Mecânica

Brasileiros avançam rumo às superligas de nióbio

Brasileiros avançam rumo às superligas de nióbio
Cerca de 90% das reservas mundiais de nióbio economicamente viáveis estão localizadas no Brasil, principalmente na cidade de Araxá, em Minas Gerais, onde o metal ocorre em um minério terroso chamado pirocloro. [Imagem: Wikimedia]

Trio metálico

O desenvolvimento de novas superligas à base de nióbio poderá levar a uma maior eficiência energética em usinas termelétricas e em sistemas de propulsão de aviões e foguetes.

É o que pesquisadores brasileiros demonstraram ao desenvolver o diagrama de fases para os elementos nióbio (Nb), cromo (Cr) e boro (B).

O diagrama de fases é uma espécie de mapa sobre o que vai ocorrer com a estrutura microscópica da mistura desses três elementos em quaisquer proporções e em diferentes temperaturas.

"Podemos fazer uma analogia do diagrama de fases pensando nos elementos nióbio, cromo e boro como se eles fossem ingredientes de um bolo. A proporção correta de ingredientes, assim como a temperatura do forno, é fundamental para que o produto final [o bolo] esteja adequado para consumo", explica. o professor Gilberto Carvalho Coelho, do Departamento de Engenharia de Materiais (Demar) da USP.

Superligas

O grande interesse nesses metais está na fabricação das chamadas superligas, ou ligas de alto desempenho.

As superligas são compostos de vários metais que apresentam elevada resistência mecânica, estabilidade superficial e resistência à corrosão e oxidação, além de serem relativamente leves.

Para o desenvolvimento de uma nova superliga é necessário descobrir as proporções corretas de cada ingrediente, ou seja de cada metal.

"Então, o diagrama de fases desenvolvido [pela equipe], adicionado a outros diagramas de fases, de outros elementos, fornece os dados necessários para os engenheiros de materiais desenvolverem as novas superligas", destaca o pesquisador.

O professor Gilberto conta que os três elementos - nióbio, cromo e boro - foram escolhidos para compor o diagrama de fases exatamente pelas propriedades que conferem à liga final.

"O nióbio foi utilizado pensando na sua altíssima temperatura de fusão [2.468 °C], que o torna tão atraente para a indústria. Já o cromo confere resistência à oxidação a uma peça metálica através da formação de uma camada protetora, como uma pele, em sua superfície. No caso de uma turbina, por exemplo, o processo de aquecer e esfriar pode fazer essa camada trincar. O boro ajuda na regeneração dessa camada protetora da superfície da peça ", descreve o pesquisador.

Superliga de nióbio

Devido ao altíssimo ponto de fusão, o nióbio é utilizado na produção de materiais estruturais sólidos, na construção de turbinas de termelétricas e em sistemas de propulsão da indústria aeronáutica e aeroespacial, e em mais uma série de outras utilizações.

Outro exemplo é na fabricação de ligas supercondutoras - sem resistência à passagem de corrente elétrica - para peças de tomógrafos por ressonância magnética nuclear.

Cerca de 90% das reservas mundiais de nióbio economicamente viáveis de exploração estão localizadas no Brasil, principalmente na cidade de Araxá, em Minas Gerais. Recentemente ele foi listado na "lista de risco" dos metais mais raros da Terra.

Atualmente, grande parte da indústria utiliza as superligas de níquel para estas aplicações, cuja temperatura de trabalho é, no máximo, de aproximadamente 1.150°C.

"Porém, estas ligas já são aplicadas em ambientes cuja temperatura é próxima de seus pontos de fusão, em torno de 1.350°C, o que limita ganhos adicionais de eficiência das turbinas," comenta o pesquisador, lembrando que o preço das superligas de nióbio ainda é muito elevado.

Quanto maior for a temperatura com que uma turbina puder trabalhar, maior será sua eficiência energética.

No caso de uma termelétrica, por exemplo, a turbina converte o gás natural em energia elétrica. Nessa conversão, se for usado menos combustível, serão gerados menos poluentes. Por isso, os aspectos ecológico e econômico da proposta de se desenvolver novas superligas a base de nióbio são tão interessantes.





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