Niobium - le métal et ses applications
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Le niobium, aussi connu sous le nom de colombium, est un métal mou, rare et exotique, qui fut découvert en 1801. Il ressemble à l'acier ou, lorsqu'il est poli, au platine. Le niobium résiste à la corrosion, aux impacts et aux changements de température brusques. Aussi, il garde ses qualités à de très hautes températures (son point de fusion est 2468°C)

Le minerai primaire duquel on obtient le niobium est connu sous le nom de pyrochlore (NaCaNb2O6F). Celui-ci est traité au moyen d'un procédé minéralogique de traitement primaire, ce qui produit un concentré variant de 50 à environ 60% d'oxyde de niobium. On consomme presque 40 000 tonnes de Nb2O5 par année dans le monde, selon le groupe conseil Roskill, spécialisé dans les marchés des métaux et des minéraux. Au cours de la dernière décennie, la demande de Nb2O5 a doublé.

Propriétés du niobium

Chiffre atomique: 41
Poids atomique: 92.906
Point de fusion (°C): 2468
Point d'ébullition (°C): 4927
Densité (g/m³): 8.57
Résistance en traction (20°C, MPa):

Plaque recrystallisée 250 MPa

Plaque travaillée au froid 600 MPa
Module élastique (GPa): 110.32

Environ 89% de la consommation mondiale du niobium se retrouve dans la fabrication de l'acier tandis que 9% va à la production de superalliages et 2% aux applications de super-conductivité et aux applications médicales.

Le niobium est un métal possédant des caractéristiques uniques; utilisé surtout comme additif dans la fabrication de l'acier, le niobium en augmente le degré d'élasticité, la formabilité, ainsi que la résistance à la corrosion. C'est sous forme de ferroniobium qu'il est employé dans la fabrication des aciers haute gamme. La figure ci-dessous montre l'effet de l'addition d'une très faible quantité de niobium à l'acier.


Summary of mill-trail results for hot-rolled Nb-Ti sheet steels

L'acier en plaque est utilisé principalement pour la production de pipelines servant au transport pétrolier et de gaz. L'utilisation du niobium combiné en micro-alliage dans la construction de navires et de plate-formes de forage en mer constitue un autre domaine d'application de celui-ci. L'acier micro-allié avec le niobium, d'une grande solidité, constitue une composante très importante des ponts, viaducs et autres structures.

Certains ont prédit que l'aluminium remplacerait l'acier dans la fabrication des châssis d'automobiles. Les aciéries ont réagi en fabriquant d'abord des aciers au titane-niobium donc plus légers qui permettent de fabriquer des châssis dont le poids est légèrement supérieur à un châssis en aluminium mais à un coût inférieur.


Il en résulte une réduction du poids des aciers de 20 à 40 % et il s'ensuit une réduction significative du CO2 émis dans l'atmosphère.


Les superalliages, conçus pour fonctionner pendant de longues périodes de temps et ce, dans un milieu très corrosif, à une température supérieure à 650ºC, représentent le plus grand marché du niobium après l'industrie de l'acier, c'est-à-dire environ 9% du marché mondial du niobium. Les alliages à base de niobium sont utilisés comme matériaux réfractaires pour des applications dans le domaine de l'aérospatiale parce qu'ils conservent leur dureté et leur résistance à des températures supérieures à 1300ºC, et acceptent aisément un revêtement anti-oxydant. Il existe des centaines de différents superalliages, mais l'Inconel 718 demeure le plus important. Il s'agit d'un alliage à base de nickel, contenant de 5,3 à 5,5% de niobium, essentiel au fonctionnement sécuritaire de moteurs à réaction modernes. L'alliage C-103 (niobium-hafnium-titane) constitue un autre alliage important, utilisé principalement dans la fabrication de propulseurs de fusées et de buses d'éjection.

L'alliage du niobium avec d'autres éléments peut produire des matériaux ayant des propriétés techniques fort désirable. Par exemple, on a réalisé une résistance à la rupture de 1200 MPa en utilisant un alliage d'aluminium et de niobium métastable au laboratoire Ames, aux États-Unis. Par contraste, dans un alliage d'aluminium commercial, une rupture se présente habituellement à 300 ou 400 MPa.

Les propriétés de supraconduction du niobium sont connues depuis longtemps. On utilise  le niobium à l'état pur dans des accélérateurs de particules, mais ces propriétés sont principalement exploitées par le biais d'alliages niobium-titane et niobium-étain. Ces alliages sont utilisés dans les techniques de l'IRM (Imagerie par résonance magnétique) et de la RMN (résonance magnétique nucléaire).

L'alliage zirconium-2,5% niobium est utilisé dans les réacteurs à eau lourde. En effet,  la grande robustesse de cet alliage offre la possibilité de parois plus minces et d'une meilleure économie de neutrons. On trouve également cet alliage dans les sous-marins nucléaires de la marine américaine.

On se sert de l'anhydride niobique à haut degré de pureté dans la fabrication de la céramique, y compris les condensateurs en céramique pour l'électronique. Aussi, celui-ci augmente l'indice de réfraction des verres optiques, ce qui permet de produire des verres plus légers.



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