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Case studies / Friction
Sulfuros de bismuto, un nuevo adversario para los metales fuertemente dependientes del LME?

Spoiler, lo son! A pesar de las circunstancias actuales, el aumento en el volumen de producción de Bi metálico ha dividido su precio base por 3 y se ha estabilizado en ese nivel, haciendo su uso viable para la industria de la fricción.

Después de una fuerte caída en el consumo de metales «commodities» (como cobre, estaño, aluminio, entre otros), como consecuencia de una pandemia global, se espera que las ratios en el mercado de metales base vuelvan a la normalidad en 2021. Esto irá acompañado de un incremento en los precios a medida que las economías mundiales comienzan a recuperarse.

Esta situación ha conllevado un desequilibrio importante entre la demanda y la capacidad de producción. En 2021, la demanda se verá respaldada por un aumento en gastos e inversiones de gobiernos de todo el mundo, principalmente a través de inversiones en proyectos de infraestructura, lo que impulsará aumentos en los precios de dichos metales base. Esta es una de las principales causas del aumento de precios en muchas materias primas, pero también ha generado dificultades inesperadas para abastecerse de varios productos.

Por lo tanto, trasladar algunos consumos a productos con tendencias más estables y menos dependientes del LME se convirtió en un nuevo impulsor para muchas industrias

Metales base – como el mineral de hierro, el cobre, el aluminio y el níquel – cotizan en el mercado de valores. Más allá de la oferta y la demanda, su cotización en dicho mercado de valores es el tercer factor que más influye en las fluctuaciones de los precios de estas materias primas a corto plazo.

Los precios de metales estratégicos para la industria de la fricción, como el estaño y el antimonio, presentan una pronunciada variabilidad tanto a corto como a largo plazo, a pesar de que su demanda haya ido aumentando sostenidamente a lo largo del siglo XXI. Mientras tanto, a diferencia de otros metales, el precio base del bismuto se ha visto reducido en gran medida durante la última década y es bastante estable. El bismuto no cotiza en bolsa.

El bismuto es un material notablemente ecológico, a pesar de su ubicación en la tabla periódica

La literatura científica coincide en que el bismuto y la mayoría de sus compuestos son menos tóxicos en comparación con otros metales pesados (plomo, antimonio, etc.). Por tanto, se produjo un punto de inflexión cuando varias industrias se dieron cuenta de ello y decidieron comenzar reemplazar masivamente el plomo en una amplia gama de sectores y productos.

A partir de entonces, muchas otras aplicaciones le siguieron. Y ahora, si estrechamos un poco más el foco en la industria de la fricción, nos damos cuenta de que algunos productos de uso extendido, ahora tienen un serio competidor , que no solo es capaz de proporcionar un efecto similar, o incluso una mejora, sino que también está alcanzando su nivel de precio, si no lo ha hecho ya.

Si apuntamos a alguno de los principales retos medioambientales actuales, como son la sustitución del antimonio (Sb2S3) o la reducción de la dependencia del estaño, podemos analizar si su análogo en bismuto (Bi2S3) tiene potencial para sustituirlos. Los resultados fueron positivos en este sentido y es por eso que este producto ya está siendo utilizado por los fabricantes de materiales de fricción más avanzados desde el punto de vista técnico y, por supuesto, ¡en rimsa estamos preparados para ello!

Propiedades químicas
Para empezar, el sulfuro de bismuto (III) es isoestructural con el sulfuro de antimonio (III) y ambos cristalizan en una estructura ortorrómbica. El Bi2S3 tiene también un rango de temperatura de oxidación cercano al Sb2S3 y a los sulfuros de estaño. Además, su mecanismo de reacción con el oxígeno es el más cercano al del trisulfuro de antimonio.
Secciones críticas del AKM
Por lo tanto, a raíz que todos comparten una química muy similar, se comportarán también de manera similar cuando se incluyan en una fórmula de fricción. Como estos sulfuros comparten el mecanismo de interacción con la resina fenólica, si echamos un vistazo a las secciones de alta temperatura de la prueba AKM, veremos que todos ellos tienen una capacidad similar de reducir la amplitud del CoF y reducir la variabilidad del in-stop, lo que tendrá consecuencias inmediatas sobre las propiedades NVH de la fórmula general.
Rugosidad del disco
Se ha observado que un efecto distintivo del Sb2S3 es su capacidad para lograr un acabado muy suave en el rotor en comparación con otros aditivos de uso generalizado. Los sulfuros basados en bismuto, son capaces de de reducir la rugosidad del disco, con valores comparables también al sulfuro de estaño.
Desgaste del disco
Además de cortar a la mitad el precio del sulfuro de estaño, los sulfuros de bismuto son capaces de conseguir valores comparables en el desgaste en la pastilla

En rimsa, disponemos de la composición pura (BI81) y en composite (BI65) a fin de satisfacer los requisitos de su aplicación. BI65 está diseñado para reducir la densidad del producto y, por tanto, su precio. Su composición exclusiva proporciona el mismo comportamiento con una contribución adicional de conductividad térmica.

Gracias a nuestra tecnología de producción, aseguramos una calidad constante y una composición química muy estable, sin impurezas y libre de metales pesados.

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      Casos de estudio/ Fricción
      Productos basados en bismuto: No tan raros como se piensa. ¿Por qué ahora es su momento?
      En su opinión, ¿Cuáles son los metales más usados en fricción actualmente?

      Imagínese que tuviéramos la oportunidad de hacer una encuesta masiva en la que pudiésemos hacer esta misma pregunta a formuladores de materiales de fricción de todo el mundo.

      Seguramente responderían hierro en primer lugar, seguido probablemente por cobre, zinc, estaño, quizás aluminio… ¡Pero bismuto seguro que no! Suena como a un metal bastante exótico, ¿no? Si sigue creyendo que este metal se usa más en laboratorios de investigación que en plantas industriales, será mejor que deje atrás el siglo XX y profundice en las tendencias ambientales de la década de 2020.

      Es cierto sin embargo, que el bismuto tenía pocas aplicaciones comerciales a principios de siglo, y aquellas que lo utilizaban, requerían generalmente pequeñas cantidades en comparación con otras materias primas.

      El punto de inflexión se produjo cuando el conocimiento de los peligros derivados del uso de plomo allanó el camino para su reemplazo por bismuto en una amplia variedad de aplicaciones.

      Varias de las nuevas aplicaciones como el mecanizado de acero, las soldaduras sin plomo y el galvanizado tenían la magnitud y el potencial de crecimiento suficientes como para ejercer una intensa presión sobre la demanda de bismuto, ¡y por supuesto que lo hicieron!

      Si buscamos en la ECHA el Nº CAS del bismuto en su forma metálica, así como de su sulfuro (Bi2S3) y su óxido derivado (Bi2O3) veremos que “No se han clasificado peligros”, por lo que las aplicaciones de este metal siguieron aumentando todavía más. De hecho, este metal se usa actualmente a gran escala en aplicaciones tales como componentes electrónicos finos, antibacterianos, ingeniería de tejidos, biosensores, etc.

      El aumento en el volumen de producción de bismuto metálico provocó una caída en los precios, que redujo el precio del bismuto en un 30%

      Este impacto tan inmediato hizo factible el uso de bismuto en la industria de la fricción. Así pues, volvamos atrás y reflexionemos sobre que, mientras el precio de metales como el estaño y el antimonio sigue aumentando y se vuelve cada vez más inestable, el del bismuto está haciendo exactamente lo contrario. ¡y no hay ningún pronóstico que indique que esta situación pueda cambiar pronto!

      Y ahora vamos poner el foco en la ciencia de materiales

      para darnos cuenta de que algunos productos utilizados comúnmente en fricción, como el trisulfuro de antimonio o los sulfuros de estaño, o por supuesto el polvo de estaño, tienen ahora un serio contendiente, que no solo puede proporcionar un efecto similar, o incluso una mejora, sino que también alcanza su nivel de precio, si no lo ha hecho ya.

      Y es por eso que este metal ya se está utilizando por los fabricantes de material de fricción más avanzados desde una perspectiva técnica, ¡y por supuesto nosotros estamos preparados para ello!

      En rimsa, disponemos de sulfuro de bismuto en composición pura (BI81) y en composite (BI65) a fin de satisfacer los requisitos de su aplicación. Gracias a nuestra tecnología de producción, aseguramos una calidad constante y una composición química muy estable, sin impurezas y libre de metales pesados. ¡Y aún hay más productos a base de bismuto por venir!

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