Metais Não Ferrosos: Estrutura, Tipos, Características

Os não – metais ferrosos são aqueles que não têm ou insignificantes quantidades de ferro. Estes, em diferentes proporções de massa, são utilizados para a criação de ligas que exibem melhores propriedades físicas do que metais individuais.

Assim, suas estruturas cristalinas e interações metálicas são a pedra angular das aplicações de ligas não ferrosas. No entanto, esses metais puros encontram menos usos porque são muito sensíveis e reativos. Por esse motivo, eles funcionam melhor como base e aditivo para ligas.

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O bronze é uma liga não ferrosa; Consiste principalmente em uma mistura dourada de cobre e estanho (estátua na imagem acima). O cobre na liga oxida e forma CuO, um composto que escurece sua superfície dourada. Em ambientes úmidos, o CuO hidrata e absorve dióxido de carbono e sais para formar compostos verde-azulados.

Por exemplo, a Estátua da Liberdade é coberta por camadas de carbonatos de cobre (CuCO 3 ), conhecidas como pátina. Em geral, todos os metais oxidam. Dependendo da estabilidade de seus óxidos, eles protegem as ligas em menor ou maior grau contra a corrosão e fatores externos.

Estrutura

O ferro é apenas um de todos os metais da natureza; portanto, as estruturas e ligas de metais não ferrosos são mais diversas.

No entanto, em condições normais, a maioria dos metais possui três estruturas cristalinas estabelecidas por suas ligações metálicas: hexagonal compacta (hcp), cúbica compacta (ccp) e cúbica centralizada no corpo (cco).

Compacto hexagonal (hcp)

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Nesta estrutura, os átomos de metal são empacotados na forma de um prisma hexagonal, aproveitando assim todos os espaços.

De todas as estruturas, essa é a mais densa; portanto, pode-se esperar que, da mesma maneira, sejam os metais que a possuem. Nisso, todos os átomos são cercados por doze vizinhos.

Exemplos

– Titânio (Ti).

– Zinco (Zn).

– Magnésio (Mg).

– Cádmio (Cd).

– Cobalto (Co).

– Rutênio (Ru).

– Osmio.

– Metais alcalino-terrosos (exceto bário e francium).

Cúbico compacto (ccp)

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Essa estrutura cristalina é menos densa que o hcp, e nisso cada átomo é cercado por doze vizinhos.

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Aqui, os interstícios (espaços vazios) são maiores do que no caso do HCP, de modo que estes metais podem conter estas moléculas e átomos pequenos (tais como o hidrogénio molecular, H 2 ).

Exemplos

– Alumínio (Al).

– Níquel (Ni).

– Prata (Ag).

– cobre (Cu).

– ouro (Au).

– Ródio (Rh).

– Irídio (Go).

Cúbico centrado no corpo (cco)

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Das três estruturas, essa é a menos densa e compacta, sendo ao mesmo tempo a que apresenta os interstícios de maiores volumes.

Portanto, acomoda moléculas e pequenos átomos com mais facilidade. Além disso, neste cubo, cada átomo é cercado por oito vizinhos.

Exemplos

– Vanádio (V).

– Nióbio (Nb).

– Cromado (Cr).

– metais alcalinos.

– Tungstênio (W).

Além disso, existem outras estruturas, como as cúbicas simples e as mais complexas, que consistem em arranjos menos densos ou distorcidos dos três primeiros. No entanto, as estruturas cristalinas acima aplicam-se apenas a metais puros.

Sob condições de impureza, alta pressão e temperatura, esses arranjos são distorcidos e, quando são componentes de uma liga, interagem com outros metais para gerar novas estruturas metálicas.

De fato, o conhecimento exato e a manipulação desses arranjos permitem o projeto e a elaboração de ligas com propriedades físicas desejadas para uma finalidade específica.

Tipos

Em termos muito gerais, os metais não ferrosos podem ser classificados em três tipos: pesado (chumbo), leve (cobre e alumínio) e ultraleve (magnésio). Por sua vez, estas são divididas em duas subclasses: as de pontos de fusão médios e as de pontos de fusão altos.

Outros tipos de metais não ferrosos correspondem a metais nobres (ou preciosos). Exemplos destes são metais com estruturas ccp (exceto alumínio, níquel e outros).

Da mesma forma, metais de terras raras são considerados não ferrosos (cério, samário, escândio, ítrio, túlio, gadolínio, etc.). Por fim, os metais radioativos também contam como não ferrosos (polônio, plutônio, rádio, francium, astatina, radônio etc.).

Características e propriedades

Embora as características e propriedades dos metais variem em seus estados puros e ligas, elas têm generalidades que os diferenciam dos metais ferrosos:

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– São condutores elétricos e térmicos maleáveis ​​e excelentes.

– Eles são menos afetados por tratamentos térmicos.

– Eles têm maior resistência contra oxidação e corrosão.

– Eles não possuem tanto paramagnetismo, o que lhes permite ser materiais utilizados para aplicações eletrônicas.

– Seus processos de fabricação são mais fáceis, incluindo fundição, soldagem, forjamento e laminação.

– Eles têm cores mais atraentes, então encontram usos como elementos decorativos; Além disso, eles são menos densos.

Algumas de suas desvantagens em relação aos metais ferrosos são: baixa resistência, altos custos, menor demanda e menor abundância mineralógica.

Exemplos

Na indústria metalúrgica, existem muitas opções na fabricação de metais e ligas não ferrosas; As mais comuns são: superligas à base de cobre, alumínio, zinco, magnésio, titânio e níquel.

Cobre

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O cobre tem sido utilizado para uma ampla variedade de aplicações devido às suas propriedades vantajosas, como suas altas condutividades térmicas e elétricas.

É resistente, maleável e dúctil, podendo ser obtidos muitos projetos práticos: de tubos a jarros e moedas. Também tem sido utilizado no reforço da quilha de navios e tem grande utilidade na indústria elétrica.

Embora em seu estado puro seja muito macio, suas ligas (entre latão e bronze) são mais resistentes e protegidas por camadas de Cu 2 O (óxido avermelhado).

Alumínio

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É um metal que é considerado leve devido à sua baixa densidade; Possui alta condutividade térmica e elétrica e é resistente à corrosão graças à camada de Al 2 O 3 que protege sua superfície.

Dadas suas propriedades, é um metal ideal, especialmente na aeronáutica, na indústria automotiva e de construção, entre outros.

Zinco e magnésio

Ligas de zinco (como a KAYEM, com 4% de alumínio e 3% de cobre em massa) são usadas para fabricar peças fundidas complexas. Destina-se a obras de construção e engenharia.

No caso do magnésio, suas ligas têm aplicações na arquitetura, bem como em caixas de bicicletas, em parapeitos de pontes e em estruturas soldadas.

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Também encontra uso na indústria aeroespacial, em máquinas de alta velocidade e em equipamentos de transporte.

Titânio

O titânio forma ligas levemente leves. Eles são super resistentes e protegidos da corrosão por uma camada de TiO 2 . Sua extração é cara e possui uma estrutura cristalina bcc acima de 882 ° C.

Além disso, é biocompatível, podendo ser utilizado como material para próteses e implantes médicos. Além disso, o titânio e suas ligas estão presentes em máquinas, no mar, nos componentes de jatos e nos reatores químicos.

Super Ligas

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Super ligas são fases sólidas muito fortes compostas de níquel (como metal base) ou cobalto.

Eles são usados ​​como palhetas de vento em turbinas e motores de aeronaves, em materiais para reatores que suportam reações químicas agressivas e em equipamentos de trocadores de calor.

Referências

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