Embora as ligas de cuproníquel tenham sido inicialmente desenvolvidas para tubulações de água do mar resistentes à corrosão, seu uso agora é estendido a uma ampla variedade de aplicações exigentes que podem fazer bom uso de suas características especiais.
Ao procurar novos metais que resistam à corrosão da água salgada, com toda a probabilidade você pode ter se deparado com um grupo de ligas chamadas cuproníquel (Cu-Ni) ou ligas de cobre-níquel. Além de conter cobre e níquel, essas ligas também costumam conter ferro, alumínio, manganês e, em alguns casos, estanho. A resistência à corrosão da água salgada é a principal vantagem dessas maravilhosas ligas metálicas. No entanto, essas ligas estão começando a ser usadas em outras aplicações críticas além dos ambientes marinhos.
A origem da palavra cobre é do latim “cuprum”, que significa “Minério de Chipre”, o que explica o uso do símbolo “Cu” para esse metal. O cobre é um ótimo condutor de calor e eletricidade. Pode ser prontamente fortificado com outros metais para formar diferentes ligas que atendem a vários requisitos de aplicação. As ligas ricas em cobre têm boas características elétricas, como baixo coeficiente térmico, o que significa que a resistência elétrica permanece quase constante em diferentes temperaturas. O níquel na liga ajuda a manter alta resistência mecânica mesmo em temperaturas mais altas. (Como determinar se um determinado material tem alta resistência mecânica é abordado em 6 testes para medir a resistência de um material.)
Principais características das ligas de cuproníquel (Cu-Ni)
As características notáveis de várias ligas de cuproníquel incluem:
- Eles mantêm suas características mecânicas e térmicas em uma ampla faixa de temperatura, desde altas temperaturas até baixas temperaturas criogênicas.
- Por meio de trabalho a frio ou trabalho a quente, eles podem ser formados e acabados em formas e tamanhos geométricos desejados com dimensões precisas e com resistência mecânica desejável.
- Eles têm uma variação mínima de resistência elétrica em relação às mudanças de temperatura (isto é, um baixo coeficiente térmico de resistividade elétrica). Algumas ligas exibem um aumento controlado na resistência com o aumento da temperatura.
- As ligas de cuproníquel têm muito boa resistência à corrosão em água salgada, bem como resistência à erosão e prevenção de incrustações. Gases como cloro, dióxido de enxofre e cloreto de hidrogênio não reagem com essas ligas.
- Ligas contendo maior porcentagem de níquel (pelo menos 15%) têm brilho apresentável, cores e outras características agradáveis.
- Eles são resistentes à corrosão sob tensão (SCC), corrosão por impacto e corrosão por cavitação.
Em geral, as ligas de cuproníquel padrão contêm 10% ou 30% de níquel. Em alguns casos, são utilizadas ligas contendo diferentes porcentagens de níquel, manganês, ferro e outros constituintes. Estudos concluem que uma liga de Cu-Ni com 30% de níquel tem maior resistência mecânica e resistência à corrosão por impacto, enquanto uma liga com 10% de níquel tem resistência superior à bioincrustação.
Usos notáveis para ligas de cuproníquel são discutidos abaixo.
1. Petroquímica, Refinarias e Plantas Químicas
Em fábricas e refinarias químicas, as ligas de cuproníquel contendo manganês e ferro encontraram aplicação em válvulas, corpos de bombas, elementos rotativos como impulsores, componentes de trocadores de calor e peças de máquinas de destilação, equipamentos agitadores, prensas e tubulações resistentes à corrosão. (Descubra outras ideias em Prevenção de Corrosão para Bombas de Água, Válvulas, Rotores e Conexões.)
2. Transporte
No design de aeronaves e automóveis, as ligas de cuproníquel com fortificação de ferro-manganês são escolhidas para componentes como tubos de resfriamento de óleo e lonas de freio com longa vida útil.
Para carros de passageiros e veículos comerciais, as ligas Cu-Ni 10Fe1Mn (cuproníquel com 10% de níquel e fortificadas com ferro e manganês) são usadas para lonas de freio. Essas ligas também são usadas para resfriadores e suspensões hidráulicas.
3. Processamento de Alimentos
No processo de produção de açúcar, as ligas metálicas de cuproníquel são usadas para fabricar aquecedores de água, agitadores e sistemas de embalagem. No processamento de frutas, eles são usados para fazer misturadores, canos e bisnagas, peneiras de suco e filtros.
4. Plantas Têxteis e Fábricas de Papel
Em fábricas de papel, impressoras e fábricas têxteis, os acessórios de tubos anticorrosivos, recipientes de processo, rolos e tubos feitos de ligas de cuproníquel são preferidos devido à sua resistência à corrosão e à erosão, bem como às suas características mecânicas.
5. Aplicações de metais semipreciosos
As ligas de cobre-níquel são usadas em cunhagem devido à sua longa vida útil, baixo risco de alergia, características antimicrobianas, estampabilidade, alta maleabilidade, qualidade de acabamento, precisão dimensional, cor, boa aparência a longo prazo (resistência a manchas) e resistência à corrosão. Portanto, as ligas de cuproníquel com manganês na faixa de 0,05% a 0,4% e 25% de níquel são frequentemente usadas como metais semipreciosos na produção de medalhões e moedas.
Nos Estados Unidos, a liga Cu-Ni com 12% de níquel foi inicialmente usada como material de cunhagem, que posteriormente foi alterada para uma composição de 25% de níquel. Na Alemanha, são produzidas moedas de material Cu-Ni de 3 camadas. Estes consistem em um núcleo de níquel com uma camada de liga de cuproníquel (CuNi25) em ambos os lados para garantir uma propriedade magnética específica para distinguir as moedas alemãs das moedas falsas em máquinas automáticas de verificação de moedas. As ligas de cuproníquel também são usadas para fabricar itens de joalheria, talheres banhados a prata, peças de fechaduras preciosas de alta qualidade, peças valiosas de equipamentos médicos e peças de instrumentos musicais.
6. Como revestimento em ambientes marinhos
Por causa de suas características de resistência à corrosão e resistência à bioincrustação, as ligas de cobre-níquel com 10% ou 30% de níquel são usadas como material de revestimento para telas de entrada de água salgada, pernas de plataformas offshore de petróleo e gás e cascos de navios comerciais e navais. Essas ligas garantem suavidade consistente para os cascos dos navios, ao contrário do aço, que causa a formação de superfícies ásperas do casco e complicações de bioincrustação, resultando em perda de velocidade do navio e eficiência de combustível. Assim, o revestimento de cuproníquel no casco melhora o desempenho da velocidade do navio, minimizando os gastos com combustível.
Ligas de cuproníquel contendo ferro e manganês são escolhidas como revestimento para zonas de respingo e zonas submersas de plataformas offshore e navios. (Leitura relacionada: Uma introdução à corrosão de oleodutos na água do mar.) Essas ligas também são usadas como revestimento em botes salva-vidas.
7. Novas Aplicações
As ligas de cuproníquel foram inicialmente desenvolvidas como material resistente à corrosão para tubulações de água salgada e condensadores na construção naval. Seu uso agora é estendido aos componentes do sistema de tubulação de água do mar, como bombas, válvulas e conexões, bem como à tubulação de sistemas de combate a incêndio, sistemas de resfriamento, trocadores de calor e unidades de saneamento. Essas ligas também são escolhidas para fazer tubos hidráulicos, tubos de óleo combustível e tubos de óleo lubrificante de navios comerciais e navais.
8. Aplicações Elétricas
A liga de cuproníquel CuNi44 tem um coeficiente térmico mínimo (resistividade elétrica máxima); portanto, é usado em aplicações onde as variações de resistência elétrica devido a mudanças de temperatura devem ser minimizadas. Exemplos de aplicação da liga incluem requisitos de laboratório de medição, como resistores de precisão (padrão) e resistores de derivação e série usados em instrumentos elétricos. A liga também é usada em termopares.
Aplicações em que a resistência deve ter uma taxa de variação proporcional às variações de temperatura se beneficiam da liga de cuproníquel CuNi30Mn (DIN 17471). Resistências de partidas de motores, resistências de carga e resistências de circuitos de controle são exemplos desta aplicação.
A liga CuNi9Sn2 é escolhida para fazer peças de relés, interruptores de corrente de luz e contatos devido às suas características de relaxamento tipo mola. A liga CuNi5Al4Mn2 também encontra aplicações em instrumentos de navegação e interruptores.
As ligas de cuproníquel com até 10% de níquel são as escolhidas para a fabricação de cabos de aquecimento.
9. Plataformas Offshore de Petróleo, Petróleo e Gás
As ligas de cuproníquel são resistentes à corrosão em frestas causada por cloretos e corrosão sob tensão (SCC) causada pela água do mar. Portanto, eles são preferidos para instalações offshore situadas em locais de clima quente.
10. Aplicações criogênicas e plantas de dessalinização
Ligas de cuproníquel não apresentam fragilização em temperaturas criogênicas. Como há uma alteração mínima nas propriedades mecânicas, como alongamento em baixas temperaturas, essas ligas são adequadas para aplicações em baixas temperaturas.
Nas usinas de dessalinização de água salgada, ligas de cuproníquel são usadas para fazer tubos evaporadores e corpos de centrífuga. Essas ligas também são usadas para fazer aquecedores de salmoura, tubos de evaporação, unidades de rejeição de calor e recuperação de calor.
11. Engenharia Mecânica
Engenheiros mecânicos selecionam ligas de cuproníquel com ferro para condensadores de vapor, sistemas de resfriamento de óleo e ar, superaquecedores de água de alimentação, engrenagens helicoidais e pás de turbinas em casas de força. As aplicações mais recentes para essas ligas incluem eixos altamente carregados (alta resistência), fixadores, mancais tipo bucha, componentes de bombas, peças de perfuração e caixas de engrenagens.
Conclusão
Embora as ligas de cuproníquel tenham sido inicialmente desenvolvidas para tubulações de água do mar resistentes à corrosão, seu uso agora é estendido a uma ampla variedade de aplicações exigentes que podem fazer bom uso de suas características especiais.