Metais Não Ferrosos: Estrutura, Tipos, Características
Os metais não-ferrosos são todos aqueles que não possuem ou têm quantidades insignificantes de ferro. Estes, em diferentes proporções de massa, são usados para a criação de ligas que exibem melhores propriedades físicas do que os 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 esta razão, eles funcionam melhor como base e aditivo para ligas.
O bronze é uma liga não ferrosa; Consiste principalmente de 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 azul-esverdeados.
Por exemplo, a Estátua da Liberdade é coberta por camadas de carbonatos de cobre (CuCO 3 ) conhecidos como pátina. Em geral, todos os metais são oxidados. Dependendo da estabilidade de seus óxidos, eles protegem em maior ou menor grau as ligas contra corrosão e fatores externos.
Estrutura
O ferro é apenas um dos metais na natureza, portanto as estruturas e ligas de metais não-ferrosos são mais diversificadas.
Entretanto, sob condições normais, a maioria dos metais possui três estruturas cristalinas estabelecidas por suas ligações metálicas: hexagonal compacto (hcp), cúbico compacto (ccp) e cúbico centrado no corpo (bcc).
Compacto hexagonal (hcp)
Nesta estrutura, os átomos de metal são empacotados na forma de um prisma hexagonal, aproveitando assim todos os espaços.
De todas as estruturas, esta é a mais densa, de modo que se pode esperar que, da mesma forma, os metais que a possuem. Neste, todos os átomos são cercados por doze vizinhos.
Exemplos
- Titânio (Ti).
- Zinco (Zn).
- Magnésio (Mg).
- Cádmio (Cd).
- Cobalto (Co).
- Rutênio (Ru).
- Osmio (Os).
- Metais alcalino-terrosos (com excepção do bário e do francium).
Compacto cúbico (ccp)
Essa estrutura cristalina é menos densa que a do hcp e, neste, cada átomo é cercado por doze vizinhos.
Aqui, os interstícios (espaços vazios) são maiores do que no caso do hcp, então esses metais podem conter essas moléculas e pequenos átomos (como o hidrogênio molecular, H 2 ).
Exemplos
- Alumínio (Al).
- Níquel (Ni)
- prata (Ag).
- Cobre (Cu).
- ouro (Au).
- Ródio (Rh).
- irídio (ir).
Cúbico centrado no corpo (bcc)
Das três estruturas, esta é a menos densa e compacta, sendo ao mesmo tempo a que apresenta os interstícios de volumes maiores.
Portanto, acomoda mais facilmente pequenas moléculas e átomos. Da mesma forma, neste cubo, cada átomo é cercado por oito vizinhos.
Exemplos
- Vanadio (V).
- Nióbio (Nb).
- Cromo (Cr).
- metais alcalinos.
- Tungstênio (W).
Além disso, existem outras estruturas, como a simples cúbica e outras mais complexas, que consistem em matrizes menos densas ou distorcidas das três primeiras. No entanto, as estruturas cristalinas acima aplicam-se apenas a metais puros.
Sob condições de alta impureza, 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 e a manipulação exatos 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, estes são divididos em duas subclasses: aqueles com pontos de fusão médios e aqueles com altos pontos de fusão.
Outros tipos de metais não ferrosos correspondem a metais nobres (ou preciosos). Exemplos destes são metais com estruturas ccp (com exceção do alumínio, níquel e outros).
Da mesma forma, os metais de terras raras são considerados não-ferrosos (cério, samário, escândio, ítrio, túlio, gadolínio, etc.). Finalmente, os metais radioativos também contam como não-ferrosos (polônio, plutônio, rádio, frâncio, astato, radônio, etc.).
Características e propriedades
Embora as características e propriedades dos metais variem em seus estados puros e em ligas, elas apresentam generalidades que os diferenciam dos metais ferrosos:
- São maleáveis e excelentes condutores elétricos e térmicos.
- Eles são menos afetados por tratamentos térmicos.
- Eles têm maior resistência contra oxidação e corrosão.
- Eles não apresentam tanto paramagnetismo, o que permite que sejam materiais utilizados para aplicações eletrônicas.
- Seus processos de fabricação são mais fáceis, incluindo fundição, soldagem, forjamento e laminação.
- Eles têm colorações mais atraentes, então eles encontram usos como elementos ornamentais; 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
O cobre tem sido usado para uma ampla variedade de aplicações devido às suas propriedades vantajosas, como suas altas condutividades térmicas e elétricas.
É resistente, maleável e dúctil, por isso pode ser obtido a partir de muitos projetos práticos: de canos a frascos e moedas. Também tem sido usado no reforço da quilha de barcos, e encontra muito uso na indústria elétrica.
Embora em seu estado puro seja muito macio, suas ligas (entre estes latão e bronze) são mais resistentes e protegidas por camadas de Cu 2 O (óxido avermelhado).
Alumínio
É um metal que é considerado leve devido à sua baixa densidade; Possui altas condutividades térmicas e elétricas e é resistente à corrosão graças à camada de Al 2 O 3 que protege sua superfície.
Dadas as suas propriedades, é um metal ideal, especialmente na aeronáutica, na indústria automotiva e de construção, entre outros.
Zinco e Magnésio
Ligas de zinco (como KAYEM, com 4% de alumínio e 3% de cobre por massa) são usadas para a fabricação de peças fundidas complexas. Destina-se a obras de construção e engenharia.
No caso do magnésio, suas ligas têm aplicações em arquitetura, bem como carcaças de bicicletas, parapeitos de pontes e estruturas soldadas.
Ele também é usado na indústria aeroespacial, em máquinas de alta velocidade e em equipamentos de transporte.
Titânio
O titânio forma ligas levemente leves. São super resistentes e protegidos da corrosão por uma camada de TiO 2 . Sua extração é cara e tem uma estrutura cristalina de mais de 882 ° C.
Além disso, é biocompatível, razão pela qual pode ser usado como material para implantes e implantes médicos. Além disso, o titânio e suas ligas estão presentes no maquinário, na marinha, em componentes de jatos e em reatores químicos.
Superligas
Superligas são fases sólidas muito resistentes compostas de níquel (como metal base) ou cobalto.
São usados como palhetas em turbinas e motores de aeronaves, em materiais para reatores que resistem a reações químicas agressivas e em equipamentos de troca de calor.
