O que é uma liga de cobre e níquel?

CuproníquelA liga de cobre-níquel, muitas vezes referida como liga de cobre-níquel, é um grupo de ligas que consistem principalmente em cobre e níquel, com composições variáveis adaptadas a aplicações específicas. Normalmente, estas ligas contêm entre 60% e 90% de cobre, enquanto o níquel constitui a parte restante, por vezes com elementos adicionados como o ferro e o manganês para melhorar propriedades específicas como a força e a resistência à corrosão.

Esta liga é apreciada pela sua notável resistência à corrosão pela água do mar, excelente condutividade térmica e propriedades antimicrobianas. Devido à sua composição equilibrada, o cuproníquel é amplamente utilizado em indústrias que vão desde a engenharia naval até à cunhagem de moedas e instrumentação.

O aspeto do cuproníquel varia de prateado a dourado, consoante o teor de níquel. Quanto maior for a concentração de níquel, mais prateado se torna o metal.

Composição química do cuproníquel

A composição química do cuproníquel define as suas propriedades únicas e a sua adequação a várias aplicações. Segue-se uma descrição dos seus principais componentes:

• Cobre (Cu): Forma 60% a 90% da liga, proporcionando maleabilidade e condutividade térmica.
• Níquel (Ni): Varia de 10% a 30%, aumentando a resistência à corrosão e a força.
• Ferro (Fe): Normalmente inferior a 2%, adicionado para melhorar a força e a resistência à erosão, especialmente na água do mar.
• Manganês (Mn): Normalmente abaixo de 1%, aumenta a resistência ao desgaste e contribui para a durabilidade da liga.
• Outros elementos: Podem ser incluídas quantidades vestigiais de zinco ou estanho em graus especializados para adaptar as propriedades a necessidades industriais específicas.
• Graus comuns:
  • 90/10: ~90% de cobre, 10% de níquel, ~1% de ferro, <1% de manganês.
  • 70/30: ~70% de cobre, 30% de níquel, ~1% de ferro, <1% de manganês.
• Controlo da composição: Durante o fabrico, são mantidas proporções precisas para garantir um desempenho e uma fiabilidade constantes.

Propriedades do cuproníquel

O atrativo do cuproníquel reside nas suas propriedades mecânicas e físicas bem equilibradas, tornando-o adequado para uma vasta gama de aplicações. Segue-se uma descrição pormenorizada das suas principais caraterísticas:

Propriedades mecânicas

• Resistência à tração: Varia consoante o grau, com o cuproníquel 90/10 a oferecer 300-400 MPa e o 70/30 a atingir até 500 MPa, proporcionando uma integridade estrutural robusta.
• Ductilidade: Apresenta um alongamento de 30-40%, o que lhe permite deformar-se sem se fraturar, ideal para formar formas complexas.
• Dureza: A gama de durezas de 70-120 HB (dureza Brinell) garante a resistência ao desgaste e à abrasão em ambientes exigentes.
• Resistência à fadiga: Excelente capacidade para resistir a tensões cíclicas, essencial para componentes de sistemas marítimos e industriais.
• Trabalho de jardinagem: Pode endurecer durante a maquinagem, exigindo uma seleção cuidadosa das ferramentas para manter a precisão e evitar defeitos.

Propriedades físicas

• Resistência à corrosão: Forma uma camada protetora de óxido, oferecendo uma resistência excecional à corrosão, especialmente na água do mar.
• Densidade: Varia entre 8,9 e 8,94 g/cm³, ligeiramente mais denso do que o cobre puro devido ao teor de níquel.
• Condutividade térmica: Cerca de 30-50 W/(m-K), adequado para permutadores de calor e sistemas de gestão térmica.
• Condutividade eléctrica: Cerca de 5-10% de cobre puro, o que limita a sua utilização em aplicações eléctricas de alta condutividade, mas é adequado para utilizações especializadas como os termopares.
• Ponto de fusão: Entre 1100°C e 1240°C, dependendo do teor de níquel, sendo que os graus de níquel mais elevados têm pontos de fusão mais altos.
• Aparência: Branco-prateado com uma ligeira tonalidade dourada, que proporciona um atrativo estético para a cunhagem de moedas e aplicações decorativas.
• Magnetismo: Geralmente não magnético, embora vestígios de ferro em algumas qualidades possam introduzir um ligeiro magnetismo.

Quais são os diferentes graus da liga de cuproníquel?

O desempenho e as propriedades do cuproníquel variam consoante a sua composição. Eis os tipos mais comuns:

C70600(CuNi 90/10)

Esta classe é composta por 90% de cobre e 10% de níquel, com pequenas adições de ferro e manganês. É conhecido pela sua boa resistência à corrosão na água do mar e é normalmente utilizado em aplicações marítimas.

C71500(CuNi 70/30 ）

Com cobre 70% e níquel 30%, este tipo oferece uma força e resistência à corrosão superiores. É ideal para aplicações mais exigentes, como permutadores de calor, condensadores e plataformas offshore.

Outros graus

Classes menos comuns, como 66/30/2/2 (cobre, níquel, ferro, manganês), são adaptadas para aplicações de nicho. Estas podem incluir componentes de elevada resistência para a indústria aeroespacial ou equipamento industrial especializado. Cada classe é cuidadosamente projectada para equilibrar o custo, o desempenho e a resistência ambiental.

A escolha do tipo depende das exigências da aplicação, como a exposição a elementos corrosivos, temperatura ou tensão mecânica. Fabricantes como os da indústria de maquinagem baseiam-se nestas distinções para selecionar a liga certa para componentes de precisão.

Para que é utilizada uma liga de cobre-níquel?

O cuproníquel tem sido amplamente adotado em várias indústrias devido à sua combinação única de propriedades físicas, químicas e mecânicas. Aqui estão algumas das aplicações mais proeminentes:

Aplicações marítimas

A resistência do cuproníquel à água do mar torna-o um material popular para a construção naval, instalações de dessalinização e plataformas petrolíferas offshore. É utilizado em componentes como:

• Tubos de água do mar
• Condensadores
• Permutadores de calor
• Cascos de navios
• Hélices

Eletricidade e instrumentação

Devido à sua excelente condutividade eléctrica e resistência à corrosão, o cuproníquel é utilizado em..:

• Termopares
• Resistências eléctricas
• Tubagem de instrumentação

Moeda

Muitas moedas em todo o mundo são feitas de cuproníquel, uma vez que a liga é durável e visualmente atractiva. Por exemplo, os níqueis americanos e a camada exterior das moedas de 25 e 25 cêntimos são fabricados com esta liga.

Indústria automóvel e aeroespacial

O cuproníquel é utilizado no fabrico de linhas de travões, sistemas de suspensão hidráulica e vários componentes aeroespaciais.

Aplicações médicas

A sua biocompatibilidade torna o cuproníquel adequado para ferramentas e implantes médicos, embora seja menos comum neste domínio em comparação com o titânio e o aço inoxidável.

Vantagens e desvantagens da liga de cobre e níquel

Como qualquer material, o cuproníquel tem os seus pontos fortes e as suas limitações. A sua compreensão ajuda os fabricantes e engenheiros a tomar decisões informadas sobre a sua utilização.

Vantagens

• Resistência à corrosão: A capacidade do cuproníquel para resistir à ferrugem e à corrosão, especialmente na água do mar, é inigualável, tornando-o ideal para aplicações marítimas e industriais.
• Durabilidade: A força e a resistência ao desgaste da liga garantem um desempenho duradouro, reduzindo os custos de manutenção.
• Condutividade térmica: A sua capacidade de transferir calor de forma eficiente é adequada para permutadores de calor e sistemas semelhantes.
• Apelo estético: O brilho prateado do cuproníquel torna-o adequado para aplicações decorativas e para cunhagem de moedas.
• Trabalhabilidade: A liga é relativamente fácil de maquinar, forjar e moldar, permitindo desenhos complexos.

Desvantagens

• Custo: Um teor de níquel mais elevado, como nos graus 70/30, pode tornar o cuproníquel mais caro do que outras ligas como o latão ou o aço inoxidável.
• Trabalho de jardinagem: Durante a maquinagem, a liga pode endurecer, exigindo uma gestão cuidadosa das ferramentas para evitar defeitos.
• Força limitada: Embora durável, o cuproníquel não é tão forte como algumas ligas de alto desempenho, o que limita a sua utilização em aplicações que exigem uma resistência mecânica extrema.

Ao ponderar estes factores, as indústrias podem determinar se o cuproníquel é o material certo para as suas necessidades, equilibrando o desempenho com o custo e os requisitos da aplicação.

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FAQ: Perguntas comuns sobre o cuproníquel