El iridio y sus aplicaciones aeroespaciales: El metal para entornos extremos

Introducción

El iridio es uno de los elementos más asombrosos del mundo: raro, resistente y casi indestructible. Debido a su resplandeciente brillo blanco plateado y a su gran estabilidad física, este metal ha sido objeto de fascinación de científicos e ingenieros durante mucho tiempo. Aparece en la tabla periódica con el símbolo Ir y el número atómico 77, por lo que se clasifica como uno de los metales del grupo del platino (MGP), formado por el platino, el rodio, el paladio, el osmio y el rutenio.

Aunque sólo representa 0,001 partes por millón de la corteza terrestre, la particular combinación de características del iridio -punto de fusión, resistencia a la corrosión y dureza- se aplica en los entornos más exigentes donde se requiere algo que sobreviva más allá de cualquier posibilidad de degradación, especialmente en la tecnología aeroespacial.

Propiedades del iridio: Un metal incomparable

Las características físicas y químicas del iridio son prácticamente incomparables. Tiene un punto de fusión de 2.446 °C y un punto de ebullición de unos 4.500 °C, situándose entre los metales más refractarios. Su densidad (22,56 g/cm³) ocupa el segundo lugar después del osmio, lo que le confiere una masa por unidad de volumen y una resistencia récord.

Químicamente, el iridio es extremadamente inerte. Resiste la corrosión de los ácidos, la oxidación y la mayoría de los materiales corrosivos, incluso a temperaturas elevadas. A diferencia de la mayoría de los metales, no se empaña en la atmósfera ni reacciona fácilmente con los ácidos o el agua, lo que le ha valido el apodo de ser uno de los materiales más resistentes a la corrosión conocidos por el hombre.

Mecánicamente, el iridio es duro y quebradizo en su forma nativa, pero cuando se alea -especialmente con osmio o platino- puede trabajarse más fácilmente conservando su mayor durabilidad. Estas aleaciones poseen una extraordinaria resistencia al desgaste y mantienen sus propiedades mecánicas a temperaturas a las que la mayoría de los metales se vaporizarían o deformarían.

Por estas razones, el iridio se utiliza a menudo cuando los materiales deben funcionar a la perfección en condiciones extremas o altamente reactivas, como en las aplicaciones aeroespaciales en condiciones de alta temperatura y en la exploración espacial.

Más información: Iridio: Propiedades y usos del elemento

Aleaciones de iridio: Mejorar el rendimiento mediante la sinergia

El iridio puro es muy estable, pero su fragilidad lo hace difícil de mecanizar o fabricar. Este problema se supera con la aleación con otros metales y aprovechando su potencial para una gama más amplia de usos.

- Aleaciones de iridio-platino:

Se utilizan comúnmente en termopares aeroespaciales e industriales, empleados como electrodos y como uniones sensoras de temperatura para condiciones superiores a 1800 °C. La adición de iridio mejora la resistencia a la oxidación de la aleación y la vida útil en condiciones severas.

- Aleaciones de iridio-osmio:

Debido a su resistencia al desgaste y a la dureza, estas aleaciones se utilizan en pivotes de instrumentos de precisión, cojinetes y contactos eléctricos sometidos a esfuerzos mecánicos continuos.

- Aleaciones de iridio-renio (Ir-Re):

Con diferencia, la aleación aeroespacial más importante, las uniones Ir-Re combinan la resistencia al calor del iridio con la ductilidad del renio. El resultado es un metal resistente a temperaturas superiores a 2.000 °C que mantiene la tenacidad y la resistencia a la fluencia. La aleación es especialmente importante en los motores de cohetes, concretamente en los revestimientos de la cámara de empuje y las toberas expuestas a altas temperaturas y a gases de escape reactivos.

Estas aleaciones de iridio suelen producirse por pulvimetalurgia o deposición química de vapor, ya que el iridio tiene un punto de fusión elevado y es difícil de fundir por el método convencional.

Aplicaciones aeroespaciales del iridio

En la ingeniería aeroespacial, el iridio pasa casi desapercibido, pero no se puede descuidar. Su excepcional estabilidad en duras condiciones térmicas, químicas y mecánicas es la razón por la que es el más adecuado para piezas en las que no se permite ningún fallo.

1. Motores de cohetes y sistemas de propulsión

Probablemente, el uso aeroespacial más importante del iridio es en el hardware de motores de cohetes. La aleación Ir-Re se utiliza en el revestimiento de la cámara de empuje, que está sometida directamente a los gases de combustión a más de 2000 °C. El iridio proporciona una barrera contra la oxidación y la erosión por los gases de escape a alta velocidad.

Un uso muy conocido es la utilización por parte de la NASA de aleaciones de Ir-Re en motores de cohetes bipropelentes para misiones en el espacio profundo. Las naves espaciales Voyager, Cassini y New Horizons emplearon cámaras de combustión revestidas de iridio para proporcionar un empuje fiable de larga duración en el vacío del espacio. Este tipo de motores deben funcionar a la perfección año tras año sin necesidad de mantenimiento, algo que muy pocos materiales distintos del iridio pueden garantizar.

2. Sistemas de alimentación y comunicaciones por satélite

El uso del iridio no se limita a la propulsión. El elemento tiene una función importante en la constelación de satélites Iridium, una red de más de 60 satélites operativos con comunicaciones en todo el mundo. Aunque la propia constelación lleva el nombre del elemento debido a los 77 satélites previstos originalmente (que coinciden con el número atómico del iridio), el iridio también se utiliza en algunos componentes de los satélites.

En contactos y conectores, los revestimientos de iridio son resistentes a la oxidación y ofrecen una conductividad estable frente a la radiación y los ciclos térmicos en el espacio. La misma robustez que hace que el iridio sea adecuado para las cámaras de los motores funciona igualmente para mantener la integridad eléctrica en la electrónica espacial.

3. Termopares y sensores

En los sistemas de control y ensayo aeroespaciales, la medición de la temperatura es de suma importancia. Los termopares de iridio-platino miden las temperaturas extremas de toberas de cohetes, turbinas y vehículos de reentrada. Permanecen estables y precisos a 2000 °C, mientras que la mayoría de los materiales de los sensores se fundirían o deteriorarían.

4. Reentrada de naves espaciales y revestimientos protectores

El iridio también se utiliza a veces como revestimiento protector de componentes sometidos a altas temperaturas, especialmente en vehículos de reentrada y sondas expuestas a la fricción atmosférica. Mediante procesos de deposición química en fase vapor (CVD) pueden formarse recubrimientos de iridio finos y adherentes con una resistencia a la oxidación y la erosión muy mejorada.

Un ejemplo son los propulsores de control de actitud de satélites recubiertos de iridio, que han demostrado una vida útil superior a los 10.000 ciclos de ignición, muy por encima del rendimiento de los recubrimientos estándar de níquel o platino.

Conclusión

El iridio está a la vanguardia de la ciencia de los materiales y la ingeniería aeroespacial. Con su incomparable resistencia al calor, la corrosión y la abrasión mecánica, es un metal clave para la propulsión espacial, los sensores y los revestimientos de escudos. Desde el núcleo de los motores de los cohetes hasta los circuitos de los satélites, el iridio está transformando el futuro aeroespacial de forma silenciosa, espléndida e indisoluble. Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).