Aluno da USP desenvolve estudos sobre liga de nióbio-titânio

O aluno de Mestrado, Andrei Marx Ferreira, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica, da Universidade de São Paulo (Poli/USP), com orientação do professor Angelo Fernando Padilha, do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Poli, desenvolveu estudos para sua dissertação sobre o processamento da liga nióbio-titânio (Nb-Ti). O intuito da pesquisa foi compreender os fenômenos existentes em torno do uso desta liga para facilitar seu processamento e auxiliar na ampliação de sua utilização.

A liga nióbio-titânio é um produto metálico formado pela junção dos elementos químicos nióbio e titânio. O processamento tem início com a fusão dos dois metais e a preparação da liga em forno de feixe eletrônico. Em seguida, há a etapa de processamento mecânico e térmico, quando ocorrem os fenômenos de recuperação e recristalização, tema central da dissertação. Essa liga é muito utilizada, principalmente, em duas vertentes, os implantes ortopédicos e os cabos supercondutores, que são usados em equipamentos como o de ressonância magnética.

Ideias centrais para o desenvolvimento da dissertação

A primeira ideia que surgiu e resultou na decisão do tema para a dissertação refere-se à percepção de que o Brasil é detentor de mais de 95% das reservas exploradas de nióbio e controla mais de 80% da oferta mundial deste metal. Entretanto, os principais compostos que contêm nióbio, não são produtos finais, como é o caso das ligas ferro-nióbio e níquel-nióbio, as quais são adicionadas em aços e em outras ligas metálicas.

“As ligas de nióbio têm um mercado bem menor, mas são portadoras de alto valor tecnológico e suas propriedades permitem o seu uso em aplicações de tecnologia avançada”, explica Andrei. Contudo, são materiais mais caros que as ligas ferro-nióbio e níquel-nióbio. Isto ocorre devido ao elevado teor de nióbio contido no produto final e ao método de processamento mais sofisticado utilizado.

Por estas razões, o estudante resolveu realizar estudos para ampliar os conhecimentos sobre a liga nióbio-titânio, que possui uma elevada quantidade de nióbio, e entender os fenômenos que ocorrem durante sua produção e uso. Com isso, o aluno pretende auxiliar na otimização das propriedades e no aumento da utilização dessa liga.

Liga nióbio-titânio e descobertas conquistadas

Durante o Mestrado, Andrei focou seus estudos nos fenômenos de recuperação e de recristalização da liga nióbio-titânio. “Quando materiais metálicos são deformados, eles se tornam mais duros. Os metalurgistas usam o termo técnico “encruamento” para este endurecimento por deformação. Se o material encruado é aquecido, ele amolece por dois mecanismos distintos, recuperação e recristalização”, expõe o estudante. Os processos de recuperação e recristalização são essenciais para a obtenção de filamentos condutores de nióbio-titânio, além de aperfeiçoarem a microestrutura e as propriedades da liga.

Estes fenômenos podem ser usados para otimizar as características dos filamentos supercondutores, assim, como as interligadas aos implantes ortopédicos. “A supercondutividade é uma propriedade de determinados materiais que perdem a resistência à corrente elétrica em temperaturas extremamente baixas”, comenta o aluno. Além disso, as correntes elétricas altas podem ser mantidas nos supercondutores, possibilitando a geração de altos campos magnéticos.

Essas características dos supercondutores permitem que a liga de nióbio-titânio seja utilizada para produção de cabos que compõem diversos aparelhos, como de ressonância magnética, reatores experimentais de fusão nuclear e aceleradores de partículas. A liga também possui as propriedades mecânicas e de biocompatibilidade que contribuem para a sua utilização na produção de implantes ortopédicos.

Durante as pesquisas para dissertação, o estudante identificou que existe uma faixa de temperaturas, na qual é possível aplicar tratamentos mecânicos e térmicos, com o objetivo de melhorar as propriedades da liga.

O aluno Andrei Ferreira defendeu o seu Mestrado no início do mês de junho de 2021. O tema da dissertação já era estudado pelo seu orientador e seus orientandos desde 1986. Em razão disso, o docente e o estudante almejam que essa pesquisa possa ampliar as oportunidades para a otimização das propriedades das ligas que envolvem o metal nióbio.