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Universidad Nacional Autónoma de México 
Posgrado en Ciencias e Ingeniería de Materiales 
Instituto de Física 
 
 
Estudio de los cambios estructurales producidos por 
aleado mecánico en materiales base Mg 
impurificados con Al2O3 e Y2O3 
 
Dr. Jesús Ángel Arenas Alatorre 
Instituto de Física, UNAM 
 
 
 
Dr. José Gonzalo González Reyes 
Instituto de Investigaciones en Materiales, UNAM 
 
 
 
COMITÉ TUTOR: 
 
 
 
TUTOR PRINCIPAL: 
 
Dr. José Reyes Gasga 
Instituto de Física, UNAM 
 
 
 
PRESENTA: 
CLEMENTE FERNANDO MARQUEZ 
 
 
 
TESIS 
PARA OPTAR POR EL GRADO: 
MAESTRÍA EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES 
 
 
Ciudad de México, 2017 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
A mi director de Tesis: 
Dr. José Reyes Gasga, por haber confiado en mí desde que realice mi servicio social, 
posteriormente en el curso propedéutico, y finalmente en el trayecto de mi maestría, sobre 
todo por la orientación, apoyo y correcciones de este trabajo y por inducirme en el mundo 
de la microscopía electrónica y transmitirme su conocimiento. 
 
Y al Dr. Erick A. Juárez Arellano, por qué me impulso hacia el mundo de la ciencia de los 
materiales. 
 
Muchas gracias… 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mis dos grandes Institutos: 
Al Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM por los cursos y materias cursado 
en mis dos años de maestría, por los apoyos a los congresos y a cada uno de los doctores 
que se esforzaron en este largo recorrido, con la única finalidad de dejar sus conocimientos 
en nosotros, tuve la gran fortuna de hacer muy buenas amistades con algunos de ellos, Dr. 
Carlos Ignacio Mendoza Ruiz, Dr. Enrique Geffroy Aguilar y a la Dra. Angélica Estrella Ramos 
Peña. Y finalmente al coordinador, Dr. Heriberto Pfeiffer Perea, por mantener al posgrado 
en un excelente nivel y esto se refleja en nosotros. 
Al Instituto de Física de la UNAM por las caracterizaciones de las nuestras en microscopia 
electrónica de barrido y transmisión: JEOL TEM 4000 EX-TEM JEM2010 FEG, SEM 5600LV del 
laboratorio central de microscopia del IFUNAM. Al Dr. Jesús Arenas Alatorre por el 
préstamos de los equipos; al Ing. Diego Quiterio y Pedro Mexia por compartir su 
conocimiento en la preparación de las muestras, al M.C. Manuel Aguilar Franco, por su gran 
apoyo en el refinamiento Rietveld (asesoría) y finalmente al I.Q. Samuel Tehuacanero Nuñez 
y a Samuel Tehuacanero Cuapa, por su importante contribución experimental en este 
trabajo. A María Cristina Zorrilla Cangas, por su apoyo y enseñanza en la medición de 
tamaño de partículas. 
Al Laboratorio de Refinamiento de Estructuras Cristalinas (LAREC), Al Dr. Xim Bokhimi, por 
la accesibilidad para analizar las muestras y obtener los patrones de difracción de Rayos X 
mediante con un difractómetro de Rayos X marca Bruker Axs, modelo D8 Advance, con la 
ayuda y asesoramiento del técnico Antonio Morales Hernández. 
Al la biblioteca Juan B. de Oyarzábal, IFUNAM, en especial a las secretarias, que tienen toda 
la amabilidad del mundo, en buscar “esos benditos artículos”. 
 
 
 
 
 
A los investigadores que conforman mi jurado. 
Gracias por su valiosa supervisión y contribución a este trabajo de investigación: 
 
 
 
Dr. Raúl Herrera Becerra - IFUNAM (Presidente) 
 
Dr. José Reyes Gasga - IFUNAM (1er Vocal y director de tesis) 
 
Dra. Mirna Estrada Yañez - IIM (2do Vocal) 
 
Dr. Luis Felipe Jimenez García – FC (3er Vocal) 
 
Dr. José Ocotlán Flores – CCADET (Secretario) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Al apoyo financiero del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca 
otorgada del 2015-2016. 
Proyecto DGAPA-UNAM PAPIIT No. IN 109516. 
 
 
Dedicatoria 
 
A mi familia 
 
A mis padres, a quienes con este logro quiero devolver un poco de lo que me han dado desde antes que naciera, en 
especial a mi madre, por su incansable apoyo y amor. 
 
A mis hermanos: Avelino, Yolanda, Elena, Luciano, José, Rosa, Juan 
Ofelia, mi amuleto de la suerte. 
Eva ✞, por siempre en mi mente. 
que siempre me han acompañado en este largo camino y sobre todo por entenderme, por mi ausencia en las fiestas 
y convivios familiar. 
 
A mi sobrino✞ “bebito” y a mi primo Lucas✞, por sus adelantos y dejarnos un gran mensaje, que “la vida sigue y se 
debe de vivir al máximo”. 
 
Al Dr. Moisés Cruz Gayosso (México) 
 
Te escribo estas líneas porque a veces no sé cómo agradecerte con palabras o con gestos todo el apoyo y la 
comprensión que he recibido. Pero debo asegurarme que recibes no sólo mi agradecimiento, sino también mi alegría 
y el orgullo que siento de formar parte de la vida de una persona tan especial. 
Los últimos tiempos han sido muy difíciles y ambos sabemos que no hubiera conseguido salir de la situación si tú no 
hubieras estado a mi lado, tendiéndome la mano para no hundirme, tirando fuerte para levantarme y sujetándome 
por la cintura para no doblarme. 
Los mejores momentos contigo: compartir muchos viajes juntos, ir al cine, ir al teatro y el gusto por cargar en mi 
mochila, un buen libro. 
Muchas gracias… 
 
To Tony Brown (Chicago, Illinois, E.U.) 
 
I know I'm fortunate to have your support. 
 
 
To Donald Taylor (Chicago, Illinois, E.U.) 
 
Only you know how much I value and appreciate the adventures that we have run together. 
 
Thank you very mucho… 
 
http://www.diariofemenino.com/articulos/amor/pareja/mi-novio-tiene-celos-de-mi-mejor-amigo/
 
A mis compañeros 
 
Roberto Hinojosa Nava, por acompañarme durante este arduo camino y compartir conmigo alegrías y buenos 
momentos de charlas, desde el propedéutico. 
 
 y a Luis Antonio Garcia Contrera, por aguantar mis “malos chistes” y por compartir grandes momentos en 
diferentes salones de clases. 
 
Abimael Mexia y a la Dra. Nancy, por los momentos vivido en el laboratorio. 
 
Muchas gracias… un placer compartir grandes momentos con ustedes. 
 
A Dios 
Por haberme dado la sabiduría, el entendimiento y la fortaleza para poder llegar al final de mi carrera, por no haber 
dejado que me rindiera en ningún momento e iluminarme para salir adelante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resumen 
 
En este trabajo se estudia el efecto de la molienda mecánica en un material 
base Mg y al cual se trató de introducirle Al e Y al ser impurificado con Al2O3 
e Y2O3. Al realizar el análisis por rayos X del material en base Mg se obtuvo 
que este material lo constituye el sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, sistema I. Al incluir Al2O3, se obtiene el sistema II 
analizado, compuesto por Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + 
Al2O3. El tercer sistema III se obtiene al incluir Y2O3, por lo que se compone 
de Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. Los tres sistemas 
fueron sometidos a las mismas condiciones de molienda mecánica de alta 
energía en diferentes intervalos de tiempos, desde los 5 hasta los 640 min. 
Los materiales obtenidos fueron caracterizados utilizando técnicas de 
Difracción de rayos X, refinamiento con Rietveld, Microscopia Electrónica 
(Barrido y Transmisión) y el análisis de tamaño de partícula. Como 
resultado de las técnicas de caracterización,se observó que, al introducir el 
sistema de la materia prima al proceso de molienda mecánica, solamente 
se genera la fase periclasa, aunque se modifica el tamaño de grano. Esto 
sucede también cuando se incluye Alúmina al sistema de la materia base. 
Sin embargo, cuando se le incluye Y2O3, la Ytria no se mezcla con el 
sistema, y el tamaño de grano presenta muy ligera disminución. A pesar de 
la adición de Al2O3 e Y2O3 no se registra ninguna fase de los sistemas Mg-
Al o Mg-Y ni la contaminación del material base. 
 
 
Palabras clave: Molienda mecánica, Microscopía Electrónica, Difracción de Rayos 
X. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE 
 Pág. 
 Resumen 
 Introducción 1 
 Objetivo 3 
 Metas 3 
 Justificación 3 
 Hipótesis 3 
 
1 Molienda Mecánica 
 
 1.1 Proceso mecanoquímico 4 
 1.1.1 Síntesis mecanoquímica. 4 
 1.1.2 Aleación Mecánica. 4 
 1.1.3 Aglomeración. 5 
 1.1.3.1 Mecanismos generales de la aglomeración. 6 
1.2 Molienda mecánica 8 
 1.2.1 Proceso de aleación mecánica mediante molienda 
mecánica. 
 8 
 1.2.2 Evolución y etapas principales de la aleación mediante la 
molienda. 
 9 
 1.2.3 Variables de proceso en la molienda mecánica. 12 
 1.3 Materiales obtenidos por molienda mecánica 13 
 1.4 Molienda mecánica del magnesio 14 
 1.5 Influencia del Al2O3 e Y2O3 15 
 
2 Procedimiento experimental 16 
 
2.1. Materiales y métodos. 16 
2.2. Caracterización estructural y morfológica 17 
 2.2.1 Difracción de Rayos X (XDR) y refinamiento Rietveld. 17 
 2.2.2. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). 17 
 2.2.3 Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM). 18 
 
3 Resultados 21 
 
 
3.1. Sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 22 
 3.1.1. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). 23 
 3.1.2. Difracción de Rayos X (XDR) y refinamiento Rietveld. 25 
 3.1.3. Distribución de tamaño de partícula. 27 
 3.1.4. Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM). 29 
3.2. Sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 32 
 3.2.1. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). 32 
 3.2.2. Difracción de Rayos X (XDR) y refinamiento Rietveld. 34 
 3.2.3. Distribución de tamaño de partícula. 36 
 3.2.4. Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM). 36 
3.3 Sistema III: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 40 
 3.3.1. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). 40 
 3.3.2. Difracción de Rayos X (XDR) y refinamiento Rietveld. 42 
 3.3.3. Distribución de tamaño de partícula. 44 
 3.3.4. Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM). 47 
 
3 Discusión 50 
 
4 Conclusiones 55 
 
5 Perspectivas 56 
 
6 Presentaciones en congresos (2015-2016) 57 
 
7 Referencias 61 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABLAS 
 Pág. 
Tabla 1 Utilidad del óxido del magnesio en la vida cotidiana. 1 
Tabla 2 Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las muestras: 
5, 320 y 640 min de molienda mecánica del sistema I: Mg0 + 
Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
28 
Tabla 3 Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las muestras: 
5, 320 y 640 min de molienda mecánica del sistema II: Mg0 + 
Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3. 
37 
Tabla 4 Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las muestras: 
5, 320 y 640 min de molienda mecánica del sistema III: Mg0 + 
Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. 
45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURAS 
 Pág. 
Figura 1 Esquema de los posibles mecanismos enlazantes que actúan 
sobre dos partículas. 
 6 
Figura 2 Etapas de aleación mecánica en un material dúctil-dúctil. 9 
Figura 3 Etapas de aleación mecánica en un material dúctil- frágil. 12 
Figura 4 Estructura del magnesio. 14 
Figura 5 Empaquetamiento compacto de esferas. 15 
Figura 6 Molino planetario de bolas, modelo “planetary micro mil 
pulverisette 7” de marca Fritsch. 
16 
Figura 7 Preparación de la muestra para SEM: (a) portamuestras (barril) de 
cobre; (b) sección de cinta carbón sobre la cual fue colocado el 
pedazo de muestra. 
 18 
Figura 8 Tamizado de muestras obtenidas por molienda mecánica. 18 
Figura 9 Preparación de la rejilla para TEM. 19 
Figura 10 Colocación de la muestra en la rejilla para ser analizada por TEM. 20 
Figura 11 Difractograma del reactivo utilizado en este estudio. 22 
Figura 12 Imágenes de SEM de la mezcla de partida obtenida con electrones 
secundarios. 
23 
Figura 13 Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O con 5 (a-b), 320 (c-d) y 
640 (e-f) min de molienda mecánica. 
24 
Figura 14 Análisis Rietveld en los difractogramas de las muestras: 5, 320 y 
640 min de molienda mecánica. 
26 
Figura 15 Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda 
mecánica del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
29 
Figura 16 Imagen de TEM, indexación del patrón de difracción electrónica (a, 
e y f), en campo claro (b, f y j) campo obscuro (c, g y k), alta 
resolución (d, h y l) del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O con 5, 320 y 640 min de molienda 
mecánica. 
31 
Figura 17 Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema 33 
 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 con 5 (a-b), 320 
(c-d) y 640 (e-f) min de molienda mecánica. 
Figura 18 Análisis Rietveld en los difractogramas de las muestras del 
segundo sistema a 5, 320 y 640 min de molienda mecánica. 
35 
Figura 19 Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda 
mecánica del sistema del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3. 
38 
Figura 20 Imagen de TEM, indexación del patrón de difracción electrónica (a, 
e y f), en campo claro (b, f y j) campo obscuro (c, g y k), alta 
resolución (d, h y l) del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 con 5, 320 y 640 min de la 
molienda mecánica. 
39 
 
Figura 21 Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 con 5 (a-b), 320 
(c-d) y 640 (e-f) min de molienda mecánica. 
41 
Figura 22 Difractogramas de rayos X de los productos de molienda del 
sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. 
43 
Figura 23 Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda 
mecánica del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + 
Y2O3. 
46 
 
Figura 24 Mezcla de Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 
mediante la molienda mecánica con un tiempo de 640 min, zona 
negra: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O y zona blanca: 
Y2O3. 
46 
Figura 25 Imagen de TEM, indexación del patrón de difracción electrónica (a, 
e y f), en campo claro (b, f y j) campo obscuro (c, g y k), alta 
resolución (d, h y l) de la muestra Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 con 5, 320 y 640 min de la 
molienda mecánica. 
48 
Figura 26 Proceso de aglomeración de las partículas mediante la molienda 
mecánica en los tres sistemas: dúctil-dúctil, dúctil-frágil y frágil-
frágil. 
50 
Figura 27 Proceso de aglomeración de las partículas mediante la molienda 
mecánica en los tres sistemas: I, II y III de los resultados obtenidos 
en este trabajo. 
51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
Introducción 
El magnesio es un metal liviano y de un color blanco plateado. El magnesio no se 
encuentra en la naturaleza en estado libre, sino como parte de numerosos 
compuestos, en su mayoría óxidos y sales; es insoluble. En contacto con el aire se 
vuelve menos lustroso, aunque a diferencia de otros metales alcalinos no necesita 
ser almacenado en ambientes libres de oxígeno, ya que está protegido por una 
fina capa de óxido, la cual es bastante impermeable y difícil de quitar. Existen 
diversos reportes en la literatura de la utilidad del óxido magnesio (Tabla 1), 
principalmente como óxido [1-3]: 
 
Tabla 1. Uso del magnesio y del óxido del magnesio. 
Antiácido Es una sustancia básica, i.e. neutraliza la acidez. 
Agente de secado En polvo, es higroscópico por naturaleza, i.e. atrae lasmoléculas de agua del ambiente que lo rodea. 
Aislante Como óxido de magnesio es un excelente aislante. Se usa 
como el componente mineral aislante de los cables de cobre. 
Suplemento dietario Se usa como suplemento dietario para los humanos y los 
animales. 
Industrias Gracias a sus fusiones con zinc y el aluminio, estas aleaciones 
proveen resistencia, dureza, densidad y óptimo rendimiento 
ante la corrosión. 
Otros usos También es usado en óptica debido a su índice de refracción 
de la luz. Por sus propiedades básicas también se utiliza en el 
tratamiento del cuero, y por sus propiedades higroscópicas, en 
los envoltorios de la basura nuclear. 
 
El uso del magnesio en la industria metalmecánica se debe, a su baja densidad de 
masa, la cual es de 1.74 g/𝑐𝑚3, aproximadamente 1/5, 2/5, y 2/3 el peso de hierro, 
titanio y aluminio, respectivamente [4]. Además, es uno de los elementos más 
abundantes en la corteza terrestre por lo que su costo es bajo, y se utiliza para 
desarrollar estructuras más livianas y resistentes, que el aluminio y el platino [5]. 
Este metal puede alearse con otros metales como el níquel, plomo, aluminio, zinc, 
 
2 
 
manganeso, estaño, circonio y cerio [6-7]. Es un metal relativamente blando en su 
estado elemental, y cuenta con una película protectora contra la corrosión que lo 
hace más resistente. Sin embargo, es fácilmente corroído por los cloruros y 
sulfatos, por lo que a menudo es sometido al proceso de anodización, el cual 
incrementa el espesor de su capa natural de óxido para un mejor desempeño. 
La adición al magnesio de pequeñas cantidades de óxidos de metales de 
transición, tales como Cr2O3, Nb2O5, V2O5, Fe3O4 , Y3O2 y además del Al2O3 
mejorando sus propiedades de, por ejemplo, almacenamiento de hidrógeno. 
Debido a la importancia de la combinación de Mg con Al y de Mg con Y es que en 
este trabajo de tesis se ha propuesto el analizar su posible combinación usando 
molienda mecánica. Por lo tanto, el objetivo que se persigue es el siguiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
Objetivo 
 Identificar las fases y cambios estructurales que se producen en el 
magnesio o al molerlo con alúmina e ytria por efecto de la molienda 
mecánica y explorar la formación de fases con Al2O3 e Y2O3 
respectivamente en el molino mecánico. 
 
Metas 
 Evaluar el efecto de la molienda mecánica en el magnesio. 
 Evaluar el efecto de la molienda mecánica en el magnesio al adicionar 
Al2O3. 
 Evaluar el efecto de la molienda mecánica en el Magnesio al adicionar 
Y2O3. 
 En todos los casos, caracterizar microestructural y morfológicamente los 
productos de la molienda por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y 
Espectroscopía por Dispersion de Rayos X característicos (EDS), Difracción 
de Rayos X (XRD) y refinamiento Rietveld, Microscopio Electrónico de 
Transmisión (TEM) y tamaño de partículas. 
 
Justificación 
La preparación de aleaciones utilizando molienda mecánica permite la obtención 
de polvos con composiciones y estructuras cristalinas difíciles de conseguir por 
otras técnicas, favoreciendo las características morfológicas y microestructurales 
del Mg. Por lo tanto, se cree que debido a la fragmentación y molienda continúa se 
favorezca la reducción del tamaño de partícula y la obtención de fases Mg-Al y 
Mg-Y. Finalmente, todo podría incluir defectos estructurales. 
 
Hipótesis 
La molienda mecánica permite disminuir el tamaño de grano del Mg y va 
acompañado de transformaciones de fase de los sistemas Mg-O, Mg-Al y Mg-Y. 
 
4 
 
Capítulo 1 
Molienda Mecánica 
 
1.1. Procesos mecanoquímicos 
1.1.1. Síntesis mecanoquímica (SM) 
Los científicos, en los últimos años, se han dedicado a mejorar ciertas 
propiedades de los materiales por exigencia de la industria tecnológica. Las 
demandas incluyen una mayor dureza, mejor resistencia a altas temperatura y 
densidades más bajas, que los materiales tradicionales. 
Uno de los métodos de síntesis empleados recientemente para la producción de 
polvos es la síntesis mecanoquímica, en el que las reacciones químicas y 
transformaciones de fase tienen lugar durante la molienda debido a la aplicación 
de energía mecánica [8-10]. Una característica importante de este proceso, es que 
la deformación plástica y los procesos químicos, se producen casi 
simultáneamente. 
En las reacciones mecanoquímicas suelen ocurrir síntesis de nuevos materiales, 
por procesos de óxido/reducción, reacciones de intercambio, descomposición de 
compuestos, transformaciones de fase en sólidos orgánicos e inorgánicos, 
además de la posibilidad de obtener nanopartículas de estos materiales cuyo 
tamaño es controlado por las condiciones experimentales utilizadas. 
Los materiales producidos de esta manera tienen aplicaciones en áreas tales 
como materiales de almacenamiento de hidrógeno, amortiguadores de gas, 
fertilizantes y catalizadores [11]. 
Con base al análisis de la síntesis mecanoquímica se puede diferenciar entre 
Aleación Mecánica (AM) y la Molienda Mecánica (MM) dependiendo de si sus 
componentes iniciales son elementos puros o compuestos [12]. 
 
1.1.2. Aleación Mecánica (AM) 
Con la aleación mecánica se ha obtenidos materiales avanzados con excelentes 
propiedades de dureza, resistencia, elasticidad y conductividad magnética. Esto es 
 
5 
 
debido al refinamiento microestructural a que son llevados los polvos de 
elementos metálicos, no metálicos o compuestos en el proceso de molienda. El 
proceso de AM fue desarrollado en los años 60’s buscando producir una 
dispersión de óxidos en superaleaciones base hierro y níquel con el fin de 
aumentar su resistencia mecánica a altas temperaturas (superiores a los 1000 °C). 
Se han obtenido aleaciones base aluminio, titanio, silicio, molibdeno y níquel, entre 
otros; incluyendo los intermetálicos del sistema Ni-Al, así como en sistemas 
binarios Al-Zr, Fe-Al y sistemas ternarios Al-Ti-Co [13]. Desde entonces, la 
aleación mecánica ha diversificado su campo de aplicación y están siendo ya 
comercializados en numerosos materiales. 
Cabe destacar que este proceso requiere de equipos como la molienda mecánica 
(definido como un proceso de molienda en seco) que se pueden obtener a un 
menor costo que para los de una fundición. Como no es necesaria la utilización de 
altas temperaturas, es un proceso más seguro y menos contaminante; aunque 
está limitado a producir bajos volúmenes. Sin embargo, debido a la alta reactividad 
de los polvos metálicos, es necesario mantener un estricto control de la atmósfera 
de trabajo y del manejo de los polvos. Los materiales que se producen por AM son 
materiales con estructura nanocristalina [13] y amorfa. 
 
1.1.3. Aglomeración 
Uno de los problemas que se observan en la obtención de polvo por la molienda 
mecánica es la aglomeración no deseada entre las partículas. Esto se produce 
cuando las partículas presentan tamaños de una escala micrométrica (µm) o 
nanométrica (nm) para producir formas similares de mayor tamaño. A partir de 
esto Rumpf define a la aglomeración como: la operación que se lleva a cabo 
cuando partículas pequeñas de materiales sólidos se unen para producir formas 
similares de mayor tamaño [14]. De acuerdo con Pietsch, la aglomeración consiste 
en la unión de partículas de tamaño pequeño debido a fuerzas de atracción que 
actúan a distancias cortas. [15]. Sommer reporta que el aumento de tamaño 
incluye todos los procesos en los cuales pequeñas partículas dispersas en gases 
o líquidos se agregan para formar un producto de mayor tamaño [16]. Teniendo en 
 
6 
 
cuenta estas propuestas y los aspectos comunes de las mismas, se llega a una 
definición más apropiada como: agrupación espontánea o provocada de partículas 
sólidas pequeñas que, debido a fuerzas de adhesión internas o fuerzas externas, 
forman un agregado de mayor tamaño con cambio de algunas propiedadesfísicas. 
Tanto el transporte como el almacenamiento de materiales y el análisis 
cuantitativo del tamaño de partícula, juegan un papel importante en las diferentes 
etapas de estos procesos y en el conocimiento del comportamiento de un sistema 
particulado. 
La tendencia a la aglomeración es alta si la masa de material tiene una amplia 
distribución del tamaño de partícula; en este caso los huecos o zonas vacías se 
rellenan con las partículas más pequeñas. En tales situaciones pueden 
desarrollarse puentes sólidos que le dan al aglomerado una mejor resistencia. 
 
1.1.3.1. Mecanismos generales de la aglomeración 
Muchas partículas sólidas, especialmente las de tamaño muy pequeño (micras y 
nanométricas), tienden a aglomerarse naturalmente debido a fuerzas moleculares 
e intermoleculares. Los mecanismos enlazantes para el aumento de tamaño por 
aglomeración es presentada mediante un esquema de Schubert donde se 
presentan los posibles mecanismos enlazantes que actúan sobre dos partículas 
[17]. 
 
 
Figura 1. Esquema de los posibles mecanismos enlazantes que actúan sobre dos partículas. 
 
7 
 
En el caso (a) de la figura 1, el puente sólido y las partículas están compuestas del 
mismo material. Este tipo de aglomeración se produce en condiciones de 
sinterizado a causa de temperaturas elevadas que provocan difusiones partícula-
partícula. Otro caso es la fusión parcial del material debida a la energía acumulada 
durante la aglomeración a presión en los puntos de contacto; los puentes sólidos 
se forman a partir de puentes líquidos después de una resolidificación. En el caso 
de (b) se caracteriza por la presencia de una capa delgada no movible que 
envuelve las partículas y que puede actuar como ligante. Estas capas pueden 
formarse por reacciones químicas, por endurecimiento o por la acción de ligantes 
muy viscosos. Para la unión tipo (c) es consecuencia de la actuación de un 
importante y frecuente grupo de mecanismos enlazantes, caracterizados por la 
formación de puentes entre los puntos de coordinación de las partículas del 
aglomerado. Estos puentes pueden producirse por reacciones químicas, 
endurecimiento de ligantes, recristalización de sustancias solubles o partículas 
coloidales en suspensión que se depositan durante el secado y por la evolución de 
puentes líquidos. Estos últimos forman enlaces temporales que tienen un papel 
muy importante en la formación y crecimiento de los aglomerados. En la unión 
tipo (d) las partículas no están en contacto y no se producen puentes sólidos. Los 
enlaces son debidos a fuerzas de adhesión del tipo de fuerzas moleculares, 
electrostáticas y magnéticas. Sin embargo, la unión representada en (e) se 
produce por entrecruzamiento y sólo es posible en aquellos materiales que tengan 
formas adecuadas para que esto pueda producirse, por ejemplo, en el caso de 
materiales fibrosos y laminares capaces de entrelazarse y doblarse unos con 
otros. Finalmente, en el caso de las uniones tipo (f) actúan las fuerzas capilares 
que solamente son efectivas en un sistema disperso al rellenarse los poros con un 
líquido. 
Es debido a esto que la investigación y el desarrollo en las operaciones de 
aglomeración y aumento de tamaño de partículas es, por tanto, un campo 
complejo de trabajo multidiciplinario que engloba una gran variedad de procesos 
según el ámbito de aplicación de los materiales empleados. 
 
 
8 
 
1.2. Molienda Mecánica (MM) 
La molienda mecánica, es una técnica de procesamiento de materiales en estado 
sólido, la cual permite la obtención de polvos con estructuras cristalinas imposibles 
de alcanzar con otras técnicas, lo que puede derivar en el mejoramiento de sus 
propiedades físicas [18]. Además, la técnica ha sido utilizada desde hace muchos 
años en la purificación, la homogeneización o la amorfización de polvos o 
materiales de partida en numerosas aleaciones. Otro posible uso de la molienda 
es que debido a la deformación en las partículas se facilita su posterior 
sinterización. 
En el proceso de la molienda mecánica se producen impactos continuos debido al 
movimiento continuo de bolas o cuerpos moledores que inducen soldadura y 
fractura de las partículas de polvo. Normalmente hay una etapa en el proceso en 
la que se produce un equilibrio entre la soldadura y la fractura, obteniéndose 
polvos con una microestructura muy homogénea [19-21]. De este modo las 
partículas de polvo se refinan obteniéndose polvos ultrafinos con una cierta 
distribución de tamaños de partículas. La utilización de molinos de alta energía 
permite ir más allá y reducir el tamaño de las partículas a dimensiones 
micrométricas, e incluso nanométricas, puesto que la energía involucrada en las 
colisiones es mucho mayor. 
 
1.2.1. Proceso de aleación mecánica mediante molienda mecánica 
La mezcla de polvo introducida en el molino de bolas es sometida a colisiones de 
alta energía [22-26]. La interacción entre las bolas y las partículas de polvo puede 
caracterizarse por procesos como la soldadura en frío o la deformación plástica y 
posterior fragmentación de las partículas, hasta que se produce un polvo en el que 
cada partícula está constituida por la composición porcentual de la mezcla de 
polvo inicial [25]. Así, las continuas y repetidas soldaduras y fracturas conducen a 
la transformación material de la estructura cristalina por reacciones en estado 
sólido. La molienda mecánica presenta por ello, frente a otros métodos de 
obtención de polvo, la característica fundamental de realizarse en estado sólido, 
 
9 
 
eliminando de esta forma las limitaciones asociadas a los puntos de fusión y 
solubilidades relativas. 
La molienda mecánica permite así la síntesis de nuevas aleaciones partiendo de 
una mezcla inicial de elementos de alta y baja temperatura de fusión, y la síntesis 
de aleaciones o materiales compuestos con componentes altamente dispersados, 
muy lejos de su estado de equilibrio térmico [22-24]. 
 
1.2.2. Evolución y etapas principales de la aleación mediante la molienda 
Son numerosos los fenómenos que intervienen en el proceso de aleación 
mecánica, siendo igualmente complejo aislar las etapas a través de las cuales 
evoluciona el material. Por ello, las etapas de la molienda mecánica han sido 
descritas en numerosas ocasiones, pero casi siempre, de forma cualitativa [18]. 
Describir dicha evolución, en función del tiempo y condiciones del proceso, 
depende directamente de las características iniciales del polvo que condicionan de 
forma determinante su evolución. Esta evolución viene determinada, en los 
materiales dúctiles (figura 2), a través de las siguientes etapas [27]. 
 
 
 
1) Materia prima 
Son las características del polvo inicial las que determinan la evolución específica 
del proceso. Habitualmente, se parte de materiales en forma de polvos 
Figura 2. Etapas de aleación mecánica en 
un material dúctil-dúctil. 1) Materia prima. 
2) Inicial. Deformación de las partículas. 3) 
Predominio de soldadura. 4) Formación de 
partículas equiaxiales. 5) Soldadura con 
orientación marcadamente desordenada, 6) 
Final o afino de estructura, régimen 
permanente. 
 
 
10 
 
elementales o compuestos como polvos pre-aleados, carburos, óxidos, 
intermetálicos, etc., pero es la respuesta específica del polvo al momento de 
absorber la energía suministrada por las bolas lo que va a determinar el 
predominio de la soldadura o la fractura en el proceso, por lo que las mezclas 
pueden clasificarse según la ductilidad de la materia prima como: 
a) dúctil-dúctil: en este caso hay un predominio de la soldadura frente a la fractura. 
Se forma una estructura laminar en las partículas aglomeradas y las láminas van 
desapareciendo con el tiempo de molienda, permitiendo obtener un material muy 
homogéneo. Se produce en el caso de la mezcla de dos materiales metálicos para 
obtener una aleación o intermetálico. 
b) dúctil-frágil:en este caso se produce un proceso rápido de dispersión y 
posterior difusión, donde las partículas frágiles van fracturándose e 
introduciéndose dentro del material dúctil. Esta difusión se ve favorecida por el 
calentamiento inherente en la técnica. Al final, la homogeneización del producto 
puede ser parcial o total, dependiendo de la dispersión y, en su caso, de la 
solubilidad del elemento frágil en la matriz del elemento dúctil. 
c) frágil-frágil: en este caso se produce un claro predominio de la fractura. El 
proceso de aleación da lugar a la formación de capas ultrafinas que pueden 
inducir la formación de aleaciones. 
 
2) Inicial 
Se produce en los primeros instantes de molienda y se caracteriza por la 
deformación del polvo que, atrapado entre las bolas, comienza a adquirir una 
morfología aplastada o en forma de láminas. Las partículas de polvo dúctiles son 
fácilmente deformadas ante la fuerza de compresión de las bolas que chocan 
entre sí, mientras que las partículas más duras ofrecen más resistencia a la 
deformación, fracturándose en algunos casos. 
 
3) Predominio de soldadura 
Esta etapa se caracteriza por la formación de partículas con estructura sandwich o 
multicapa donde las láminas van soldándose entre sí por acción de los cuerpos 
 
11 
 
moledores, incrementando de esta forma el espesor de las partículas. La 
morfología de las partículas es bastante aplastada. 
 
4) Formación de partículas equiaxiales 
El proceso evoluciona a través de la formación de partículas equiaxiales, 
probablemente debido a la pérdida de ductilidad del material que endureciéndose 
a lo largo de las diferentes etapas presenta una mayor tendencia a la 
conminucion. 
 
5) Soldadura con orientación marcadamente desordenada 
En esta etapa se produce un fuerte incremento en la fracción de partículas que, 
soldándose sin ningún tipo de preferencia en la orientación, adquieren una 
morfología ya definitivamente equiaxial. Esta evolución va asociada con un 
progresivo incremento de propiedades del polvo, manifestadas principalmente a 
través de la dureza. 
 
6) Final o afino de estructura, régimen permanente 
El proceso avanza finalmente a través del crecimiento en la homogeneidad interna 
del polvo y el afino de su microestructura. No aparecen ya estructuras en forma de 
capas, ya que estas llegan a ser tan finas (< 0.5 µm) que dejan de ser visibles, 
alcanzándose la composición deseada en cada partícula de polvo. 
El establecimiento del régimen permanente pasa también por un equilibrio en los 
procesos de fractura y soldadura, evolucionando finalmente a través del afino 
microestructural y crecimiento en la microdureza del polvo que, evidentemente, se 
manifiesta en una disminución de su ductilidad y, por consecuencia, en una 
progresiva disminución del tamaño. 
La evolución de la estructura en los materiales constituidos por mezclas dúctil- 
frágil, como son los materiales compuestos de matriz metálica, es algo diferente a 
la anteriormente descrita. En estos, el metal o la aleación que compone la matriz 
va constituyéndose a partir de los polvos elementales, al mismo tiempo que actúa 
como soporte del refuerzo, que, mucho más duro, va fracturándose y 
 
12 
 
distribuyéndose homogéneamente en la matriz hasta quedar completamente 
embebido en ella (figura 3). 
 
 
1.2.3. Variables de proceso en la molienda mecánica 
La molienda mecánica (MM) es un proceso complejo que implica la optimización 
de un número de variables de proceso para alcanzar la fase del producto deseado 
como la microestructura o las propiedades físicas. Algunas de las variables más 
importantes y que tienen un gran efecto en el producto final son: tipo de molino, 
contenedores de molienda, velocidad y energía de molienda, tiempo de molienda, 
relación peso de las bolas y muestra, grado de llenado del contenedor, atmósfera 
de molienda, agente de proceso de control, temperatura de molienda, etc., estas 
variables de proceso no son completamente independientes. Por ejemplo, el 
tiempo de molienda óptimo depende del tipo de molino, del tamaño del medio de 
molienda, de la temperatura de la molienda, de la relación de peso bolas/muestra, 
etc. Además, la energía de molienda podría variarse dependiendo de la velocidad 
de giro del molino o de la densidad del material de molienda. De manera similar, 
se podría demostrar que algunos de los otros parámetros son también 
interdependientes [27]. 
 
Figura 3. Etapas de aleación mecánica en 
un material dúctil- frágil. 1) Materia prima. 
2) Inicial. Deformación y fractura de las 
partículas. 3) Predominio de soldadura, 
formación del polvo compuesto. 4) Final o 
afino de estructura, régimen permanente. 
 
13 
 
1.3. Materiales obtenidos por molienda mecánica 
El desarrollo de este proceso ha llegado a la obtención de materiales 
convencionales como las aleaciones base hierro [28-29] o los aceros ferríticos 
endurecidos por dispersión, con un buen nivel de propiedades y resistencias a la 
oxidación a temperaturas elevadas superiores a las obtenidas por metalurgia 
convencional [28 y 30]. 
La posibilidad de extensión de los límites de solubilidad, restringida en otros 
métodos de obtención de polvo, incluso en la solidificación rápida, ha hecho 
posible el desarrollo, no sólo de las aleaciones de titanio con elevados contenidos 
en tierras raras como erbio, ytrio, gadolinio y neodimio, sino también la obtención 
de fases amorfas e intermetálicos base titanio como TiAl y Ti3Al. 
El proceso de molienda mecánica también está potenciando la obtención de un 
amplio espectro de materiales, desde las moliendas base cobalto, expuestas a 
condiciones de fuerte desgaste, las de base magnesio, permitiendo un exacto 
control de la composición y microestructura, hasta las moliendas base niobio [31]. 
Especial interés tiene la obtención de compuestos intermetálicos por la excelente 
combinación de propiedades que ofrecen. Sin embargo, las dificultades presentes 
en su obtención, en numerosas ocasiones asociadas a procesos fuertemente 
exotérmicos, hacen necesario un gran control de su proceso de síntesis, lo que 
queda garantizado mediante su obtención por molienda mecánica [32-33]. El 
hecho de que el proceso se realice completamente en estado sólido elimina las 
limitaciones de inmiscibilidad y solubilidad propios de otros procesos. En la 
actualidad, se está desarrollando un amplio intervalo de composiciones desde las 
indicadas de base titanio a las de base aluminio como Al3Ti, níquel, donde 
destacan el NiAl y Ni3Al, hierro y magnesio [31-35]. 
De igual forma, aunque con menos profusión, se está empleando el proceso de 
molienda mecánica para la obtención de materiales amorfos [12 y 36] y 
nanocristalinos, generalmente compuestos por metales de transición como el 
zirconio, el hafnio o el lantano. 
Otra de las aplicaciones importantes de este proceso es la posibilidad de 
obtención de materiales compuestos de matriz metálica. La gran ventaja que la 
 
14 
 
molienda mecánica ofrece estriba en la posibilidad de obtener propiedades muy 
superiores a las alcanzadas por otros métodos, ya que elimina uno de los mayores 
problemas asociados a su producción como es la formación de segregaciones y 
aglomerados. La posibilidad de obtener un material compuesto constituido, ya 
desde el principio, por polvos de matriz metálica reforzados por partículas 
cerámicas, finamente dispersas en su interior, permite alcanzar un material final de 
propiedades muy por encima de las esperadas en este tipo de materiales [36]. 
Estos resultados se deben, tal y como se ha indicado anteriormente, a la 
disminución alcanzada en el tamaño de grano (entre 0.2 y 0.5 µm) [37] y a la 
dispersión de óxidos inherentes al proceso [38]. 
 
1.4. Molienda mecánica del magnesio 
El magnesio (Mg) y sus componentes, Mg(OH)2 y MgO son candidatos potenciales 
para las aplicaciones estructurales que van desdelos sectores de almacenamiento 
energético [39-40], automovilístico, aeroespacial y hasta a los componentes 
biomédicos [41]. El magnesio presenta una celda unitaria hexagonal compacta 
(figura 4). 
 
Figura 4. Estructura del magnesio [42]. 
 
15 
 
El cristal de Mg está formado por planos como el mostrado en la figura 5, uno 
encima del otro. Para que el empaquetamiento resulte compacto, los átomos de la 
segunda capa deben colocarse justo sobre los “valles” o espacios determinados 
por la capa inicial. Nótese en la figura 5 que existen dos posibles redes de 
espacios, la designada con letras B (cuadrados) y la caracterizada con letras C 
(pequeños círculos). La letra A designa los centros de las esferas en el plano 
inicial. Supongamos que el segundo plano atómico está asociado a la red B. 
Entonces la estructura hexagonal compacta se obtiene por la colocación de planos 
ABAB... prácticamente hasta el infinito. 
 
 
Figura 5. Empaquetamiento compacto de esferas. 
 
1.5. Influencia del Al2O3 e Y2O3 
La adición al magnesio de pequeñas cantidades de óxidos de metales de 
transición, tales como Cr2O3, Nb2O5, V2O5, Fe3O4, Y3O2 y además de Al2O3 mejora 
sus propiedades de, por ejemplo, almacenamiento de hidrógeno. Por lo tanto, en 
este trabajo de tesis se pretende adicionar pequeñas cantidades de Al2O3 y Y3O2 a 
la estructura del Mg por medio de molienda mecánica [13, 42-44] con el objeto de 
estudiar las fases y los cambios estructurales que se producen. 
 
16 
 
Capítulo 2 
 
Procedimiento experimental 
 
2.1. Materiales y métodos 
La molienda de la mezcla se llevó a cabo en un molino planetario de bolas 
Pulverisette 7 premium line marca Fritsch preteneciente al Instituto de Química 
Aplicada de la Universidad del Papaloapan (UNPA) campus Tuxtepec. En el tazón 
se colocaron primeramente, el material base Mg (5 g), y después al material base 
Mg (4 g) se le añadió Al2O3 (1 g) y en forma separada, al magnesio base (4 g) se 
le añadió Y2O3 (1 g). 
La molienda se realizó manteniendo fija la velocidad (400 rpm), el tazón de 80 ml, 
el número de bolas (15 bolas de Fe de 10 mm) y la atmosfera (aire) (figura 6). Se 
obtuvieron muestras de 0.5 g a diferentes intervalos de tiempo de molienda: 5, 10, 
20, 40, 80, 160, 320 y 640 minutos. La molienda se llevó a cabo en ciclos de 5 min 
de molienda por 5 min de reposo para evitar el calentamiento. Posteriormente a la 
molienda mecánica, se llevaron a cabo las caracterizaciones de las muestras más 
representativas (5, 320 y 640 min) por diferentes técnicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Molino planetario de bolas, modelo “planetary micro mil pulverisette 7” de marca Fritsch. 
 
 
17 
 
2.2. Caracterización estructural y morfológica 
Con el objetivo de determinar la estructura cristalina de las muestras obtenidas por 
molienda mecánica, se realizó la caracterización utilizando Difracción de Rayos X 
(XRD). La morfología y composición química fue analizada por Microscopia 
Electrónica de Barrido (SEM) y Espectrometría de Dispersión de Energía de 
Rayos X característicos (EDS). La cristalinidad de las partículas, así como su 
cristalografía fueron obtenidas por Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM). 
 
2.2.1. Difracción de rayos X (XRD) y refinamiento Rietveld 
Los patrones de Difracción de Rayos X se obtuvieron con un difractómetro de 
Rayos X marca Bruker Axs, modelo D8 Advance. El equipo tiene un generador de 
radiación de Cu-K𝛼 con filtro de Ni y rejillas de 2 mm. La intensidad de difracción 
se midió entre 10° a 110°, con un paso en 2𝜃 de 0.02° en un tiempo de 2.5 s por 
punto. Se utilizó una corriente de 30 mA, voltaje de 40 kV y un monocromador de 
grafito en el haz secundario. Posteriormente, se llevó a cabo el refinamiento de la 
estructura cristalina por el método de Rietvield usando el código Topas 3. Los 
perfiles de picos fueron modelados con la función pseudo-Voigt para obtener el 
tamaño promedio del cristal y la microdeformación como dos de los parámetros 
característicos: El efecto de la microdeformación se obtuvo con la función 
gaussiana, mientras que el efecto correspondiente al tamaño promedio del 
cristalito se obtuvo con la función Lorentz. Asimismo, los parámetros de red en la 
celda y el fondo se refinaron. 
 
2.2.2. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) 
La preparación de las muestras para Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), se 
realizó en un área libre de polvo. Posteriormente, se analizaron las muestras 
obtenidas en un microscopio electrónico de barrido JEOL 5600 LV para obtener 
información de la superficie así como para realizar su caracterización química 
elemental mediante EDS. 
En el caso de muestras en polvo, se empleó cinta adhesiva de doble cara en un 
soporte de superficie circular (figura 7). 
 
18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Preparación de la muestra para SEM: (a) portamuestras (barril) de cobre; (b) sección de 
cinta carbón sobre la cual fue colocado el pedazo de muestra. 
 
Las muestras fueron observadas en un microscopio electrónico de barrido JEOL 
SEM 5600 LV con un voltaje de 20 kV, con vacío, a diferentes magnificaciones 
para obtener las imágenes empleadas para medir el tamaño de partículas. Se 
realizó el análisis de tamaño de partículas con la ayuda del programa J image. 
 
2.2.3. Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) 
Antes de ser observadas en el TEM, las muestras fueron preparadas en tres 
tiempos: 
1) Las nueve muestras fueron tamizadas con tamices de malla No.80, No.120 
y No.325, con la finalidad de homogeneizar las partículas. Las partículas de 
menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes 
quedan retenidas por el mismo (figura 8). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8. Tamizado de muestras obtenidas por molienda mecánica. 
 
a) b
)
 
19 
 
2) Preparación de la rejilla para TEM. Se deposita una película de carbón 
amorfo sobre la rejilla (figura 9). 
 
Figura 9. Preparación de la rejilla para TEM. 
 
3) El procedimiento de colocar la muestra en la rejilla, es realizado por el 
método de la jeringa: 
 
 Utilizando un mortero, se muele la muestra, para dispersar más a las 
partículas (figura 10a). 
 Se recolecta el polvo con una hoja de papel y se coloca sobre el 
émbolo angosta de una jeringa de 20 mL (figura 10b). 
 Se introduce hasta la mitad (verticalmente) el émbolo en la jeringa. 
Posteriormente, se tapa con el dedo la parte donde iría la aguja y se 
saca lentamente el émbolo, se coloca sobre la rejilla, en ese 
momento se retira el dedo y se permite que el polvo caiga sobre la 
rejilla (figura 10c). 
 Se corrobora si en realidad la muestra queda sobre la rejilla, con un 
microscopio óptico (figura 10d). 
 
 
20 
 
 
Figura 10. Colocación de la muestra en la rejilla para ser analizada por TEM. 
 
Finalmente, las muestras son analizadas en un microscopio electrónico de 
transmisión JEOL JEM 2010F. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
Capítulo 3 
Resultados 
 
En esta sección se presentarán los resultados obtenidos por las técnicas de 
Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento Rietvield, Microscopio Electrónico de 
Barrido (SEM) y espectroscopía de dispersión de energía de rayos X (EDS), 
Microscopio Electrónico de Transmisión de Alta Resolución (HRTEM) y el análisis 
de tamaño de partículas. Los resultados se presentan en tres secciones: 
 
Sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
 
Sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 
 
Sistema III: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Y2O3 
Partimos de la consideración de que la humedad en la cuenca del Papaloapan es 
siempre muy alta. Por lo tanto, no es posible suprimir la incorporación de agua a la 
estructura del magnesio produciendo Mg(OH)2. De este modo, aunque la etiqueta 
del reactivo utilizado decía magnesio metálico, por XDR (figura 11) se observó que 
en realidad el reactivo erauna mezcla de Mg0 (Magnesio) + Mg(OH)2 (Brucita o 
Hidróxido de magnesio) + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O (Hidromagnesita). Esto es 
debido a que el magnesio metálico se compra a granel y se deja guardado a 
temperatura ambiente y en contacto diario con la humedad del ambiente. 
La figura 11 presenta el difractograma del material inicial base Mg usado en este 
trabajo. Los picos de difracción que se observan corresponden al Mg0 (Magnesio) 
+ Mg(OH)2 (Brucita o Hidróxido de magnesio) + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
(Hidromagnesita). Por lo tanto, llamaremos al material base de inicio el sistema 
Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
 
 
22 
 
 
 
Figura 11. Difractograma del material base Mg utilizado en este estudio. 
 
 
3.1. Sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
Hasta ahora no se ha reportado el efecto de la molienda mecánica en el sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O usando acero templado como material 
de molienda. Sin embargo, existen varios reportes sobre el efecto de la molienda 
mecánica de alta energía en la estructura cristalina del magnesio metálico con 
diferentes tipos de aditivos (óxido, carburo, nitruro, etc.) [45-48]. 
En la figura 12 se muestra una imagen de SEM de la muestra de partida. De 
acuerdo con la literatura, el Mg(OH)2 presenta una microestructura en forma de 
flor, tal y como se observa en la figura 12, con lo que se puede confirmar 
visualmente que nuestra muestra inicial contiene Mg(OH)2. 
 
 
 
Mg(OH)
2
 
4MgCO
3
Mg(OH)
2
∙4H
2
O 
Mg0 
 
23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12. Imagen de SEM de la mezcla de partida obtenida con electrones secundarios. 
 
Por lo tanto, el material base, conteniendo la mezcla de Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, fue procesado por molienda mecánica de alta energía. 
Muestras de 0.5 g fueron colectadas a diferentes tiempos de molienda (5, 320 y 
640 min) con la finalidad de seguir la evolución de la mezcla Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O en función del tiempo de molienda. 
 
3.1.1. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) 
Para analizar la variación morfológica de la muestra con el tiempo de molienda, las 
muestras con 5, 320 y 640 min de molienda mecánica fueron observadas por 
SEM, utilizando electrones secundarios. 
En la figura 13 (a, c y e), todas las muestras están constituidas por aglomerados 
de forma irregular de distintos tamaños. En cuanto a la distribución de tamaño de 
partículas, se puede apreciar que es heterogénea y similar para las tres muestras 
en estudio. 
Los resultados sugieren que el aumento del tiempo de molienda, no afecta 
significativamente la distribución de tamaño de partículas, pero sí se observa un 
gran efecto en la formación y en el tamaño de los aglomerados. El tamaño de los 
aglomerados observados a 640 min, es significativamente mayor que a los 5 min. 
En estudios previos se indicó que el efecto de la molienda mecánica, a diferentes 
tiempos de molienda, provoca la aglomeración de partículas [18 y 49], tal y como 
el reportado en este trabajo. Los resultados de EDS indican que todas las 
1 µm 
20kv X10000 JSM-5600 LED 
 
24 
 
muestras (5, 320 y 640 min de molienda) contienen solamente magnesio y 
oxígeno. La señal de carbono proviene del soporte. Por tanto, ninguna 
contaminación del material de molienda fue detectada en las muestras durante o 
después de la molienda mecánica (figura 13 b, d y f). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13. Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O con 5 (a-b), 320 (c-d) y 640 (e-f) min de molienda mecánica. 
 
 
10 µm 
10kv X1400 JEOL 7800 LV LED 
10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
640 Min. 
10 µm 
b) 
5 Min. a) 
f) 
10 µm 
10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
320 Min. 
e) 
c) d) 
 
25 
 
3.1.2. Difracción de Rayos X (XDR) y refinamiento Rietveld 
Una vez obtenidos los patrones de difracción de rayos X, se procedió el 
refinamiento con Rietveld. Este análisis se realizó usando el software Topas 3. En 
la figura 14, se presentan los refinamientos con Rietveld realizado en los patrones 
de difracción de rayos X de las muestras con 5, 320 y 640 minutos de molienda 
mecánica, del sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
La línea roja representa el modelo matemático generado por el software empleado 
en TOPAS; el perfil calculado se muestra con la línea negra continua (sobrepuesta 
sobre la roja) y la línea azul (debajo de las anteriores) es la diferencia entre los 
datos experimentales contra el perfil calculado. Las líneas verticales localizadas 
debajo de los patrones de difracción corresponden a las reflexiones de Bragg, que 
corresponden a las fases de Brucita, Periclasa e Hidromagnesita. 
Los resultados obtenidos con el refinamiento por Rietveld y los difractogramas 
medidos con difracción de rayos X (figura 14) indican la formación y/o 
desaparición de reflexiones de difracción correspondientes a la estructura 
cristalina de las distintas fases presentes. 
A los 5 min de molienda, los resultados del análisis de Rietveld indican el 56.71% 
de Brusita (Mg(OH)2) y el 43.29% de hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O]. 
Las reflexiones asociadas con el Mg(OH)2 y la hidromagnesita 
[4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] predominan a los 320 min de molienda. El análisis de 
Rietveld indica una disminución en el porcentaje de Mg(OH)2 al 44.34% y el 
aumento de la hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] a 55.66%. A los 640 min 
de molienda, la fase brucita [Mg(OH)2] disminuye a 18.45%, y aparece una nueva 
fase: la fase del periclasa (MgO) [42,43] con un porcentaje de 34.42%. La fase de 
hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] también disminuyó a 47.13%. 
Esto sugiere que la mezcla inicial reaccionó con el oxígeno dentro del tazón de la 
molienda, y se produjo la periclasa [MgO]. Además de lo anterior, no se observó 
contaminación (bajo estás condiciones y en estos análisis) de la muestra por el 
material del tazón usado para la molienda. 
 
 
 
 
26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14. Análisis Rietveld en los difractogramas de las muestras: 5, 320 y 640 min de molienda 
mecánica. 
In
te
n
si
d
ad
 (
u
.a
) 
2θ 
Brucita 
Periclasa 
Hidromagnesita 
5 min 
320 min 
640 min 
 
27 
 
Por tanto, los productos finales obtenidos después de 640 min de molienda 
mecánica resultaron: la fase brucita [Mg(OH)2], hidromagnesita 
[4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] y periclasa (MgO). 
Los parámetros de red después del refinamiento Rietveld presentaron 
prácticamente el mismo comportamiento con ligera desviación estándar. La tabla 2 
presenta, además de las fases observadas, las características cristalográficas de 
las fases, y el tamaño de cristal medido por medio del refinamiento Rietveld. 
Con respeto al tamaño de los cristales, conforme aumenta el tiempo de molienda: 
la fase de la brucita disminuye hasta a los 640 minutos; para la fase de la 
hidromagnesita, aumenta hasta a los 640 minutos y la fase de la periclasa 
presenta un tamaño promedio de cristal muy pequeño en comparación a las dos 
fases anteriores (Tabla 2). 
 
3.1.3 Distribución de tamaño de partícula 
El análisis de tamaño de partícula se realizó con imágenes de SEM, y con la 
ayuda del programa J image. Para esto, se observan que la morfología y tamaño 
de las partículas de la molienda mecánica obtenidas. La figura 15 demuestra que 
el polvo después de su trituración mecánica puede ser visto como aglomerados de 
tamaños de micra (para los tres tiempos seleccionados). 
Con respecto a las gráficas (Sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O) 
se observa que para la molienda mecánica de 5 min el tamaño de partícula se 
encuentra en el intervalo de 15 a 45 µm. En cambio, para los tiempos de molienda 
320 y 640 min, el rango se incrementa y va desde 15 a 75 µm.Nótese que para 
los tres tiempos de molienda mecánica predominan los valores por debajo de 15 
µm. 
Con esto deducimos, que la molienda mecánica reduce el tamaño de partícula, 
pero siempre tiende a aglomerarse, razón por la cual, siempre se obtendrá un 
tamaño mayor a tiempos prologandos que a menor tiempo de molienda. 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
 
Tabla 2. Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las muestras: 5, 320 y 640 minutos 
de molienda mecánica del sistema I: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
 
Tiempo 
de 
molienda 
(min.) 
 
Fase 
 
Grupo 
espacial 
 
Rwp 
 
Tamaño 
promedio del 
cristal (nm) 
 
Parámetro de red (Ӑ): 
a, b y c 
 
 
5 
 
 
Mg(OH)2 , 
 Brucita 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
9.164 
 
 
20.57 ± 0.47 
Inicial Refinado 
 3.14 3.15 ± 0.01 
 3.14 3.15 ± 0.01 
 4.77 4.80 ± 0.03 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
P 21/c 
(14) 
 
11.31 ± 0.27 
10.10 10.60 ± 0.05 
 8.95 8.60 ± 0.35 
 8.37 8.45 ± 0.08 
 
 
320 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
8.186 
 
6.75 ± 0.23 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 4.77 4.82 ± 0.05 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
P 21/c 
(14) 
 
35.72 ± 0.49 
10.10 10.12 ± 0.02 
 8.95 8.94 ± 0.01 
 8.37 8.38 ± 0.01 
 
 
 
640 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
 
7.962 
 
6.75 ± 0.23 
 3.14 3.06 ± 0.08 
 3.14 3.06 ± 0.08 
 4.77 5.09 ± 0.32 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
P 21/c 
(14) 
 
35.72 ± 0.49 
10.10 10.01 ± 0.09 
 8.95 8.94 ± 0.01 
 8.37 8.34 ± 0.03 
 
MgO, 
Periclasa 
 
F M 3̅ M 
(225) 
 
3.32 ± 0.06 
 4.21 4.25 ± 0.04 
 4.21 4.25 ± 0.04 
 4.21 4.25 ± 0.04 
 
29 
 
 
Figura 15. Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda mecánica del sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O. 
 
3.1.4. Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) 
Al analizar las micrografías de TEM, la indexación del patrón de difracción de 
electrones confirmó que la fase mayoritaria en la muestra es Mg(OH)2. 
En el caso de la muestra de 5 min de molienda, las imágenes de campo claro y 
obscuro (figura 16 b y c) muestran partículas de espesor y composición 
homogénea; las cuales se componen de partículas cristalinas de tamaño 
nanométrico, como se observa en la figura 16d con imágenes de alta resolución. 
En el caso de la muestra de 320 min de molienda, las imágenes de campo claro y 
obscuro (figura 16 f y g) muestra regiones heterogéneas. El patrón de difracción 
 
30 
 
de electrones obtenido (figura. 16e) muestra la presencia de anillos y puntos 
difusos de difracción. Esto indica que la muestra está constituida por regiones 
mono-cristalinas (puntos difusos) y regiones poli-cristalinas (anillos). 
Y finalmente, para la muestra de 640 min de molienda, las imágenes de campo 
claro y obscuro (figura 16 j y k) muestran que la microestructura de los polvos está 
compuesta por pequeñas zonas nanocristalinas (50 nm) embebidas en una matriz 
amorfa. 
El patrón de difracción de electrones obtenido (figura 16i) muestra la presencia 
sólo de anillos de difracción. Esto indica que la muestra está constituida de 
regiones poli-cristalinas (anillos). La indexación del patrón de difracción de 
electrones muestra que el material nanocristalino es MgO. 
Lo anterior demuestra que la molienda mecánica está fracturando los granos del 
material de partida, modificando con ello la microestructura del material. La 
heterogeneidad microestructural de los polvos abarca desde zonas nanocristalinas 
a zonas amorfas (figura 16e). Después de la indexación del patrón de difracción 
de electrones, se determinó que la fase mayoritaria en la muestra es el Mg(OH)2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
Sistema: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
Tiempo de molienda (minutos) : 
 5 320 640 
 
 
 
P.D 
 
 
 
 
 
C.C 
 
 
 
 
 
C.O 
 
 
 
 
HRTEM 
 
 
Figura 16. Imagen de TEM, indexación del patrón de difracción electrónica (a, e y i), en campo 
claro (b, f y j) campo obscuro (c, g y k), alta resolución (d, h y l) del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O con 5, 320 y 640 min de molienda mecánica. 
 
 
a) e) i) 
b
) 
f) j) 
c) g) k) 
d) h) l) 
2 nm 2 nm 2 nm 
 
32 
 
3.2. Sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 
Ya que se determinó la velocidad (400 rpm) del sistema: 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
se trató el segundo sistema que consiste en el metal base más alumina: 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 
siguiendo las mismas condiciones. 
 
3.2.1. Microscopía electrónica de barrido (SEM) 
La figura 17 muestra la morfología de los productos de molienda mecánica a 5, 
320 y 640 min de molienda mecánica con sus respectivos EDS. 
Como se observa en la figura 17 (a, c y e), todas las muestras están constituidas 
por aglomerados de forma irregular de distintos tamaños. En cuanto a la 
distribución de tamaño de partículas, se puede apreciar que es similar para las 
tres muestras en estudio. En el sistema uno (figura 13) se observó que el tamaño 
de los aglomerados era proporcional al tiempo de molienda. Aquí, sin embargo, se 
conserva que el tamaño de los aglomerados se mantiene más o menos constante. 
También, se puede observar un cambio en la apariencia de la superficie de las 
partículas (mayor rugosidad). 
Los resultados de EDS demuestran que todas las muestras (5, 320 y 640 min de 
molienda) contienen magnesio, aluminio y oxígeno figura 17 (b, d y f). Por otro 
lado, ninguna contaminación del material de molienda fue detectada en las 
muestras durante o después de la molienda mecánica (figura 17), por esta técnica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17. Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema Mg0 + Mg(OH)2 
+4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3 con 5 (a-b), 320 (c-d) y 640 (e-f) min de molienda mecánica. 
 
 
 
 
d) 
640 Min. 
5 Min. 
10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
10 µm 
c) 
10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
10 µm 
f) 
a) b) 
10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
10 µm 
10 µm 
640 Min. 
e) 
 
34 
 
3.2.2. Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento Rietveld 
En la figura 18 se presentan los refinamientos de Rietveld de las muestras del 
sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3 a distintos tiempos de 
molienda (5, 320 y 640 min). En esta figura se observa nuevamente la formación 
y/o desaparición de reflexiones de difracción, lo que indica un cambio en la 
estructura cristalina de las distintas fases presentes. 
A los 5 minutos de molienda, los resultados del análisis de Rietveld indican el 
29.55% de brucita (Mg(OH)2), el 49.15% de hidromagnesita 
[4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] y el 21.30% de alumina (Al2O3). Posteriormente, a los 
320 min, las reflexiones asociadas con la brucita (Mg(OH)2), hidromagnesita 
[4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] y la alumina (Al2O3), presentan los siguientes valores de 
refinamiento Rietveld: 34.14%, 46.39% y 19.48% respectivamente. Sin embargo, 
la brucita desaparece a los 640 min de molienda mecánica, y solo se tiene el 
39.27% de hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] y el 12.48% de alumina 
(Al2O3) y finalmente, desaparecen las reflexiones correspondientes a la brucita y 
aparece la nueva fase periclasa (MgO) en un porcentaje de 48.25%. 
En los refinamientos con Rietveld no se observan rastros de contaminantes del 
material de molienda. 
Cabe destacar que entre los 5-320 min de molienda la intensidad de la 
hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] incrementa y decrece a los 640 min, esto 
indica que durante la molienda se alcanzan las condiciones de equilibrio de la 
hidromagnesita favoreciendo su formación. 
Por otro lado, las reflexiones más intensas de la alumina son traslapadas por 
reflexiones de otras fasescristalinas, lo que hace complicado seguir su evolución 
en función del tiempo de la molienda mecánica, pero si se logran observarse a los 
640 min en pequeño porcentaje. No se observó la formación de ninguna otra fase, 
por lo que la muestra obtenida después de 640 minutos de molienda mecánica de 
alta energía está conformada por óxido de magnesio (MgO) policristalino y la 
hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O]. 
 
 
 
35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18. Análisis Rietveld en los difractogramas de las muestras del segundo sistema a 5, 320 y 
640 min de molienda mecánica. 
In
te
n
si
d
ad
 (
u
.a
) 
2θ 
Brucita 
Periclasa 
Hidromagnesita 
Alúmina 
5 min 
320 min 
640 min 
 
36 
 
Por lo anterior, todos los parámetros después del refinamiento Rietveld 
presentaron prácticamente el mismo comportamiento con ligera desviación 
estándar en cada uno de sus parámetros (muy similar al sistema I). 
Con respeto al tamaño de los cristales, conforme aumenta el tiempo de molienda 
el tamaño de cristal de la fase brucita disminuye hasta a los 320 min. En la fase de 
la hidromagnesita el tamaño de cristal disminuye hasta a los 640 min, y en la fase 
de la periclasa se presenta un tamaño promedio de cristal muy pequeño en 
comparación a las dos fases anteriores. Para la fase de la alúmina, su tamaño de 
cristal es mucho mayor en comparación con la fase de la periclasa, a pesar de que 
se puede obsevar indicio de la fase amorfa (por ensachamiento de los picos) del 
refinanamiento para las tres fases presente (Tabla 3). 
 
3.2.3. Distribución de tamaño de partícula 
En el caso (Sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3) para los 
tres tiempos de molienda mecánica predominan partículas inferiores a los 15 µm 
(Figura 19). En esta figura, también se observan partículas de mayor tamaño 
respeto al observado en el sistema I (Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O) 
con valores por arriba de 15 a 45 µm (5 min) y 15 a 75 µm (320 y 640 min). 
 
3.2.4. Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM) 
La figura 20 presenta los patrones de difracción electrónica (a, e y i), las imágenes 
en campo claro (b, f y j), las imágenes en campo obscuro (c, g y k), y las imágenes 
en alta resolución (d, h y l) de la muestra Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O 
con 5, 320 y 640 min de molienda mecánica. 
En el caso de la muestra de 5 minutos de molienda, las imágenes de campo claro 
y obscuro figura 20 (b y c) presentan partículas de espesor y composición 
homogénea. Aunque el patrón de difracción de electrones obtenido (figura 20a) 
indica la presencia de regiones monocristalinas (puntos difusos) y regiones 
policristalinas (anillos) siendo Mg(OH)2 la fase mayoritaria en la muestra. Las 
imágenes de alta resolución corresponden a las fases Al2O3 y Mg(OH)2 (de 
acuerdo a las fichas de XRD:77-2135 y 83-0114, respectivamente, figura 20d). 
 
37 
 
 
 
Tabla 3. Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las mujestras: 5, 320 y 640 minutos 
de molienda mecánica del sistema II: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3. 
 
 
Tiempo 
de 
molienda 
(min.) 
 
Fase 
 
Grupo 
espacial 
 
Rwp 
 
Tamaño 
promedio del 
cristal (nm) 
 
Parámetro de red (Ӑ): 
a, b y c 
 
 
 
 
 
5 
 
 
 
 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
 
 
 
9.161 
 
 
19.49 ± 0.45 
Inicial Refinado 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 3.14 3.14 ± 0.0 
 4.77 4.80 ± 0.03 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O
, Hidromagnesita 
 
P 21/c 
 (14) 
 
54.74 ± 1.16 
10.10 10.13 ± 0.03 
 8.95 8.94 ± 0.01 
 8.37 8.38 ± 0.01 
Al2O3 , 
Alúmina 
 
R 3̅ C 
(194) 
 
74.81 ± 4.56 
 4.47 4.88 ± 0.41 
 4.47 4.88 ± 0.41 
 2.99 2.20 ± 0.79 
 
 
 
 
320 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
 
 
10.961 
 
5.59 ± 0.33 
 3.14 3.13 ± 0.01 
 3.14 3.13 ± 0.01 
 4.77 4.87 ± 0.10 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O
, Hidromagnesita 
 
P 21/c 
 (14) 
 
48.02 ± 1.90 
10.10 10.14 ± 0.04 
 8.95 8.92 ± 0.03 
 8.37 8.39 ± 0.02 
Al2O3 , 
Alúmina 
 
R 3̅ C 
(194) 
 
55.91 ± 4.46 
 4.47 4.68 ± 0.21 
 4.47 4.68 ± 0.21 
 2.99 2.80 ± 0.19 
 
 
 
 
640 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O
, Hidromagnesita 
 
 
P 21/c 
(14) 
 
 
 
 
6.743 
 
26.82 ± 0.48 
10.10 9.38 ± 0.72 
 8.95 8.99 ± 0.04 
 8.37 8.28 ± 0.09 
 
MgO, 
 Periclasa 
 
F M 3̅ M 
(225) 
 
3.12 ± 0.16 
 4.21 4.27 ± 0.06 
 4.21 4.27 ± 0.06 
 4.21 4.27 ± 0.06 
Al2O3 , 
Alúmina 
 
R 3̅ C 
(194) 
 
35.48 ± 2.25 
 4.47 4.59 ± 0.12 
 4.47 4.56 ± 0.09 
 2.99 2.70 ± 0.29 
 
38 
 
 
Figura 19. Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda mecánica del sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
Sistema: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3 
Tiempo de molienda (minutos) : 
 5 320 640 
 
 
 
 
 
P.D 
 
 
 
 
 
C.C 
 
 
 
 
 
C.O 
 
 
 
 
HRTEM 
 
 
Figura 20. Imágenes de TEM, indexación del patrón de difracción electrónica (a, e y i) en campo 
claro (b, f y j) campo obscuro (c, g y k), y alta resolución (d, h y l) de la muestra Mg0 + Mg(OH)2 
+4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3 con 5, 320 y 640 min de molienda mecánica. 
 
c) k) 
d) h) l) 
2 nm 
2 nm 
2 nm 
a) 
b) 
e) i) 
f) j) 
g) 
 
40 
 
En las muestras de 320 min de molienda figura 20 (f y g), las imágenes presentan 
regiones heterogéneas, y el patrón de difracción (figura 20e) es característico de 
una muestra policristalina homogénea. A partir de la indexación del patrón de 
difracción de electrones se obtuvo que la fase mayoritaria es Mg(OH)2 y la imagen 
de alta resolución nos indica la cristalinidad y la fase correspondiente a la Al2O3 
(de acuerdo a la ficha de XRD: 77-2135, figura 20h). 
En la muestra de 640 min de molienda figura 20 (j y k), las imágenes presentan 
una estructura de polvos compuesta por zonas nanocristalinas (200 nm). Cabe 
resaltar que el tamaño de estas zonas nanocristalinas es mayor en este sistema 
que en el sistema uno (figura 16). El patrón de difracción de electrones (figura 20i) 
indica la presencia de una serie de anillos difusos, lo que puede ser consecuencia 
del espesor de la muestra: una muestra gruesa no permite el paso de los 
electrones debido a la absorción y difracción excesivos. La imagen de alta 
resolución indica la cristalinidad y las dos fases correspondientes a la Al2O3 y MgO 
(de acuerdo a las fichas de XRD: 77-2135 y 01-1235, respectivamente, figura 20i). 
Cabe mencionar que no se observó ninguna indicación de alguna fase del sistema 
Mg-Al. 
 
3.3. Sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Y2O3. 
Con la misma velocidad (400 rpm) de los sistemas I y II: 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O y Mg(OH)2 + Mg0 
+4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Al2O3 
 se trató el tercer sistema que consiste en : 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O +Y2O3 
siguiendo las mismas condiciones. 
 
3.3.1. Microscopía electrónica de barrido (SEM) 
La figura 21 presenta la morfología de los productos de molienda en las imágenes 
de SEM utilizando electrones secundarios con sus respectivos EDS. 
 
 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21. Imágenes de SEM y sus respectivos espectros de EDS del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 con 5 (a-b), 320 (c-d) y 640 (e-f) min de molienda mecánica. 
 
Como se observa en la figura 21 (a, b y c), después de alcanzar un tamaño de 
partícula mínimo se da paso a la formación de aglomerados de forma irregular, 
cuyos tamaños de las partículas varían en el intervalo de varias decenas de 
micras. El incremento en el tamaño de los aglomerados no es lineal con el tiempo 
de molienda. Los resultados de EDS demuestran que todas las muestras (5, 320 y 
10kv X1400 JEOL 7800 LV LED 
a) 
5 Min. 
b)10kv X2000 JEOL 7800 LV LED 
10 µm 
10 µm 
c) d) 
10kv X1400 JEOL 7800 LV LED 
10 µm 
640 Min. e) f) 
320 Min. 
 
42 
 
640 min de molienda) contienen solamente magnesio, ytrio y oxígeno (Figura 21d, 
e y f). Ninguna contaminación del material de molienda fue detectada en las 
muestras durante o después de la molienda mecánica (Figura 21). 
 
3.3.1. Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento Rietveld 
En la figura 22 se presentan los refinamientos obtenidos con Rietveld de las 
muestras del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 a distintos 
tiempos de molienda. A diferencia de los dos primeros sistemas en los que se 
formó la fase Periclasa (MgO), en este sistema nunca se presentó. Además, la 
fase Y2O3 siempre esta presente. Esto podría indicar que la fase Y2O3 retarda o 
inhibe la formación de MgO. La fase Y2O3 tiene una celda unitaria cúbica [49-50]. 
A los 5 min de molienda, los resultados del análisis de Rietveld indican el 49.06% 
de Brusita (Mg(OH)2), el 30.44% de hidromagnesita [4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] y el 
20.50% de Y2O3. 
A los 320 min de molienda, el porcentaje de Brusita (Mg(OH)2) se mantiene casi 
constante en 48.95%, al igual que el porcentaje de hidromagnesita 
[4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O] que es de 30.87%. El porcentaje de Y2O3 es de 20.17%. 
A los 640 minutos de molienda la Brucita se reduce a 34.48%. La hidromagnesita 
aumenta al 46.53% y la fase Y2O3 se observa con el 34.48% en porcentaje. 
Aunque la fase cúbica del Y2O3 es bastante estable, en la figura 21 se pueden 
observar cambios en la intensidad y en el grosor de las reflexiones de esta fase, lo 
que implica modificación microestructural por efecto de la molienda mecánica en 
condiciones ambientales. Sin embargo, a alta presión, el Y2O3 se transforma a la 
fase metaestable monoclínica [51]. T. Atou y E. Husson [52] reportaron que la 
transición de fase de partículas de Y2O3 es predominantemente controlada por la 
temperatura, pero no por la presión. De este hecho se puede deducir que la 
temperatura alcanzada con las condiciones de molienda utilizadas no es suficiente 
para provocar la transición de esa fase. Jin-Ju Park [53] reportó que una velocidad 
de rotación de 1000 rpm produce la temperatura necesaria para que la fase 
estable Y2O3 cúbica cambie a fase monoclínica. 
 
 
43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 22. Difractogramas de rayos X de los productos de molienda del sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. 
In
te
n
si
d
ad
 (
u
.a
) 
5 min 
320 min 
640 min 
Brucita 
Hidromagnesita 
Ytria 
2θ 
 
44 
 
Al igual que en los sistemas I y II, todos los parámetros después del refinamiento 
Rietveld presentaron prácticamente el mismo comportamiento con ligera 
desviación estándar en cada uno de sus parámetros. Con respeto al tamaño de 
los cristales, conforme aumenta el tiempo de molienda las tres fases presentes 
disminuyen hasta a los 640 min. Pero algo muy importante con respecto al 
refinamiento Rietveld es que la fase de la Ytria predomina debido a que su tamaño 
de cristal promedio disminuye ligeramente. Algo muy similar sucede con la 
hidromagnesita. En el rango de 320 y 640 min de molienda mecánica, se mantiene 
más o menos constante, comparado con la fase de la brucita (Tabla 4). 
 
3.3.3. Distribución de tamaño de partícula 
El tamaño de partículas que predominan en el sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 para los tiempos de molienda mecánica después 
de 5 y 320 minutos está el rango de 15 a 300 µm (5 minutos) y de 15 a 600 µm 
(320 minutos). Para el tiempo de molienda de 640 minutos el promedio de 
partículas que abundan es de 400 µm (figura 23). 
 
La figura 24 indica que el incremento del tamaño de las partículas o aglomeración 
en el sistema Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 en el tiempo de 
molienda: 640 min, es debido a la presencia de la fase de Y2O3. En la Figura 24 se 
observa que aún después de los 640 min de molienda las partículas de Y2O3 están 
presentes. Esto es comparado con el sistema II: Mg0 + (Mg(OH)2 + 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Al2O3), en donde la fase Al2O3 si se mezcló muy bien con 
el Mg, y se obtuvo el tamaño de partículas por debajo de 15 µm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
Tiempo 
de 
molienda 
(min.) 
 
 
Fase 
 
Grupo 
espacial 
 
 
Rwp 
 
Tamaño 
promedio del 
cristal (nm) 
 
Parámetro de red (Ӑ): 
a, b y c 
 
 
5 
 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
 
 
9.16 
 
 
19.49 ± 0.45 
Inicial Refinado 
3.14 3.14 ± 0.00 
3.14 3.14 ± 0.00 
4.77 4.79 ± 0.02 
 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
 
P 21/c 
(14) 
 
54.74 ± 1.16 
10.10 10.58 ± 0.48 
 8.95 8.60 ± 0.35 
 8.37 8.46 ± 0.09 
 
Y2O3 , 
Ytria 
 
I A 3̅ 
(206) 
 
86.65 ± 1.88 
10.60 10.61 ± 0.01 
10.60 10.61 ± 0.01 
10.60 10.61 ± 0.01 
 
 
 
320 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
 
 
8.72 
 
5.12 ± 0.14 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 4.77 4.86 ± 0.09 
 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
 
P 21/c 
(14) 
 
27.49 ± 0.74 
10.10 10.61 ± 0.51 
 8.95 8.62 ± 0.33 
 8.37 8.44 ± 0.07 
 
Y2O3 , 
Ytria 
 
I A 3̅ 
(206) 
 
82.61 ± 2.08 
10.60 10.61 ± 0.01 
10.60 10.61 ± 0.01 
10.60 10.61 ± 0.01 
 
 
 
640 
 
Mg(OH)2 , 
Brucita 
 
P 3̅ M 1 
(164) 
 
 
 
7.46 
 
 
3.15 ± 0.63 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 3.14 3.14 ± 0.00 
 4.77 4.78 ± 0.01 
 
4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, 
Hidromagnesita 
 
P 21/c 
(14) 
 
24.72 ± 1.48 
10.10 10.40± 0.30 
 8.95 8.70 ± 0.25 
 8.37 8.40 ± 0.03 
 
Y2O3 , 
Ytria 
 
I A 3̅ 
(206) 
 
64.17 ± 1.58 
10.60 10.61± 0.01 
10.60 10.61± 0.01 
10.60 10.61± 0.01 
 
Tabla 4. Datos cristalográfico y tamaño de cristal promedio de las muestras: 5, 320 y 640 minutos 
de molienda mecánica del sistema III: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. 
 
 
 
46 
 
 
Figura 23. Imágenes e histogramas del tamaño de partículas de la molienda mecánica del sistema 
Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3. 
 
 
 
Figura 24. Mezcla de Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O + Y2O3 mediante la molienda 
mecánica con un tiempo de 640 min. Zona negra: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O, zona 
blanca: Y2O3. 
10 µm 
10 kV X2000 JEOL 7800 LV COMPO 
 
47 
 
3.3.4. Microscopía electrónica de transmisión (TEM) 
La figura 25 presenta el patrón de difracción electrónica (figura 25 a, e y i), las 
imágenes en campo claro (figura 25 b, f y j), las imágenes de campo obscuro 
(figura 25 c, g y k), y las imágenes de alta resolución (figura 25 d, h y l) de la 
muestra Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O con 5, 320 y 640 min de molienda 
mecánica. 
En el caso de la muestra de 5 min de molienda, las imágenes de campo claro y 
obscuro (figura 25 b y c) indican que son partículas de espesor y composición 
homogénea. En el patrón de difracción de electrones obtenido (figura 25a) indica 
la presencia y regiones policristalinas (anillos) siendo Y2O3 la fase mayoritaria en 
la muestra. La imagen de alta resolución indica la cristalinidad y las tres fases 
correspondientes a la Y2O3 y Mg(OH)2 y 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O (de acuerdo a las 
fichas de XRD:01-0831, 83-0114 y 70-1177 respectivamente, figura 25 d). 
En el caso de la muestra de 320 min de molienda figura 34 f y g), las imágenes 
indican regiones heterogéneas en dimensiones y composición. Aunque el patrón 
de difracción de electrones obtenido (figura 25e) es característico de una muestra 
poli-cristalina homogénea. A partir de la indexación del patrón de difracción de 
electrones se obtuvo que la fase mayoritaria es Y2O3. La imagen de alta resolución 
nos indica la cristalinidad de la fase Y2O3 (de acuerdo a la ficha de XRD: 01-0831, 
figura 25 d). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
48 
 
 
Sistema: Mg0 + Mg(OH)2 + 4MgCO3Mg(OH)2∙4H2O