familia del hierro, se asocia bien como aleante con metales refractorios como los de la familia del cromo (molibdeno y wolframio), así como también los de su propio subgrupo (níquel y hierro). Sin embargo, el cobalto -no- forma carburos a ninguna temperatura (ni durante ni después de la fabricación de la pieza), sino que en su lugar funciona como matriz de diversos carburos en su mayor parte conformados por el cromo y en menor grado por los de wolframio y molibdeno. Pequeñas adiciones de vanadio, titanio y tantalio usados (como dopantes) son también frecuentes, aunque su uso predominante es en el campo de la mecánica, donde es indispensable el carbono para la formación de los correspondientes carburos. En el sector de la joyería, la inclusión de carbono es muy limitada, y se considera prácticamente residual. Para grados médicos, la cantidad de carbono es también baja, aunque lo suficientemente alta como para otorgar cierta dureza, y por ende resistencia al desgaste, a la aleación final.
Combinaciones no-metálicas
El cobalto reacciona con los no-metales (nitrógeno, oxígeno, carbono, etc) a altas temperaturas, pero no forma carburos estables, por lo que se añade al acero rápido (HSS) como aditivo para mejorar la tenacidad del mismo, ya que no disuelve carbono puro (grafito) como el hierro, pero sí los carburos formados con otros elementos (ejemplo: carburo de cromo). Más adelante profundizaré en este apartado que considero de vital importancia.
Resistencia térmica
El metal es muy resistente al calor en el sentido de que retiene su fuerza mecánica (mejor que el hierro y el níquel), y se vuelve dúctil conforme la temperatura aumenta, por lo que es útil en aplicaciones que demanden resistencia en este campo. A bajas temperaturas, la fragilidad aumenta. En este aspecto se parece al hierro y a sus combinaciones no austeníticas. El cobalto se utiliza para aplicaciones que demanden resistencia al calor.
Resistencia a la corrosión
Su resistencia está entre la del hierro y el níquel. Se mantiene en aire (seco y húmedo), agua dulce y álcalis a temperatura ambiente. La resistencia a los ácidos es moderada. En estado puro se considera no-resistente.
Los ácidos oxidantes -concentrados- lo pasivan (ejemplo: sulfúrico concentrado), pero el nítrico lo destruye (a cualquier temperatura y concentración). Los ácidos reductores lo atacan lentamente. El metal no debe usarse en estado puro salvo para algunas aplicaciones en las que sea necesaria una gran permeabilidad magnética. Aleado al cromo, cromo/molibdeno o al wolframio, se vuelve muy resistente, aunque en realidad es mérito de dichos aleantes.
Usos típicos
En comparación al hierro y el níquel, el cobalto se utiliza para pocas aplicaciones, no obstante, en aquellas donde se usa, es prácticamente insustituible.
Como metal base tiene tres usos principales:
Superaleaciones
Al igual que en el caso del níquel, se utiliza para fabricar las llamadas “superaleaciones” de extrema resistencia al calor y a la corrosión a altas temperaturas ya que retienen su tenacidad y dureza. Incluso los aceros rápidos de élite (ejemplo: AISI M50) desarrollados en un principio para motores y rodamientos de alta responsabilidad en la industria aeronáutica son inferiores en este aspecto a las superaleaciones de Cobalto. Se alea con Cromo, Molibdeno, Titanio, Renio y Rutenio (en el caso de aleaciones particularmente especiales) para la fabricación de motores aeroespaciales, cabezas de misiles, rotores, palas y turbinas. La composición química de estas superaleaciones es muy compleja y el proceso de fabricación, extremadamente costoso. Basta decir que muchas de ellas sólo se fabrican en -ciertos- lugares estratégicos de Estados Unidos y la Unión Europea. En Eurasia, Rusia y China tienen sus propias versiones. Hay superaleaciones con base de Cobalto, otras con base de Níquel y otras en las que ambos metales se encuentran en una proporción parecida.
Las superaleaciones con base de Níquel son más resistentes a la corrosión y pueden operar a temperaturas bajo cero, sin embargo, son menos duras (resistencia al desgaste) que las de Cobalto. Son las más populares (ejemplo: Hastelloy, Inconel, Renèe) y accesibles.
Las superaleaciones con base de Cobalto soportan mejor los cambios bruscos de temperatura. Este es un detalle importante, ya que no siempre el aumento de la temperatura es gradual. También operan mejor en niveles extremos de la misma (están pensadas para retener su dureza hasta los 1000 Cº o incluso más). Se utilizan en el ejército, aviones – crucero, industria aeroespacial y aeronáutica, coches de altas prestaciones o de competición (incluyendo monoplazas de F1), medicina, etc. No responden bien en temperaturas bajo cero ya que no son austeníticas.
Las superaleaciones con base de Cobalto/Níquel existen, pero no son muy usadas.
Cabe reseñar que tanto las superaleaciones de base Níquel tienen algo de cobalto y viceversa (excepto si la pieza en cuestión debe ser expuesta a radiación). Ambas familias de superaleaciones son muy caras, y sólo algunas compañías lo producen. Pregúntese porqué un avión cuesta tantos millones...
Aleaciones duras
El Cobalto se lleva usando desde principios del siglo XX para la fabricación de aleaciones duras y resistentes a la corrosión. Poca gente sabe que dichas aleaciones precedieron al acero inoxidable (más barato) en una época en la que la cubertería de mesa aún se fabricaba con plata, alpaca o incluso peltre. La combinación Cobalto – Cromo es la más conocida, y se comercializa bajo el nombre de Stellite desde hace más de cuarenta años. Hay otras variaciones, como por ejemplo, el Vitallium, pero son muy parecidas. Son aleaciones extremadamente duras a la vez que tenaces y resistentes a la corrosión. El precio es caro en comparación al mejor de los aceros, pero el rendimiento, superior.
Otros metales que suelen acompañar al Cromo son el Molibdeno y el Wolframio (nótese que los tres metales forman parte de la misma familia), aunque no es raro encontrar pequeños porcentajes de Silicio, Manganeso, Hierro y Níquel. El contenido de Carbono es muy alto (hasta los 6% en casos especiales) ya que el Cobalto no forma carburos, sino que actúa como matriz (“pegamento”) en la formación intergranular de carburos producidos por los metales previamente mentados que se combinan con el carbono en el momento del fundido, dando lugar a un compuesto metálico extraordinariamente duro, a la vez que tenaz. Estas aleaciones se vuelven lo suficientemente dúctiles en caliente, es por ello que no fracturan incluso cuando la pieza se pone “al rojo vivo”.
Cobalto vs Acero. Explicación
Las aleaciones con base de hierro conocidas como aceros rápidos o simplemente HSS (del inglés High Speed Steel) son aleaciones metálicas en las que el hierro es el metal base. Se alean con Vanadio, Cromo, Molibdeno y Wolframio. Otras variantes más caras usan Niobio, Tántalo, etc, pero escencialmente, usan los cuatro primeros metales para la formación de carburos. Cuando uno funde acero rápido y añade dichos metales, el alto contenido de carbono (nunca inferior al 0.95%) se combina con dichos metales y forma con ellos carburos intergranulares de tamaño microscópico que le confieren al material su elevada dureza, no obstante, si el acero tuviese un exceso de carbono (ejemplo: 2%) pasaría de ser un material robusto a un compuesto “cristalino” que estallaría violentamente al impacto de un leve golpe. Esto sucede porque el hierro también es sensible al carbono, es decir, parte del carbono que se agrega a la aleación en el momento del fundido será disuelto por el hierro, formando cementita, que es muy dura y frágil. Debido a que el hierro forma su propio carburo y éste es muy quebradizo, el contenido de carbono no debe exceder el 1.5%. Repito: la razón es que el hierro forma su propio carburo.
El cobalto es distinto. Se puede llegar a contaminar con carbono, y en efecto, reacciona con el, pero no forma carburos, como en el caso del hierro, sino que -disuelve- los carburos de otros metales, concretamente, los mismos metales que se agregan al acero rápido típico. Dado que el cobalto no absorbe carbono libre (en su forma de grafito), la cantidad del mismo puede llegar hasta los 4 o 5% sin volverse demasiado frágiles como para usarse con seguridad, pues serán disueltas por el elevado contenido de Cromo, Molibdeno y/o Wolframio. El Cobalto sólo actúa de “base” para otros metales que sí forman carburos, de ahí que su rendimiento sea superior. Otro detalle a tener en cuenta es que, por mucho que suba la temperatura, la aleación seguirá siendo estable: incluso en un acero rápido de calidad, el temple al que se ve sometido normalmente para el incremento de su dureza se pierde una vez alcanzada la temperatura suficiente. Curiosamente, algunos aceros rápidos modernos llevan Cobalto para poder incrementar el porcentaje de carbono. Con esto espero haber despejado las dudas al respecto.
Cermets
En la fabricación de cermets (materiales que combinan propiedades de metales y cerámicas), el Cobalto es el metal base más popular con diferencia. Sólo se substituye por el Níquel si la resistencia a la corrosión -debe- ser elevada. Entre un 8 y un 20% de Cobalto se utiliza para darle la forma deseada al polvo de carburo (normalmente de Wolframio), consiguiendo así una amplia gama de objetos que son muy útiles al hombre.
El afamado carburo de wolframio, en España y algunos otros países llamado “Widia” es un cermet de este compuesto aglomerado con una base metálica, casi siempre de Cobalto. Se utiliza para brocas, sierras y lijas: es muy duro.
El contenido del metal base (Cobalto o Níquel) se ajusta conforme la demanda que se busque satisfacer. A mayor cantidad de Cobalto/Níquel, más tenacidad, pero menos dureza, y viceversa.
En la joyería del Carburo de Wolframio, el Cobalto se alea con Cromo para aumentar la resistencia a la corrosión o directamente, no se usa (el Níquel es el recambio típico) debido a que es menos resistente a la corrosión.
No obstante, el uso del Níquel en aplicaciones mecánicas no tiene sentido, ya que es un metal demasiado blando en comparación al Cobalto. El precio de ambas versiones suele ser similar.
Joyería
Con el Cobre se fabrica el llamado “Bronce Sol”, del alemán Sonnenbronze que también lleva Aluminio para incrementar la resistencia a la corrosión. Yo mismo estaba interesado en fabricarme un anillo con esta aleación, pero ningún joyero accedió a probar con ella debido al desconocimiento del Cobalto y su elevado punto de fusión, que se traduce en una mayor cantidad de combustible y cera.
Con el Oro forma dos tipos de coloración, según la cantidad y proceso de fabricación que se lleve a cabo. El “Oro Azul” es un Oro amarillo tradicional con un “toque” azulado o incluso púrpura. Se consigue disolviendo Cobalto -puro- en Oro líquido o bien derritiendo el Cobalto en un horno al vacío y luego se agrega el Oro. Tiene un color bastante extraño, es poco popular, aunque personalmente lo considero interesante. También se puede usar hierro de gran pureza para este propósito. No suelen ser ferromagnéticas.
Mezclando el Cobalto con el Cromo en una aleación maestra que luego se agrega al Oro, se consigue un tinte similar al previamente descrito que luego es calentado al rojo con una llama para oxidarlo deliberadamente (a propósito) para conseguir un acabado negro mate metálico. Es el llamado “Oro negro”, no confundir con el Petróleo, que también se le llama así por su gran valor económico.
Con el Platino, las aleaciones son mucho más populares. En Asia (especialmente en Corea del Sur y Japón) los joyeros suelen alear el Platino con Cobalto para endurecerlo. Este procedimiento también se lleva a cabo en Alemania. Es costoso, no por el Cobalto en sí, sino por el Platino y su elevado punto de fusión. Son aleaciones duras, más caras que el Oro de 18k más fino, sólo al alcance de unos pocos.
El Cobalto o mejor dicho, una aleación con base de Cobalto fue popularizado recientemente por Scott Kay, un emprendedor americano que lo ha vendido de estado en estado como una alternativa superior al Titanio y al Carburo de Wolframio, en la era moderna de la joyería alternativa. Su aleación, BioBlu27 es muy resistente a la corrosión, tenaz y dura. Se parece al Stellite pero tiene menos Carbono. Su elevado contenido de cromo le Confiere un aspecto similar al del Oro blanco con baño de Rodio o incluso al del Platino, aunque la aleación propiamente dicha no necesita ningún baño ya que en estado puro presenta un blanco perfecto, de increíble lustre. Es más cara -de momento- que las aleaciones de Titanio grado 2 y 5 (usados en joyería del Titanio) y el Carburo de Wolframio.
Aplicaciones no-metálicas del Cobalto
En Imanes
El Cobalto, metal ferromagnético, se utiliza para fabricar imanes potentes como alternativa a la ferrita dopada con Bario y Estroncio (Imanes de Altavoces - Bocinas). Los más famosos son los ya obsoletos AlNiCo que toman su nombre de la composición química (Aluminio + Níquel + Cobalto) con base de Hierro. Otra combinación que dominó el mercado durante aproximadamente dos décadas fue la de Cobalto – Samario, muy frágil y cara. Ambas han caído en deshuso en favor de los imanes de Neodimio, mucho más potentes y baratos de producir.
Aleaciones de Platino con porcentajes de Cobalto tan bajos como un 10% presentan el fenómeno de ferromagnetismo: son atraídos por imanes. La aleación de un 76.80% de Platino y un 22.20% de Cobalto presenta una permeabilidad magnética superior a la de algunas combinaciones de acero. El porcentaje obedece a la composición química PtCO, es decir, un átomo de Cobalto por cada átomo de Platino. Debido a la afinidad de ambos, se crea una estructura cristalina capaz de responder como lo haría un metal ferromagnético en estado puro. En ningún libro escrito en Lengua Española encontrará detalles como los que acabo de brindarle. Se lo puedo garantizar.
Como pigmento
Se utiliza el aluminato con fórmula química CoAl2O4, que se prepara fácilmente, aunque conlleva el uso de mucho combustible. Se prepara quemando alúmina (Trióxido de Aluminio – Al2O3) junto al monóxido de Cobalto (de color negro – fórmula: CoO). Sobre los 1200 Cº la reacción toma lugar y se produce el pigmento.
Se utiliza para pintar cerámicas, impartiéndoles un color conocido como azul real (royal blue), de tonalidad oscura, aunque no tanto como el azul navy (“azul marino”), así mismo, el color es menos intenso que los logrados con “Azul Prusiano” (se fabrica con Hierro) y también al Ultramarino (similar al Lapizlázuli natural).
En estado puro se puede usar para tintar el vidrio de soda-lima (vidrio común basado en el cuarzo). También se utiliza como esmalte.
Uso en medicina. Cobalto-60
El Cobalto es un elemento monoisotópico muy sensible a la exposición nuclear, especialmente a los protones y neutrones rápidos. El isótopo natural, Co-59, se bombardea deliberadamente con neutrones rápidos para convertirlo en Co-60, un emisor de rayos gamma de alta energía que se dopa en dosis bajas en plasmas que se utilizan para el tratamiento de muchos tipos de cáncer. Normalmente se transfiere al paciente mediante vía intravenosa. Ha salvado miles de vidas en todo el mundo, y lo continúa haciendo. Es el pilar de la llamada quimioterapia.
El mecanismo es de fácil entendimiento
El isótopo, a pesar de ser ahora radiactivo, no deja de ser un átomo de Cobalto, por lo que químicamente puede formar enlaces organometálicos con el cuerpo del paciente (por ejemplo, para la sintetización de la Vitamina B12). El cuerpo no puede distinguir entre un isótopo neutro (Co-59) y uno radiactivo (Co-60) debido a que ambos tienen la misma cantidad de protones (27) por lo que actúan de igual forma respecto a sus propiedades químicas (el número de electrones se conserva). El sistema biológico utiliza ambos isótopos de igual modo, no obstante, debido a la inestabilidad del Co-60, éste decae en Ni-60 (un átomo de Níquel) desprendiendo dos rayos gamma de alta energía que atraviesan las células cancerígenas, destruyéndolas. El proceso es incontrolable, y destruye tejido enfermo y sano por igual, de ahí que sea tan agresivo. Una vez el átomo se ha transmutado, es decir, ha pasado de ser un átomo de Cobalto a ser ahora uno de Níquel, es excretado por el cuerpo de forma natural debido a que el Níquel no forma compuestos organometálicos escenciales para la vida humana, al menos, hasta donde se tiene conocimiento. Gracias a este elemento químico, mi madre superó un cáncer de piel (melanoma) muy agresivo. Como científico aficionado y amante de la química y por ende de todos los metales, el Cobalto guarda un rincón especial en mi corazón. Es uno de mis metales preferidos.
Miscelánea
Oligoelemento
El Cobalto es un oligoelemento, esto significa que es fundamental para la vida. La vitamina B12, también conocida como Cobaltina, es una molécula organometálica con base de Cobalto. El esquema de la misma se asemeja al de la Hemoglobina en el sentido de que en ambos casos se trata de un metal ferroso que actúa de “núcleo” en el centro de una larga cadena de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno escencial para el correcto funcionamiento del cuerpo humano. Debido a su importancia para la formación no sólamente de dicha vitamina sino también de muchos otros compuestos orgánicos, existen al respecto dos enfermedades, raras, pero bien conocidas. Se da el exceso de Cobalto (envenenamiento) y el déficit, frecuentemente asociado con una dieta baja en nutrientes que contengan el metal.
Mercado del metal
El Cobalto es uno de los metales bases más caros. Más que el Hierro y el Cobre, su precio es a veces superior o inferior al del Níquel, según la fluctuación y demanda. Comparado al Titanio solía ser más barato, pero últimamente el precio del segundo ha bajado lo suficiente como para que estén al mismo nivel. Suele comercializarse en lugares donde la presencia del Níquel sea abundante, ya que como he mencionado al principio de este artículo, se encuentra asociado con el.
En las potencias emergentes que están cimentando su poder, países como China, Arabia Saudí, India, Malasia, etc... el mercado del metal se ha vuelto importante debido a su uso como componente de las superaleaciones que previamente he descrito. Se utiliza mucho en aeronáutica, los fabricantes de aviones de todo tipo consumen toneladas del metal. Muchos países tienen grandes minas de Cobalto, pero no suelen basar su economía en torno a el, no obstante, impera recordar que como en el caso de todos los metales, se trata de un recurso no renovable.