ALEACIONES DE COBALTO

Las aleaciones de cobalto–cromo constituyen el grupo más representativo entre aquellas en las que el cobalto actúa como metal base. Su uso está reservado a aplicaciones que exigen una elevada resistencia al desgaste, a las altas temperaturas y a la deformación térmica, especialmente en contextos donde la expansión del material o la pérdida de fuerza mecánica bajo calor no son tolerables. La marca más emblemática y comercialmente extendida de esta familia es Stellite®, desarrollada por Elwood Haynes a comienzos del siglo XX y registrada por la Kennametal Stellite Company. Su origen se vincula a la necesidad de una aleación con alta resistencia a la corrosión, aprovechando la afinidad por el oxígeno de sus dos componentes principales: el cobalto y el cromo.

Con el paso del tiempo, la fórmula original fue enriquecida con nuevos elementos que mejoran su dureza, su resistencia química o una combinación de ambas, convirtiéndola en una superaleación. Dentro de este grupo, el Stellite® destaca por su capacidad de mantener sus propiedades frente a cambios bruscos de temperatura, lo que lo convierte en una opción privilegiada para entornos extremos. Su aspecto es de un blanco metálico brillante, similar al rodio o al platino, y conserva su lustre con notable persistencia. Sin embargo, su dureza intrínseca lo hace quebradizo y difícil de maquinar, por lo que suele fundirse al vacío para evitar la contaminación por impurezas durante el proceso de fabricación.

El coste de esta aleación es considerablemente superior al de cualquier grado de acero inoxidable, debido principalmente a su alto contenido en cobalto. No obstante, su resistencia en medios oxidantes es sobresaliente, y cuando se alea con molibdeno —en proporciones que no superan el 10 % en masa— se vuelve bio-compatible, lo que ha permitido su uso en medicina desde hace décadas, especialmente en implantes óseos. En este campo, compite con aleaciones de titanio y cerámica como la zirconia (ZrO₂), ofreciendo una mayor dureza y, por tanto, una superior resistencia al desgaste. Aunque su densidad es más del doble que la del titanio, lo que representa una desventaja en términos de peso, su facilidad de fabricación y comportamiento mecánico compensan esta limitación en muchas aplicaciones clínicas.

En cuanto a la resistencia a la corrosión, la aleación tradicional de cobalto–cromo sin molibdeno es completamente inerte frente a soluciones oxidantes como los ácidos nítrico, tartárico, sulfúrico concentrado y fosfórico, los cuales refuerzan su capa pasiva de óxidos de cromo y cobalto. Sin embargo, sufre en medios reductores y frente al ataque de halógenos a temperaturas elevadas, por lo que no se recomienda en ambientes marinos ni en contacto con ácidos como el clorhídrico, el sulfúrico diluido o el fluorhídrico. Su resistencia a los álcalis es moderada. Aunque su coste es más accesible que el de las variantes con molibdeno, sigue siendo elevado en comparación con otras aleaciones convencionales.

La adición de molibdeno —usualmente entre un 5 % y un 7 % en masa— mejora significativamente la resistencia frente a ácidos reductores, aumentando la tolerancia al agua de mar incluso por encima del acero inoxidable 316L, conocido por su desempeño en ambientes salinos. Esta mejora es más notable cuando el contenido de carbono es bajo, ya que la formación de carburos intergranulares, aunque útil para incrementar la dureza, puede comprometer la resistencia química. Además, el molibdeno incrementa la tenacidad y la densidad final de la aleación.

Las versiones con tungsteno buscan efectos similares a los del molibdeno, pero con un enfoque en la formación de carburos de wolframio, que son más estables térmicamente y más robustos que los generados por el molibdeno o el cromo. Estas variantes se emplean en aplicaciones donde la dureza extrema es prioritaria, como herramientas de corte o componentes sometidos a fricción intensa. Los grados que combinan cromo y molibdeno son bio-compatibles y no provocan reacciones alérgicas en el cuerpo humano a corto o medio plazo. Algunas modificaciones de esta aleación se han popularizado en la joyería alternativa contemporánea, superando incluso los precios del carburo de tungsteno y del titanio, como ocurre con el BioBlu27.

La dureza de estas aleaciones se encuentra entre las más elevadas del espectro metálico, aunque no es su dureza en frío lo que justifica su uso, sino su capacidad de conservarla a altas temperaturas. En este aspecto, superan a ciertos grados de acero rápido, que aunque más tenaces por estar basados en hierro, pierden sus propiedades mecánicas cuando se enfrentan a temperaturas elevadas generadas por fricción, como ocurre en fresas, tornos y piezas de perforación. Las aleaciones cobalto–cromo con alto contenido de carbono —hasta un 5 % en masa— están diseñadas para operar en estas condiciones sin sufrir alteraciones peligrosas en su microestructura interna. A diferencia del acero templado, que puede perder el temple si se alcanza una temperatura crítica, debilitándose y perdiendo tenacidad, los carburos intergranulares en la matriz cobalto/cromo son extremadamente estables. Esta estabilidad permite que la aleación, inicialmente frágil, adquiera cierta ductilidad bajo calor, conservando su dureza y prolongando su vida útil sin verse afectada por la corrosión. (Véase transición frágil–dúctil)

El rol de cada metal en la aleación es fundamental. El cobalto, entre los metales base, es el que mejor responde a las altas temperaturas: se vuelve más dúctil, retiene su dureza y supera al hierro en resistencia a la corrosión. Aunque las aleaciones de níquel también se emplean en aplicaciones térmicas, no alcanzan la dureza del cobalto. Este metal se asocia bien con elementos refractarios como el cromo, el molibdeno y el wolframio, así como con miembros de su propio subgrupo como el níquel y el hierro. A diferencia de estos, el cobalto no forma carburos a ninguna temperatura, sino que actúa como matriz para los carburos generados por los otros elementos. También se emplean pequeñas cantidades de vanadio, titanio y tantalio como dopantes, especialmente en el ámbito mecánico, donde el carbono es indispensable para la formación de carburos. En joyería, la inclusión de carbono es mínima, mientras que en grados médicos se mantiene baja, aunque suficiente para conferir dureza y resistencia al desgaste sin comprometer la bio-compatibilidad.

Desde los albores del siglo XX, el cobalto ha sido empleado como base para la fabricación de aleaciones duras, resistentes a la corrosión y capaces de mantener sus propiedades mecánicas en condiciones extremas. Lo que muchos desconocen es que estas aleaciones precedieron al acero inoxidable en su uso cotidiano, en una época en la que la cubertería de mesa aún se elaboraba con plata, alpaca o incluso peltre. La combinación cobalto–cromo, comercializada bajo el nombre de Stellite® desde hace más de cuatro décadas, representa la formulación más reconocida de esta familia. Sin embargo, existen variantes como el Vitallium, que aunque menos conocidas, comparten propiedades similares y han sido igualmente relevantes en aplicaciones exigentes.

Estas aleaciones se distinguen por su dureza extrema, combinada con una tenacidad notable y una resistencia sobresaliente a la corrosión. Aunque su precio supera con creces al del mejor acero inoxidable, su rendimiento en condiciones críticas justifica ampliamente la inversión. El Vitallium, en particular, ha sido utilizado en campos como la medicina, la ingeniería mecánica y la industria aeroespacial, donde la fiabilidad del material es prioritaria.

Además del cromo, otros metales que suelen formar parte de estas aleaciones son el molibdeno y el wolframio —todos pertenecientes al mismo grupo de elementos de transición—, cuya presencia potencia la formación de carburos estables y resistentes. También pueden encontrarse en proporciones menores elementos como silicio, manganeso, hierro y níquel, que actúan como modificadores estructurales o estabilizadores térmicos. El contenido de carbono en estas aleaciones es elevado, alcanzando hasta un 6 % en masa en formulaciones especiales. Esta alta concentración no genera carburos de cobalto —ya que este metal no forma carburos por sí mismo— sino que el cobalto actúa como matriz, es decir, como soporte estructural para los carburos intergranulares generados por los otros metales al combinarse con el carbono durante el proceso de fundición.

El resultado es un compuesto metálico de extraordinaria dureza, capaz de resistir esfuerzos mecánicos intensos sin fracturarse. A pesar de su dureza en frío, estas aleaciones adquieren una ductilidad suficiente cuando se calientan, lo que les permite soportar temperaturas elevadas sin comprometer su integridad estructural. Incluso cuando la pieza alcanza el estado incandescente —“al rojo vivo”—, la aleación conserva su tenacidad, evitando la fractura y permitiendo su uso en entornos donde otros materiales sucumbirían al estrés térmico. Esta combinación de dureza, tenacidad y resistencia térmica convierte al Vitallium y sus variantes en materiales de referencia para aplicaciones donde el compromiso entre rendimiento y durabilidad es innegociable.

Las superaleaciones de cobalto, al igual que sus contrapartes basadas en níquel, han sido desarrolladas para operar en condiciones extremas de temperatura y corrosión, manteniendo su dureza y tenacidad incluso cuando otros materiales fallan. Estas aleaciones representan la cúspide de la ingeniería metalúrgica contemporánea, y su rendimiento supera incluso al de los aceros rápidos de élite —como el AISI M50— originalmente diseñados para motores y rodamientos de alta responsabilidad en la industria aeronáutica. La capacidad de las superaleaciones de cobalto para conservar sus propiedades mecánicas a temperaturas superiores a los 1000 °C las convierte en materiales estratégicos para aplicaciones críticas.

La composición química de estas aleaciones es altamente compleja, y su fabricación requiere procesos avanzados, controlados con precisión y realizados en instalaciones especializadas. Se alean con elementos como cromo, molibdeno, titanio, renio y rutenio, especialmente en formulaciones diseñadas para componentes aeroespaciales de alta exigencia, como cabezas de misiles, rotores, palas de turbinas y motores de aviación. Debido a la sensibilidad de estos procesos y a la naturaleza estratégica de los productos resultantes, muchas de estas superaleaciones se fabrican exclusivamente en determinadas regiones de Estados Unidos y la Unión Europea, mientras que Rusia y China han desarrollado sus propias versiones adaptadas a sus necesidades industriales y militares.

Existen tres grandes familias de superaleaciones: las de base cobalto, las de base níquel y las híbridas que combinan ambos metales en proporciones similares. Las superaleaciones de níquel son más resistentes a la corrosión y pueden operar eficazmente en temperaturas bajo cero, lo que las hace ideales para entornos criogénicos o marinos. Sin embargo, su resistencia al desgaste es inferior a la de las superaleaciones de cobalto. Ejemplos emblemáticos de esta familia incluyen el Hastelloy, el Inconel y el Renèe, ampliamente utilizados en la industria aeroespacial, química y energética. Su popularidad se debe, en parte, a su mayor accesibilidad y a la versatilidad de sus propiedades.

Por otro lado, las superaleaciones de cobalto destacan por su capacidad de soportar cambios bruscos de temperatura sin comprometer su integridad estructural. Esta característica es especialmente relevante en aplicaciones donde el aumento térmico no es gradual, como en sistemas de combustión, propulsión o fricción intensiva. Aunque no responden bien en temperaturas bajo cero —debido a su naturaleza no austenítica—, su comportamiento en ambientes térmicamente extremos es insuperable. Por ello, se emplean en sectores como el militar, la aviación de crucero, la industria aeroespacial, la Fórmula 1, la medicina de alta precisión y la fabricación de vehículos de competición.

Las superaleaciones híbridas de cobalto y níquel existen, pero su uso es limitado. En la mayoría de los casos, las aleaciones de base níquel contienen pequeñas cantidades de cobalto, y viceversa, salvo en aquellas piezas que deben ser expuestas a radiación, donde la presencia de ciertos elementos puede ser restringida por razones de seguridad. En cualquier caso, ambas familias de superaleaciones son extremadamente costosas, y su producción está reservada a un número reducido de compañías con capacidad tecnológica y logística para cumplir con los estándares requeridos. Esta exclusividad explica, en parte, el elevado coste de sistemas como los aviones comerciales y militares, donde cada componente debe responder con precisión a exigencias que no admiten margen de error.