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Tratamiento ultrasónico de fundidos más allá del aluminio: resultados industriales en aleaciones de zinc, magnesio, cobre y latón

La desgasificación por cavitación ultrasónica ofrece una eficiencia un 20 % superior, una reducción de las inclusiones seis veces mayor y un refinamiento simultáneo del grano en zinc, magnesio, cobre y latón, todo ello con una única plataforma que funciona entre 450 °C y más de 1 150 °C.

8 de agosto de 2026 · 12 minutos de lectura

Tratamiento por cavitación ultrasónica de metales fundidos en el que se observa cómo un sonotrodo cerámico vibra dentro del metal y se forman burbujas de cavitación

En resumen

El tratamiento ultrasónico de la masa fundida para metales no ferrosos ha demostrado ser netamente superior a la desgasificación rotativa convencional en todos los metales no ferrosos, ya que ofrece una eficiencia de desgasificación un 20 % superior, una reducción de seis veces en las inclusiones de óxido y un refinamiento simultáneo del grano. Cada metal presenta retos específicos: el zinc retiene inclusiones de plomo y películas de óxido resistentes a la flotación estándar; la inflamabilidad del magnesio exige un procesamiento más rápido y a menor temperatura; el cobre y el latón absorben oxígeno e hidrógeno durante todo el proceso de fusión; y el bronce sufre segregación de estaño que no puede resolverse únicamente con el desgasificado. El sistema NIMA de Sialon Ceramics, con sonotrodos cerámicos y desarrollado en colaboración con Aktive Arc Ultrasonics —especialistas en ingeniería de sistemas ultrasónicos de alta potencia—, funciona de forma única en todo el espectro de temperaturas —desde el tratamiento del zinc a unos 450 °C hasta el del cobre y el latón a 1 100 °C y más allá— con una única plataforma. No se trata solo de eliminar el hidrógeno más rápidamente, sino de funcionar donde los equipos de desgasificación rotativos fallan, logrando resultados que los rotativos no pueden igualar y sin el coste medioambiental que supone el consumo de gases inertes.

Por qué el tratamiento ultrasónico de la masa fundida de los metales no ferrosos exige un enfoque diferente

La desgasificación del aluminio se ha convertido en el ámbito de aplicación más habitual de la cavitación ultrasónica. Sin embargo, al pasar a las aleaciones de zinc, magnesio, cobre, latón y bronce, queda claro por qué los métodos rotativos convencionales y la inyección de gas inerte nunca fueron la solución adecuada para estos metales. Los rotores de grafito se queman a temperaturas superiores a los 1.000 °C. La inyección de gas inerte introduce contaminación en los metales inflamables. Los sistemas de frecuencia fija no pueden hacer frente a la segregación multifásica de óxidos. Lo que Sialon Ceramics ha desarrollado en colaboración con Aktive Arc Ultrasonics —el sistema NIMA con sonotrodos cerámicos— no es una herramienta para el aluminio adaptada a otros metales. Se trata de una plataforma unificada diseñada para funcionar desde el zinc a 450 °C hasta el cobre y el latón a más de 1 100 °C, con un único tipo de sonotrodo y una única arquitectura de generador. La diferencia no es insignificante: un equipo que resiste entre 250 y 400 ciclos frente a la grafita, que falla tras 2 o 3 ciclos en condiciones de alta temperatura.

Tratamiento ultrasónico para la desgasificación de aleaciones de zinc

La fundición de zinc se cuenta entre los procesos metalúrgicos más complejos. La afinidad de este metal por el plomo —absorbido de los revestimientos de los crisoles, de la carga de chatarra y de la contaminación por latón— da lugar a inclusiones de plomo que flotan con dificultad y se resisten a la ruptura de la película de óxido. Incluso una desgasificación rotativa agresiva deja plomo y sus óxidos atrapados en la masa fundida, que se depositan en la pieza fundida y provocan segregación, fragilización y fallos mecánicos en aplicaciones que requieren estanqueidad a la presión.

Inclusiones de plomo y películas de óxido

Los óxidos de plomo forman una doble capa persistente: una película exterior de magnesia (MgO) se une al óxido de plomo (PbO) y, a continuación, el conjunto desarrolla un recubrimiento hidrofóbico que impide la flotación. Los impulsores rotativos no pueden romper mecánicamente esta película combinada. La inyección convencional de gas inerte carece de la densidad de burbujas y el tiempo de permanencia suficientes para superar la barrera capilar. La masa fundida debe mantenerse a temperatura durante mucho más tiempo del deseable; de lo contrario, el plomo permanece en ella.

La cavitación ultrasónica resuelve este problema gracias a la elevada tasa de generación de burbujas. A 1 × 10¹¹ burbujas de cavitación por metro cúbico, los chorros generados por el colapso de las burbujas producen presiones locales que superan los 1.000 bar —suficientes para romper la película de óxido de doble capa y permitir que las partículas de óxido de plomo se escapen—. La rapidez del ciclo (3 minutos frente a más de 10 en el caso del método rotativo) también reduce el margen para la reabsorción de plomo desde las paredes del crisol.

Resultados industriales en el sector del zinc

Las fundiciones que tratan aleaciones de zinc para fundición a presión con los sistemas ultrasónicos NIMA de Sialon Ceramics informan (según el estudio industrial CastMan de 2025 y la revisión por pares de Springer de 2026):

Tratamiento ultrasónico de aleaciones de magnesio: la inflamabilidad como factor determinante del proceso

El magnesio se encuentra en un intervalo térmico totalmente distinto. Su punto de liquidus se sitúa a 650 °C, su intervalo de aleación abarca entre 700 y 750 °C, y a 1 200 °C el metal se inflama espontáneamente en contacto con el aire. Este estrecho y elevado intervalo de procesamiento descarta de entrada muchas tecnologías de desgasificación.

Los impulsores rotativos, que funcionan a alta cizalladura, generan tanto calor por fricción que el magnesio se funde alrededor del rotor y se inflama. La burbujeo convencional con gas inerte, incluso con argón o nitrógeno de calidad comercial, transporta humedad y oxígeno desde el sistema de gas de cobertura, lo que introduce contaminantes más rápido de lo que el sistema rotativo puede eliminarlos. El resultado: las fundiciones suelen omitir por completo la desgasificación, aceptando la porosidad por hidrógeno y los defectos de segregación que esta conlleva.

Película de óxido y absorción de hidrógeno

Los hidruros de magnesio (MgH₂) son termodinámicamente inestables a la temperatura de fundición: se descomponen en hidrógeno gaseoso, que se disuelve en la masa fundida. Sin embargo, la extrema afinidad del magnesio por el oxígeno hace que el hidrógeno quede retenido dentro de una película de magnesia (MgO) tan protectora que las técnicas de flotación habituales no pueden penetrarla. Al incorporarse a la pieza fundida, el hidrógeno se convierte en porosidad; el óxido se convierte en una inclusión que da lugar a grietas por fatiga.

Resultados industriales en el sector del magnesio

El tratamiento ultrasónico NIMA, que funciona con una potencia del generador más baja y cuenta con sonotrodos cerámicos que se mantienen fríos durante su uso, ofrece:

Tratamiento ultrasónico de aleaciones de cobre y latón: el reto de la absorción de oxígeno e hidrógeno

El cobre y el latón alcanzan el estado fundido a temperaturas mucho más elevadas: 1.050 °C en el caso del cobre puro y hasta más de 1.100 °C en el del latón, dependiendo del contenido en zinc. A estas temperaturas, las tasas de absorción de oxígeno e hidrógeno por parte del metal se aceleran considerablemente.

El cobre puro presenta una elevada solubilidad en oxígeno (hasta un 0,08 % en peso a la temperatura de fundición). Cuando la masa fundida se enfría, ese oxígeno disuelto migra hacia los límites de grano y se precipita en forma de Cu₂O (óxido cuproso), formando una red de inclusiones frágiles con fracturas rojizas que destruyen la ductilidad y la conductividad eléctrica. La absorción de hidrógeno sigue el mismo patrón: el hidrógeno disuelto se libera en forma de burbujas durante la solidificación, creando porosidad y cavidades de contracción.

Problemas de inclusión y segregación multifásica

El latón complica aún más la situación: el zinc se oxida de forma preferente (formando ZnO), que flota con dificultad porque los óxidos de zinc desarrollan películas hidrofóbicas. Los óxidos de cobre, más densos, se depositan en el fondo del crisol y se vuelven a disolver en la masa fundida, a menos que se eliminen de forma activa. Esto da lugar a una capa de escoria multifásica que los sistemas de desgasificación convencionales —diseñados para sistemas de un solo metal— no pueden separar de forma limpia.

El bronce (cobre-estaño) favorece la segregación del estaño: los óxidos de estaño forman una fase diferenciada con características de flotación distintas a las de los óxidos de cobre, y son resistentes a la fragmentación mecánica provocada por los impulsores rotativos.

Por qué la desgasificación rotativa no da la talla a altas temperaturas

Los sistemas rotativos convencionales sufren un deterioro catastrófico cuando se utilizan con cobre y latón:

Resultados industriales en el sector del cobre y el latón

Los sonotrodos cerámicos de NIMA, fabricados con cerámica de sialón con un módulo de Young >300 GPa y una resistencia a la oxidación de hasta 1.600 °C, funcionan de forma fiable en este régimen:

Tratamiento ultrasónico del bronce: segregación del estaño y eliminación de inclusiones multifásicas

Las aleaciones de bronce (cobre-estaño) se enfrentan a un problema por capas: el estaño se oxida preferentemente (SnO₂) antes que el cobre (formando Cu₂O), lo que crea una capa de óxido de dos fases. Durante la fundición, los óxidos de estaño flotan hacia arriba, pero a menudo se vuelven a fundir en la masa, mientras que los óxidos de cobre se depositan. Esto provoca una grave segregación: las inclusiones ricas en estaño se agrupan cerca del fondo del molde, lo que agota el estaño de las secciones exteriores de la pieza fundida.

La desgasificación rotativa, fijada a una única frecuencia de mezcla, no puede tratar simultáneamente ambos tipos de óxido: descompone selectivamente la fase más oxidada, mientras que deja la otra intacta.

Flujo acústico y cavitación multifrecuencia

El sonotrodo multifrecuencia de NIMA (25 kHz de frecuencia primaria con armónicos secundarios) genera patrones de flujo acústico que actúan preferentemente sobre las películas de óxido de estaño, al tiempo que fragmentan los aglomerados de óxido de cobre. El mecanismo combinado —el colapso directo de las burbujas de cavitación más los flujos secundarios impulsados por el flujo acústico— proporciona una separación de fases más completa que la que pueden lograr los sistemas de frecuencia única.

Los resultados industriales muestran lo siguiente:

Física de la cavitación: cómo funciona el tratamiento ultrasónico en todos los metales

El mecanismo fundamental es el colapso de las burbujas de cavitación. Cuando un sonotrodo cerámico vibra a 25 kHz, genera una onda de tensión que supera la resistencia a la tracción del metal fundido en el punto de nucleación de las burbujas. Las burbujas se forman, colapsan y provocan fenómenos secundarios que tratan simultáneamente múltiples tipos de inclusiones.

Mecanismos de cavitación: el colapso de las burbujas rompe las películas de óxido, las corrientes acústicas transportan los contaminantes hacia la superficie de la masa fundida y la fuerza de Bjerknes clasifica las burbujas según su tamaño.

Tres mecanismos complementarios

1. Chorros resultantes del colapso directo de burbujas
Cuando una burbuja colapsa de forma asimétrica (cerca de una superficie o de otra burbuja), se forma un microchorro: un chorro dirigido de líquido que alcanza velocidades superiores a 100 m/s y presiones locales superiores a 1.000 bar. Estos chorros rompen las películas protectoras de óxido que rodean las inclusiones, exponiéndolas a la flotación.

2. Corrientes acústicas
El campo de presión acústica en régimen estacionario genera corrientes circulares en el baño de fusión que transportan continuamente películas de óxido e inclusiones hacia la superficie del baño. La velocidad de estas corrientes varía proporcionalmente al cuadrado de la amplitud acústica, por lo que los sistemas de mayor potencia generan un transporte más rápido y vigoroso de los contaminantes hacia el exterior.

3. Fuerza de Bjerknes y coalescencia de burbujas
Las burbujas de cavitación experimentan una fuerza secundaria de Bjerknes proporcional al tamaño de la burbuja y a la presión acústica. Las burbujas más pequeñas migran hacia las regiones de alta presión; las burbujas más grandes, hacia las zonas de baja presión. Esta selección espacial mejora la eficiencia de la flotación: las burbujas más grandes (de menor densidad) alcanzan la superficie más rápidamente, arrastrando consigo los óxidos atrapados.

Estos tres mecanismos funcionan en paralelo, por lo que el tratamiento ultrasónico elimina simultáneamente todos los tipos de inclusiones —óxido de plomo, gas hidrógeno, óxidos a base de oxígeno y segregación de estaño— en una sola pasada de tres minutos. La desgasificación rotativa solo se basa en la mezcla mecánica; no tiene ningún equivalente al flujo acústico ni a la flotación impulsada por la fuerza de Bjerknes.

Por qué el sistema NIMA de Sialon Ceramics funciona en todo el rango de temperaturas

El factor diferenciador clave es el material del sonotrodo. Los rotores de grafito funcionan en la fundición a presión de aluminio (700-750 °C), pero fallan de forma catastrófica en el zinc ( los ciclos térmicos a 450 °C provocan fragilidad) y en el cobre (temperaturas superiores a 1.000 °C causan degradación oxidativa). Las aleaciones de titanio y niobio resisten las temperaturas extremas, pero presentan una mala amortiguación acústica: absorben demasiada energía vibratoria en forma de calor, lo que limita la eficiencia ultrasónica.

Las cerámicas de sialón —oxinitruro de silicio y aluminio (Si₃Al₃O₃N₅)— ocupan una posición única:

Ventana de funcionamiento

Los sonotrodos cerámicos de NIMA permiten:

Rangos de temperatura de funcionamiento para el tratamiento ultrasónico de cuatro metales no ferrosos: zinc a 450 °C, magnesio a 700-750 °C, latón a 1.100-1.150 °C y cobre a 1.050-1.150 °C. Por encima de los 1.000 °C, solo NIMA funciona de forma fiable, mientras que los sistemas con rotor giratorio de grafito fallan.

Validación industrial y resultados

Las ventajas del tratamiento ultrasónico de la masa fundida no son meras teorías. Diversos estudios publicados y revisados por pares (Springer International Journal of Metalcasting, 2026; Universidad de Brunel; informes industriales de CastMan, 2025) documentan estos resultados en múltiples sistemas metálicos:

MétricoDesgasificación por ultrasonidosDesgasificación rotativaMejora
Duración del tratamiento3 minMás de 10 min3,3 veces más rápido
Eficiencia de desgasificaciónUn 20 % por encima del rotativoValor de referencia+20%
Reducción de las inclusiones de óxido6 veces más que sin tratamiento3 veces más que el grupo sin tratamiento2 veces más eficaz
Aumento del límite elástico+210 MPa+180 MPa+30 MPa (+1,7 %)
Resistencia máxima a la tracción+303 MPa+288 MPa+15 MPa (+0,5 %)
Mejora de la elongación+6%+3%Aumento de la ductilidad de 2×
Generación Dross245 g por ciclo1.300 g por cicloun 81 % menos
Consumo de gas inerte0ImprescindibleReducción del 100 %
Vida útil del sonotrodo250-400 ciclos2-3 ciclos (grafito)Entre 100 y 200 veces más duradera (cerámica)

Una única plataforma para el tratamiento de fundidos de metales no ferrosos

El tratamiento ultrasónico de materiales fundidos para metales no ferrosos no requiere un conjunto de herramientas especializadas. Sialon Ceramics ha diseñado NIMA como un sistema ultrasónico único con sonotrodos cerámicos intercambiables, capaz de utilizarse para:

Prueba el sistema NIMA de Sialon Ceramics

Si su fundición se enfrenta a problemas de porosidad por hidrógeno, inclusiones de plomo o segregación de óxidos en aleaciones de zinc, magnesio, cobre o latón —y, sobre todo, si utiliza sistemas de desgasificación rotativos que apenas aguantan la temperatura de fundición—, el sistema NIMA supone una mejora radical: es más rápido, más limpio, más duradero y capaz de funcionar allí donde los equipos de desgasificación convencionales simplemente se queman.

La plataforma de tratamiento ultrasónico de fundidos de Sialon Ceramics sustituye por completo a los equipos de desgasificación rotativos, ofrece una eficiencia de desgasificación un 20 % superior con un refinamiento simultáneo del grano y funciona de forma fiable a temperaturas que van desde los 450 °C (zinc) hasta más de 1 100 °C (cobre/latón). Descubra cómo otras fundiciones de metales no ferrosos han reducido el tiempo de ciclo en dos tercios, han disminuido las inclusiones de óxido seis veces y han eliminado el consumo de gas inerte.


Preguntas frecuentes

¿Puede la desgasificación por ultrasonidos sustituir a nuestro sistema rotativo actual en aplicaciones a alta temperatura?

Sí, especialmente por encima de los 950 °C, temperatura a partir de la cual los rotores de grafito comienzan a oxidarse. Los sonotrodos de cerámica de sialón funcionan de forma fiable hasta más de 1.150 °C sin sufrir degradación alguna, lo que convierte a la tecnología ultrasónica en la única opción de desgasificación para la fundición de cobre y latón a temperatura máxima. En el caso de los metales que se funden a temperaturas más bajas (zinc, magnesio), la tecnología ultrasónica ofrece tiempos de tratamiento 3,3 veces más rápidos y una eliminación superior de inclusiones, lo que supone una mejora cuantificable incluso si el proceso rotativo no presenta fallos.

¿Cuánto gas inerte se ahorra realmente con el tratamiento ultrasónico?

La desgasificación por ultrasonidos no requiere ningún gas inerte (argón o nitrógeno). Una fundición típica que utilice sistemas rotativos consume entre 50 y 200 m³ de argón al día, dependiendo del volumen de fundición. El cambio a NIMA elimina por completo este coste —lo que suele suponer un ahorro en material de entre 8.000 y 15.000 dólares al mes—, además de que ya no es necesaria ninguna infraestructura de manipulación ni almacenamiento para las bombonas a presión.

¿Es eficaz el tratamiento por ultrasonidos para el bronce u otras aleaciones que contienen estaño?

Sí, y el bronce es uno de los casos de aplicación más exigentes. La segregación del estaño en el bronce —en la que los óxidos de estaño se agrupan separándose de los óxidos de cobre— resulta extremadamente difícil de tratar con los sistemas rotativos de frecuencia única. La cavitación multifrecuencia de NIMA actúa de forma selectiva sobre ambos tipos de óxidos, logrando una reducción de la segregación del estaño de entre el 70 % y el 78 %, frente a la incapacidad de los sistemas rotativos para evitarla por completo.

¿Cuál es la vida útil de un sonotrodo de cerámica?

Los sonotrodos de cerámica de sialón suelen durar entre 250 y 400 ciclos de fundición antes de tener que ser sustituidos, lo que equivale aproximadamente a entre 2 y 4 meses de funcionamiento continuo en una fundición con gran volumen de trabajo. Esto supone una vida útil entre 100 y 200 veces mayor que la de los rotores de grafito en condiciones de alta temperatura, lo que hace que los sonotrodos de cerámica resulten rentables a pesar de su mayor coste unitario debido a la frecuencia de sustitución.

¿Cómo puedo saber si la desgasificación por ultrasonidos está funcionando?

Los sistemas NIMA incluyen monitorización en tiempo real: retroalimentación de la potencia acústica, visualización de la temperatura de fusión y registro del recuento de ciclos. Para el control de calidad, las pruebas a presión reducida (estándar en la fundición aeroespacial y de automoción) miden directamente la reducción de hidrógeno —por lo general, una mejora del 18-24 % con respecto al tratamiento rotativo en el mismo tiempo de tratamiento—. Los ensayos mecánicos (resistencia a la tracción, alargamiento) y la inspección metalográfica (densidad de inclusiones, estructura granular) confirman las ventajas a lo largo de 2-3 ciclos de fundición.

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