Niobio

De hecho, al igual que todos los demás metales, el niobio es gris. Sin embargo, al aplicar una capa de óxido pasivante, hacemos que este metal brille en una bella gama de colores. Pero el niobio no solo es decorativo. Al igual que el tántalo, es resistente a muchas sustancias químicas y se puede conformar con facilidad, incluso a bajas temperaturas.

El niobio se distingue por su alta resistencia junto con un peso relativamente reducido. Utilizamos este material para fabricar insertos para monedas en todos los colores, navetas de evaporación resistentes a la corrosión para el uso en la tecnología de revestimiento y crisoles con una elevada estabilidad dimensional para el crecimiento de diamantes. Gracias a su alto nivel de biocompatibilidad, el niobio se utiliza también como material para implantes. Por su alta temperatura de transición, el niobio es un material perfecto para cables superconductores e imanes.

alambre de Niobio
alambre de Niobio
alambre de Niobio
Aplicaciones de Niobio
Número atómico41
Número CAS7440-03-1
Masa atómica92.91
Punto de fusión2 468 °C
Punto de ebullición4 900 °C
Volumen atómico0.0180 [nm³]
Densidad a 20 °C8.55 [g/cm³]
Estructura cristalinacúbica centrada en el espacio
Constante de entramado0.3301 [nm]
Abundancia en la corteza terrestre20.0 [g/t]

Pureza garantizada.

Puede confiar en nuestra calidad. Utilizamos solamente el niobio más puro como materia prima. Esto garantiza que usted se beneficiará de un alto nivel de pureza del material.

Aplicaciones
Aplicaciones
Niobio
Niobio
Propiedades de Niobio
Propiedades
Presencia natural y preparación
Presencia

Monedas y diamantes. Aplicaciones para el niobio.

Las aplicaciones del niobio son tan diversas como las propiedades del material. A continuación presentaremos brevemente dos de ellas:

Valioso y brillando en todos los colores.

En la producción de monedas, el niobio se presenta con su mejor aspecto. Por medio de un proceso de anodización se forma una delgada capa de óxido sobre el núcleo de niobio. La refracción de la luz incidente hace brillar la capa en una gama de diferentes colores. Es posible influir en estos colores modificando el grosor de la capa. Desde rojo hasta azul, todos los colores son posibles.

Excelente conformabilidad y resistencia.

Su alto nivel de resistencia y excelente conformabilidad convierten al niobio en el material perfecto para los crisoles que se utilizan para la fabricación de diamantes policristalinos sintéticos (PCD). Nuestros crisoles de niobio se utilizan para la síntesis a alta presión y alta temperatura.

Niobio puro para la fundición.

Suministramos nuestro niobio listo para la fundición en forma de chapa, cinta o barra. También fabricamos con mucho gusto piezas complejas. Nuestro niobio puro tiene las siguientes propiedades:

  • Punto de fusión elevado de 2468 °C
  • Alta ductilidad a temperatura ambiente
  • Recristalización entre 850 °C y 1300 °C (en función del nivel de deformación y pureza)
  • Alta resistencia a soluciones acuosas y metales fundidos
  • Alta solubilidad para carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno (riesgo de fragilización)
  • Superconductividad
  • Alto nivel de biocompatibilidad

Bueno y universal: las propiedades de material del niobio.

El niobio pertenece al grupo de los metales refractarios. Los metales refractarios son metales que tienen un punto de fusión superior al del platino (1772 °C). En los metales refractarios, la energía que enlaza los átomos individuales es particularmente alta. Los metales refractarios tienen un punto de fusión elevado junto con una baja presión de vapor, un alto módulo de elasticidad y una elevada estabilidad térmica. Los metales refractarios se caracterizan también por subajo coeficiente de expansión térmica. En comparación con otros metales refractarios, el niobio tiene una densidad relativamente baja de tan solo 8,6 g/cm³

En la tabla periódica, el niobio está ubicado en el mismo período que el molibdeno. En consecuencia, su densidad y su punto de fusión son comparables a los del molibdeno. Al igual que el tántalo, el niobio tiende a la fragilización por hidrógeno. Por este motivo, el tratamiento térmico del niobio tiene lugar en un alto vacío, no en una atmósfera de hidrógeno. Tanto el niobio como el tántalo ofrecen también un alto nivel de resistencia contra todos los ácidos y una buena conformabilidad.

Con -263,95 °C, el niobio tiene la temperatura de transición más alta de todos los elementos. Por debajo de esta temperatura, el niobio es superconductor. Además, el niobio se distingue por una gama de propiedades muy especiales:

Propiedades
Número atómico41
Masa atómica92.91
Punto de fusión 2 468 °C / 2 741 K
Punto de ebullición4 900 °C / 5 173 K
Volumen atómico 1,80 · 10-29[m3]
Presión de vapora 1 800 °C a 2 200 °C 5 · 10-6 [Pa]
4 · 10-3 [Pa]
Densidad a 20 °C (293 K) 8.55 [g/cm3]
Estructura cristalinacúbica centrada en el espacio
Constante de entramado 3.294 · 10-10 [m]
Dureza a 20 °C (293 K)deformado recristalizado 110 - 180 [HV10]
60 - 110 [HV10]
Módulo de elasticidad a 20 °C (293 K) 104 [GPa]
Coeficiente de Poisson0.35
Coeficiente de expansión térmica lineal a 20 °C (293 K) 7.1 · 10-6 [m/(m·K)]
Conductividad térmica a 20 °C (293 K) 52 [W/(m·K)]
Calor específico a 20 °C (293 K) 0.27 [J/(g·K)]
Conductividad eléctrica a 20 °C (293 K)7 · 106 [1/(Ω·m)]
Resistencia eléctrica específica a 20 °C (293 K)0.14 [(Ω·mm2)/m]
Velocidad del sonido a 20 °C (293 K)Onda longitudinal Onda transversal4 900 [m/s]
2 100 [m/s]
Emisión de electrones4.3 [eV]
Sección de captura para neutrones térmicos 1.15 · 10-28 [m2]
Temperatura de recristalización (tiempo de recocido:1 hora)850 - 1 300 °C
Superconductividad (temperatura de transición) < -263.95 °C
/ < 9.2 K

Propiedades termofísicas.

Al igual que todos los metales refractarios, el niobio tiene un punto de fusión elevado y una densidad relativamente alta. La conductividad térmica del niobio se encuentra en el mismo rango que la del tántalo, pero es inferior a la del tungsteno. El coeficiente de expansión térmica del niobio es superior que el del tungsteno, pero mucho inferior al del hierro o del aluminio.

Las propiedades termofísicas del niobio cambian en función de la temperatura:

Coeficiente de expansión térmica lineal del niobio y del tántalo
Capacidad de calor específica del niobio y del tántalo
Conductividad térmica del niobio y del tántalo

Propiedades mecánicas.

Las propiedades mecánicas del niobio dependen principalmente de su pureza y, en particular, de su contenido de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y carbono. Incluso bajas concentraciones de estos tres elementos pueden tener un efecto muy significativo. El proceso de fabricación, el nivel de deformación y el tratamiento térmico son otros factores que modifican las propiedades de material del niobio.

Al igual que casi todos los metales refractarios, el niobio posee un entramado cúbico centrado en el espacio. La temperatura de transición de quebradizo a dúctil del niobio es inferior a la temperatura ambiente. En consecuencia, el niobio es muy fácil de conformar.

A temperatura ambiente, el niobio tiene un alargamiento de rotura de más del 20 %. Al aumentar la deformación se vuelve más resistente y duro, pero al mismo tiempo se va reduciendo el alargamiento de rotura del material. Aunque el material pierda ductilidad, no se vuelve quebradizo.

Con 104 GPa a temperatura ambiente, el módulo de elasticidad del niobio es inferior al del tungsteno, del molibdeno o del tántalo. El módulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura. Alrededor de 1800 °C, el valor es de 50 GPa.

Módulo de elasticidad del niobio comparado con el del tungsteno, del molibdeno y del tántalo.

Gracias a su alto nivel de ductilidad, el niobio es muy apropiado para procesos de conformado, tales como flexión, estampado, prensado o embutición profunda. Para evitar la soldadura en frío conviene trabajar con herramientas de acero o de metal duro. Es muy difícil realizar procesos de corte con niobio. La viruta no se rompe limpiamente. Por este motivo recomendamos utilizar herramientas equipadas con guía de arranque de viruta. El niobio ofrece una excelente soldabilidad en comparación con el tungsteno y el molibdeno.

¿Tiene alguna pregunta sobre el procesamiento mecánico de los metales refractarios? Estaríamos encantados de ayudarle con nuestra larga experiencia.

Comportamiento químico.

Por naturaleza, el niobio está cubierto por una densa capa de óxido. Esta capa de óxido protege al material y presta al niobio un nivel de resistencia a la corrosión muy elevado. Solo hay muy pocas sustancias inorgánicas a las cuales el niobio no sea resistente a temperatura ambiente: ácido sulfúrico concentrado, flúor, fluoruro de hidrógeno, ácido fluorhídrico y ácido oxálico. El niobio es resistente a las soluciones acuosas de amoníaco.

Las soluciones alcalinas, el hidróxido sódico fundido y el hidróxido potásico atacan al niobio. También los elementos en disoluciones intersticionales, particularmente el hidrógeno, pueden fragilizar al niobio. La resistencia a la corrosión del niobio desciende al aumentar la temperatura y en contacto con soluciones que consistan de una variedad de sustancias químicas. A temperatura ambiente, el niobio es totalmente resistente a todas las sustancias no metálicas, con excepción del flúor. Sin embargo, a temperaturas superiores a aprox. 150 °C, el niobio reacciona con cloro, bromo, yodo, azufre y fósforo.

Resistencia a la corrosión por agua, soluciones acuosas y no metales
AguaAgua caliente < 150 °Cresistente
Ácidos inorgánicos Ácido clorhídrico < 30 % hasta 110 °CÁcido sulfúrico < 98 % hasta 100 °CÁcido nítrico < 65 % hasta 190 °CÁcido fluorhídrico < 60 %Ácido fosfórico < 85 % hasta 90 °Cresistenteresistenteresistenteno resistenteresistente
Ácidos inorgánicos Ácido acético < 100 % hasta 100 °CÁcido oxálico < 10 %Ácido láctico < 85 % hasta 150 °CÁcido tartárico < 20 % hasta 150 °Cresistenteno resistenteresistenteresistente
LejíasÁcido tartárico < 5 %Hidróxido potásico < 5 %Soluciones de amoníaco < 17 % hasta 20 °Ccarbonato de sodio < 20 % hasta 20 °Cno resistenteno resistenteresistenteresistente
Soluciones salinas Cloruro de amonio < 150 °CCloruro de calcio < 150 °CCloruro férrico < 150 °CCloruro potásico < 150 °CFluidos corporales < 150 °CSulfato de magnesio < 150 °CNitrato sódico < 150 °CCloruro de estaño < 150 °Cresistenteresistenteresistenteresistenteresistenteresistenteresistenteresistente
No metalesFlúorCloro < 100 °CBromo < 100 °CYodo < 100 °CAzufre < 100 °CFósforo < 100 °C Boro < 800 °Cno resistente resistenteresistenteresistenteresistenteresistenteresistente

 

 

El niobio es resistente a una serie de fundiciones de metal, tales como Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, K, Li, Mg, Na y Pb, siempre que dichas fundiciones tengan un bajo contenido de oxígeno. Al, Fe, Be, Ni, Co, así como Zn y Sn afectan al niobio.

Resistencia a la corrosión por metales fundidos
Aluminiono resistenteLitio resistant at < 1 000 °C
Beriliono resistenteMagnesio resistant at < 950 °C
Plomo resistant at < 850 °CSodio resistant at < 1 000 °C
Cadmio resistant at < 400 °CNíquelno resistente
Cesio resistant at < 670 °CMercurio resistant at < 600°C
Hierrono resistentePlata resistant at < 1 100 °C
Galio resistant at < 400 °CBismuto resistant at < 550°C
Potasio resistant at < 1 000 °CZincno resistente
Cobre resistant at < 1 200 °CEstañono resistente
Cobaltono resistente

 

El niobio no reacciona con gases nobles. Por lo tanto, los gases nobles puros se pueden utilizar como gases protectores. No obstante, al aumentar la temperatura, el niobio reacciona fuertemente con el oxígeno, nitrógeno e hidrógeno del aire. El oxígeno y el nitrógeno se pueden volver a eliminar mediante un recocido del material en alto vacío a una temperatura superior a 1700 °C. El hidrógeno se elimina a una temperatura más baja de aprox. 800 °C. El proceso conlleva una pérdida de material debido a la existencia de óxidos volátiles y la recristalización de la estructura.

Resistencia a la corrosión por gases
Oxígeno y aire resistente a < 230 °C Vapor de agua resistente a < 150 °C
Hidrógeno resistente a < 250 °CMonóxido de carbono resistente a
< 800 °C
Nitrógeno resistente a < 300 °CDióxido de carbono resistente a < 400 °C
Hidrocarburos resistente a
< 700 °C
Gases nobles resistente
Ammonia resistente a < 300 °C

 

¿Desea utilizar niobio en su horno? Tenga en cuenta que el niobio puede reaccionar con elementos constructivos fabricados de óxidos refractarios o grafito. Incluso óxidos muy estables, tales como el óxido de aluminio, de magnesio o de circonio, pueden sufrir una reducción a temperaturas elevadas si están en contacto con niobio. El contacto con grafito puede llevar a la formación de carburos que pueden causar la fragilización del niobio. Aunque el niobio se pueda combinar habitualmente sin problemas con molibdeno o tungsteno, puede reaccionar con nitruro de boro hexagonal y nitruro de silicio. Las temperaturas límite indicadas en la siguiente tabla son aplicables bajo vacío. En caso de utilizar un gas protector, los valores se reducen de 100 °C a 200 °C.

Fragilización por hidrógeno
Sulfuric acid 98 % up to 20 °C Hidrógeno atómico > 25 °C
Sulfuric acid 10 % a 190 °C Ácido oxálico 10 % a 20 °C
Phosphoric acid 85 % a 100 °C Hidróxido de sodio 5 % a 100 °C
Hydrochloric acid 30 % a 100 °C Hidrógeno a 250 °C

Medidas para evitar la fragilización por hidrógeno:

  • Aislamiento eléctrico de los metales
  • Polarización positiva de los metales (aprox. + 15 V)
  • Adición de oxidantes a la solució
  • Superficies metálicas conformadas
  • Contacto eléctrico con un metal más noble (p. ej., Pt, Au, Pd, Rh, Ru)

Es posible regenerar el niobio fragilizado como consecuencia a la presencia de hidrógeno por medio de un recocido en alto vacío a 800 °C.

Presencia natural y preparación.

En el año 1801, el químico inglés Charles Hatchett examinó una pesada piedra negra que le había llegado desde América. Encontró en ella un elemento desconocido hasta entonces al que llamó «columbio» en honor a su país de procedencia. El nombre niobio, que se utiliza generalmente en la actualidad, remonta al año 1844 y viene de un segundo descubridor, Heinrich Rose. Heinrich Rose fue la primera persona que logró separar el niobio y el tántalo. Anteriormente no había sido posible diferenciar estos dos materiales. Rose nombró al niobio por Niobe, la hija del rey Tántalo. De esta manera pretendió resaltar la relación estrecha entre los dos metales. El niobio metálico fue fabricado por primera vez en el año 1864 por C. W. Blomstrand mediante un método de reducción. El niobio no recibió su nombre oficial hasta aproximadamente un siglo más tarde, después de un largo período de disputas. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada adoptó el nombre «niobio» como designación oficial.

El niobio se encuentra más frecuentemente en forma de mineral de columbita, conocido también como niobita y con la fórmula química (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Otra fuente importante de niobio es el pirocloro, un niobato de calcio con una estructura compleja. Yacimientos de este mineral se encuentran en Australia, Brasil y algunos países africanos.

El mineral extraído es refinado en una serie de operaciones para obtener concentrados de hasta un 70 % (Ta,Nb)2O5. Éstos son disueltos entonces en ácido fluorhídrico y sulfúrico. A continuación, los compuestos fluoruro de tántalo y de niobio son separados mediante un proceso de extracción. El fluoruro de niobio se oxida con la ayuda de oxígeno para obtener pentóxido de niobio y se reduce finalmente con carbono a 2000 °C para producir niobio metálico. Seguidamente, el niobio ultrapuro se consigue mediante un proceso de refundición por haz de electrones.

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