Olá pessoal! Sejam bem-vindos a mais um material. Nesta semana vamos conversar não apenas sobre um material, mas sim de uma classe de materiais. Esses materiais são realmente especiais, visto que eles são os responsáveis por permitir a construção de produtos pra lá de especiais, tais como, fornos de alta temperatura, equipamentos para reatores nucleares, capacitores para a indústria eletrônica entre outros.
O material da semana, são os metais refratários. Por acaso você já ouviu falar nessa classe de metais? Então se liga no texto.
Os metais refratários são os elementos encontrados nos grupos VB e VIB da tabela periódica. Eles recebem esse nome pois possuem um elevado ponto de fusão, ou seja, a temperatura na qual o material passa do estado sólido para o estado líquido.
Mas quais são esses materiais?
Os metais do grupo VB são: Vanádio (V); Nióbio (Nb); Tântalo (Ta). Já os elementos metálicos do grupo VIB são: Cromo (Cr); Molibdênio (Mo); Tungstênio (W);
As ligas refratárias mais importantes são constituídas principalmente pelo Nióbio, Tântalo, Molibdênio e o Tungstênio.
Por muitos anos esses materiais eram restritos a produtos como filamentos para lâmpadas, como era o caso do tungstênio, ou resistências elétricas e contatos elétricos. Porém, com o avanço da ciência dos materiais, hoje encontramos esses materiais nas indústrias nuclear, aeroespacial e eletrônica.
Vamos ver um pouco dos principais metais refratários e suas aplicações.
Começando pelo metal que por muitos anos foi o mais usado para iluminar as casas de todo o mundo, inclusive em terras brasileiras: o tungstênio. O metal mais usado na construção de filamentos para lâmpadas incandescentes. Isso só foi possível por dois grandes motivos: primeiro, sua baixa pressão de vapor e segundo, por possuir um alto ponto de fusão (3422°C). Essas duas características permitiram que filamentos fabricados com tungstênio pudessem operar em temperaturas que ficavam entre 2200°C e 2700 °C, atingindo 3120 º C para algumas lâmpadas especiais. Porém o tungstênio não possui grande resistência à oxidação, o que culminava no rompimento precoce do filamento. Esse problema foi resolvido com a inserção de gases inertes dentro do bulbo das lâmpadas.
Os bulbos das lâmpadas incandescentes geralmente utilizavam uma mistura de argônio (90 a 95%) e nitrogênio (10 a 5%) nas lâmpadas de 120 a 220 V. A maior quantidade de argônio se deve ao fato de possuir uma baixa condutividade térmica, propiciando uma maior eficiência luminosa. Algumas lâmpadas especiais utilizam como gás de preenchimento o kriptônio. As lâmpadas incandescentes fizeram parte da história da iluminação pública. No entanto, sua eficiência luminosa é muito baixa, quando comparada às lâmpadas fluorescentes e às novas lâmpadas de LED. Por isso, as lâmpadas incandescentes deixaram de ser comercializadas em grande escala em meados de 2016, no Brasil.
O tungstênio também é empregado na produção de eletrodos para soldagem TIG, em cadinhos para combustível nuclear, blindagem contra raios X entre outras aplicações.
O próximo metal é o molibdênio, um material com ponto de fusão de 2610 ºC. Possui um alto módulo de elasticidade (definimos o módulo de elasticidade como a tangente da reta da região elástica do gráfico tensão deformação), além de possuir alta resistência mecânica mesmo em altas temperaturas, boa condutividade térmica e boa resistência à corrosão. O molibdênio possui diversas aplicações, como na produção de resistências elétricas e na indústria aeroespacial como blindagem térmica em mísseis.
Sua principal liga é a chamada TZM (Mo-0,5Ti-0,1Zr), sendo usada como ferramental para trabalho à quente, em matrizes, punções e até em bigornas. O molibdênio pode ser usado em meios ácidos, sendo resistente ao ácido clorídrico.
E para finalizar nossos materiais refratários temos o Tântalo e o Nióbio. Eles podem ser encontrados no mesmo mineral, apresentando propriedades químicas semelhantes. O Nióbio tem um ponto de fusão por volta de 2468ºC enquanto o Tântalo tem seu ponto de fusão em 2996ºC. Ambos possuem uma resistência mecânica moderada por volta de 200-300 MPa, com elevada ductilidade, mas com capacidade de encruamento em baixas temperaturas, podendo ser aplicado em temperaturas de serviço de até 1650 ºC, além de poder ser conformado à frio.
A respeito das aplicações, o tântalo é extensamente utilizado na confecção de capacitores, por volta de 60% de toda sua produção. O restante é utilizado em outros setores industriais, principalmente na indústria química devido sua resistência a diversos ácidos, como o clorídrico e o nítrico.
A respeito do nióbio devemos lembrar que mais de 80% das reservas desse metal se encontra no Brasil, sendo explorado pela CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração) na região de Araxá, no Cerrado Mineiro.
O nióbio apresenta supercondutividade abaixo da temperatura crítica, que no seu caso é de 9,15 K. As aplicações vão desde peças utilizadas na construção de tomógrafos, reatores nucleares com a liga Nb-Zr (1 ou 2,5% Zr), trens levitados, propulsão de foguetes, peças de turbinas e até mesmo na construção de rebites para a indústria aeronáutica.
Esse foi mais um material, espero que tenham curtido, um forte abraço e até o próximo material.