آلیاژ نیوبیم

آلیاژهای نیوبیوم به دلیل خواص مکانیکی عالی و پایداری در شرایط دمای بسیار پایین، در واقع برای کاربردهای برودتی بسیار مناسب هستند. یکی از بارزترین خصوصیات نیوبیوم عدم شکنندگی آن در دماهای برودتی است. برخلاف بسیاری از فلزات دیگر که با کاهش دما شکننده‌تر می‌شوند، نیوبیوم انعطاف‌پذیری و استحکام کششی خود را حتی در دمای نزدیک به صفر مطلق حفظ می‌کند. شکل پذیری نیوبیم به ساختار کریستالی منحصر به فرد آن نسبت داده می شود. نیوبیوم در یک شبکه مکعبی (BCC) متبلور می شود که در دماهای پایین از BCC به یک نوع پنج برابری ساختار BCC تبدیل می شود. این دگرگونی انعطاف پذیری بیشتری را به فلز می دهد و آن را قادر می سازد بدون شکستگی حتی در شرایطی که سایر مواد از کار می افتند، تغییر شکل دهد. علاوه بر این، مقاومت نیوبیم در برابر سخت شدن کار سرد مزیت دیگری در محیط های برودتی است. برخلاف بسیاری از فلزات که پس از تغییر شکل در دماهای پایین دچار کاهش شکل‌پذیری می‌شوند، نیوبیم را می‌توان به اشکال و اندازه‌های مختلف برای استفاده در سیستم‌های برودتی پیچیده بدون از دست دادن قابل توجه شکل‌پذیری کار کرد. ابررسانایی نیوبیم یکی از قانع‌کننده‌ترین دلایل استفاده از آن در کاربردهای برودتی است. در دماهای زیر 9 کلوین (کیلو درجه کلوین)، نیوبیوم خالص وارد حالت ابررسانایی می‌شود، جایی که مقاومت الکتریکی صفر را ارائه می‌کند و میدان‌های مغناطیسی را خارج می‌کند - پدیده‌ای که به عنوان اثر مایسنر شناخته می‌شود. این ویژگی، نیوبیم را برای آهنرباهای ابررسانا و تماس های الکتریکی مورد استفاده در دستگاه های MRI، شتاب دهنده های ذرات و سایر ابزارهای علمی حساس که به عملکرد بالا در دماهای برودتی نیاز دارند، ایده آل می کند.

آلیاژهای نیوبیوم به دلیل ترکیب منحصر به فرد خواص فیزیکی و شیمیایی خود شناخته می شوند که آنها را در کاربردهای مختلف مهندسی ارزشمند می کند. یکی از ویژگی های قابل توجه نیوبیم و آلیاژهای آن چگالی نسبتا کم آنها در مقایسه با بسیاری از فلزات دیگر است که به ماهیت سبک وزن آنها کمک می کند. چگالی نیوبیم خالص تقریباً 8.57 گرم در سانتی متر مکعب است که کمی کمتر از تیتانیوم خالص 4.5 گرم بر سانتی متر مکعب) و به طور قابل توجهی کمتر از فولاد یا آلیاژهای آلومینیوم که معمولاً در مهندسی استفاده می شود. چگالی کمتر نیوبیم در کاربردهایی که در آنها صرفه جویی در وزن بسیار مهم است، مانند صنایع هوافضا و حمل و نقل سودمند است. علاوه بر این، چگالی کم نیوبیم با نسبت استحکام به وزن بالا همراه است که آن را به ماده ای جذاب برای کاربردهای باربر تبدیل می کند. آلیاژهای نیوبیوم را می توان با آلیاژ کردن نیوبیم با عناصر سبکتر مانند هافنیوم یا زیرکونیوم طوری مهندسی کرد که استحکام بالاتر و چگالی کمتری داشته باشند. این آلیاژها ویژگی‌های سبک وزن خود را حفظ می‌کنند و در عین حال خواص مکانیکی بهبود یافته‌ای مانند افزایش استحکام تسلیم و مقاومت بهتر در برابر خزش دارند. آلیاژهای نیوبیوم علاوه بر استحکام و کیفیت سبک وزن، مقاومت در برابر خوردگی عالی به ویژه در محیط‌های اکسید کننده از خود نشان می‌دهند. این مقاومت ناشی از تشکیل یک لایه اکسید پایدار و چسبنده است که از فلز زیرین در برابر حمله بیشتر محافظت می کند. به همین دلیل، نیوبیم و آلیاژهای آن اغلب در کاربردهای با دمای بالا که مقاومت در برابر اکسیداسیون حیاتی است، استفاده می‌شوند.