Série Publicação IPEN

Publicação IPEN-doc 30492

Cinética e mecanismos de oxidação do nióbio policristalino

1979 - PASCHOAL, JOSE O.A.

Através da análise termogravimétrica determinou-se a cinética de oxidação do nióbio recozido no intervalo de temperatura de 450 a 800°C e no intervalo de pressão de oxigênio de 20 a 700 mmHg. Determinou-se também a cinética de oxidação do nióbio deformado e do nióbio irradiado nos intervalos de temperatura de 500 a 700°C e de pressão de oxigênio de 100 a 300 mmHg. Os resultados mostraram que a velocidade de oxidação do nióbio recozido aumenta rapidamente com o aumento da temperatura até atingir 600°C. Neste intervalo de temperatura, a velocidade de oxidação é bastante dependente da pressão de oxigênio e a cinética é linear. Acima de 600°C e 100 mmHg de oxigênio, a velocidade de oxidação sofre uma redução comparada com os resultados obtidos a 600°C e varia pouco com a pressão de oxigênio. A cinética de oxidação a 700°C continua linear e a 800°C é parabólica. A velocidade de oxidação do nióbio recozido é maior comparada à do nióbio deformado e do nióbio irradiado. Através de difração de raios X, verificou-se que o óxido formado nos intervalos de temperatura e de pressão de oxigênio estudados é ƴ-Nb2O5. Através de microscopia ótica e eletrônica de varredura observou-se, no nióbio recozido e oxidado abaixo de 600°C, a formação de camadas de óxido não uniformes, contendo trincas e poros, e com interfaces metal/pentóxido bastante irregulares. Nestas interfaces observou-se a presença de plaquetas de sub-óxido NbOz. Em amostras de nióbio recozido e oxidado acima de 600°C, não foram observadas plaquetas de sub-óxido e as camadas de óxido formadas eram compactas. A 800°C e no início da reação a 700°C, as interfaces eram bastante regulares. Em amostras de nióbio deformado e oxidado abaixo de 600°C, plaquetas de sub-óxido também não foram observadas e as interfaces eram regulares. Através de medidas de microdureza realizadas no metal, próximo da interface metal/pentóxido, constatou-se a formação de solução sólida de oxigênio no mesmo e calculou-se o coeficiente de difusão do oxigênio no nióbio. Os resultados mostraram que a 600°C, o coeficiente de difusão de oxigênio no nióbio deformado é três vezes maior que o valor obtido em nióbio recozido. Os resultados sugerem que a reação entre o nióbio recozido e o oxigênio, abaixo de 600°C, é controlada por reações na interface, onde a camada de óxido formada é não protetora, devido, em parte, a formação de plaquetas de NbOz. Acima de 600°C, as plaquetas não são observadas e a camada de óxido é compacta. A reação passa ser controlada por difusão através da camada de óxido. Em nióbio deformado e oxidado, plaquetas de sub-óxido não são observadas, mesmo abaixo de 600°C; velocidade de oxidação é reduzida, a cinética é alterada e a interface resultante é regular.