Recebemos algumas perguntas sobre a utilização de metal líquido ou ligas de índio-líquido à temperatura ambiente contendo índio e gálio, e a sua reação ao aço inoxidável.
Muitos cientistas estão a procurar ativamente um material líquido estável e termicamente condutor para substituir o NaK. A nossa folha de dados sobre os metais líquidos índio/gálio indica que estes são corrosivos para muitos metais. Os metais líquidos que são índio e gálio(Indalloy 51E) reagirão com o aço inoxidável?
Eis a resposta do nosso metalúrgico, Bob Jarret:
Resposta curta:
As ligas de gálio foram testadas como substitutos de metais líquidos NaK para vasos de reactores e tiveram um desempenho aceitável até ~600°C. Também são utilizadas em comutadores com eléctrodos de aço inoxidável imersos (o elemento de separação é normalmente de tântalo para reduzir os danos provocados pelo arco). Não creio que se verifique qualquer desgaste nos componentes inoxidáveis às temperaturas utilizadas para a aplicação do Indalloy 51E.
Resposta longa:
Qualquer metal líquido molhará outra superfície metálica limpa. Nas interações práticas, as camadas finas de oxigénio, azoto e carbono são frequentemente suficientes para impedir a molhagem (a ciência da química das superfícies e dos fluxos foi desenvolvida para ultrapassar estes problemas).
As ligas de gálio são capazes de quebrar esta camada superficial sem qualquer fluxo. Isto coloca o metal de base e a liga líquida em contacto íntimo. Se o metal de base tiver uma solubilidade apreciável no gálio, este dissolver-se-á. A taxa é limitada pelo transporte de massa do sólido para a liga líquida. A temperatura, a turbulência e a solubilidade do gálio no metal afectam a velocidade.
Se a temperatura da exposição for suficientemente quente, os elementos de aço inoxidável começarão a dissolver-se na liga. A turbulência na superfície da liga rompe a camada limite de difusão - como a agitação para dissolver o açúcar no café. Até ~400-600°C, o ferro, o crómio e o níquel do aço inoxidável são essencialmente insolúveis em conjunto com o gálio (tal como acontece com os elementos refractários tântalo, tungsténio, molibdénio, zircónio, titânio, etc.). Acima desta temperatura, os elementos do aço inoxidável começam a dissolver-se no gálio.
O alumínio está no mesmo grupo periódico que o gálio e os dois têm amplas gamas de solução - ~20% de gálio é solúvel em alumínio sólido e ~1% de alumínio dissolve-se em gálio no seu ponto de fusão. Quando as ligas de gálio entram em contacto com o alumínio, essencialmente nenhuma barreira de difusão impede o gálio de deslocar o alumínio no sólido e de se transformar numa amálgama Al-Ga.
