LEGHE NON FERROSE: STRUTTURA, PROPRIETÀ, USI, ESEMPI - CHIMICA - 2024

Le leghe non ferrose sono quelle che non hanno nella loro composizione ferro metallo. Pertanto, non è costituito da nessuno dei tipi di acciai e la sua base principale può essere quella di qualsiasi altro elemento metallico; come alluminio, argento, rame, berillio, magnesio, titanio, ecc.

A differenza degli acciai densi, ideali per il supporto metallico di edifici e cavi per ponti, le leghe ferrose sono generalmente più leggere e più resistenti alla corrosione. Da qui a quello il numero delle sue applicazioni aumenta in modo esponenziale, ognuna richiede un tipo specifico di lega, con una composizione metallica esatta.

Scultura in bronzo - un esempio di una lega non ferrosa. Fonte: Pixabay.

Alcune delle leghe non ferrose più antiche e conosciute della storia sono il bronzo e l'ottone. Entrambi hanno il rame come base metallica, con la differenza che nel bronzo è prevalentemente miscelato con lo stagno, e nell'ottone con lo zinco. A seconda delle loro combinazioni e composizione, possono emergere bronzi e ottoni dalle proprietà estese.

E spostandosi nel presente moderno, le leghe che compongono i dispositivi elettronici sono essenzialmente non ferrose. Inoltre, il telaio dei veicoli e degli aerei più sofisticati è realizzato con queste leghe, per dare loro resistenza con il minor peso possibile.

Strutture di leghe non ferrose

Ogni metallo ha le proprie strutture cristalline, che possono essere hcp (compact hexagonal), ccp (compact cubic), bcc (body-centered cubic) o altre.

Quando vengono fusi e saldati in una soluzione solida che poi cristallizza, gli atomi di tutti i metalli si uniscono attraverso il legame metallico e le strutture risultanti si aggiungono o cambiano.

Pertanto, ogni lega a una certa composizione avrà le proprie strutture cristalline. Ecco perché per studiarli si utilizzano piuttosto i termini delle fasi (solitamente denotate come α e β), rappresentate graficamente in un diagramma di fase in funzione di variabili quali temperatura, pressione e composizione.

Da questi diagrammi di fase è possibile prevedere a quale temperatura (fase liquida) fonderà la lega non ferrosa di un sistema costituito da due o più metalli, nonché la natura delle sue fasi solide.

Assumi la coppia argento-rame. Analizzando il suo diagramma di fase, le informazioni fisiche e strutturali possono essere estratte dalle molteplici leghe con diverse combinazioni argento-rame (10% Ag e 90% Cu, 25% Ag e 75% Cu, ecc.). Ovviamente i metalli devono essere solubili tra loro in modo che possano cristallizzare in una lega in modo omogeneo.

Proprietà

Le proprietà delle leghe non ferrose sono molto diverse. Per gli acciai non è molto difficile generalizzare, poiché presentano una sinergia delle proprietà del ferro con quelle del ferro-carbonio, Fe-C. Invece, le proprietà delle leghe non ferrose dipendono principalmente dalla base metallica.

Ad esempio, se le leghe sono alluminio o magnesio, entrambi metalli leggeri, ci si aspetta che siano leggeri. Se il titanio, un metallo più denso, viene miscelato con qualsiasi altro metallo leggero, la lega risultante dovrebbe essere leggermente più leggera e più flessibile.

Se il rame e l'oro sono noti per essere buoni conduttori di calore ed elettricità, le loro leghe devono offrire materiali più economici, meno morbidi e più resistenti al lavoro meccanico e alla corrosione.

Se tutte le proprietà e le caratteristiche di questo tipo di leghe potessero essere generalizzate, dovrebbero essere: meno dense, meccanicamente più resistenti in rapporto al loro peso, più inerti all'ossidazione causata dal loro ambiente, deformabili, altamente conduttive di calore ed elettricità. Per il resto ci sono le sue tante eccezioni.

applicazioni

Alluminio

Sono leghe molto leggere e quindi la loro struttura dovrebbe essere bcc (la meno compatta). Possono essere deformati per assumere molteplici forme, come lattine, per conservare cibi e bevande.

Tendono ad avere un'elevata resistenza alla corrosione, ma è inversamente proporzionale alla loro resistenza meccanica, che aumenta se miscelati con rame, magnesio o manganese. Quelli con migliori resistenze meccaniche trovano impiego come parti di carrozzeria e per parti di aeromobili.

Titanio

-Le leghe di titanio trovano molte applicazioni per la progettazione di protesi ossee e, in generale, questo metallo è altamente compatibile con le matrici fisiologiche.

Viene anche utilizzato come parti del telaio e della superficie di aeromobili, veicoli, motociclette, mazze da golf, tra gli altri artefatti e oggetti.

-Mescolato con l'alluminio, le sue leghe sono state utilizzate nella costruzione dei tetti dei templi e delle pagode giapponesi e nelle statue dei loro draghi.

Argento

-La sua lega con grafite (Ag-C) ha una bassa resistenza elettrica ed è quindi utilizzata come componenti di interruttori automatici.

-Mescolato con mercurio, si ottiene un amalgama con il 50% di Hg e una percentuale inferiore di rame e stagno, che viene utilizzato per riempire i difetti dentali.

-La sua lega con il rame gli conferisce una resistenza tale da creare dischi e seghe per il taglio del metallo.

-Nella gioielleria viene utilizzata una lega di palladio e platino, resistente ai graffi e alla perdita della sua lucentezza.

Magnesio

Sono più densi dell'alluminio, ma per il resto le loro proprietà sono simili. Resistono bene alle condizioni atmosferiche, motivo per cui sono stati utilizzati per la produzione di parti di automobili, cambi, ruote, missili, in breve macchine ad alta velocità (oltre che biciclette).

Berillio

-La sua lega Be-Cu viene utilizzata per componenti elettronici di piccoli dispositivi, come smartphone, iPad, orologi da polso, tablet, ecc.

-La ceramica (mista a gallio, arsenico o indio), viene utilizzata in circuiti elettronici ad alta densità di corrente.

-In medicina, le leghe di berillio forgiano molti dei suoi strumenti e dispositivi, come pacemaker, bisturi laser, scanner, il telaio delle apparecchiature di risonanza magnetica nucleare, tra gli altri.

-Figura anche parte delle armi militari e nucleari, ha anche realizzato specchi per satelliti con leghe di berillio.

-Gli utensili forgiati con queste leghe non producono scintille se sottoposti a forte attrito.

Esempi

Alcuni esempi specifici di leghe non ferrose sono:

-Monel e Constantán, entrambe leghe nichel-rame, ma con una composizione rispettivamente di 2: 1 e 45% (55% di rame).

-Cromel, la cui composizione è 90% nichel e 10% rame. Viene utilizzato come parte dell'impianto elettrico dei forni industriali, in grado di resistere alle alte temperature.

-Ti-6Al-4V, una lega di titanio con vanadio, alluminio e altri metalli, particolarmente utilizzata per scopi biologici.

-Stelite, una lega di cobalto e cromo.

-Magnalium, lega di alluminio con una bassa percentuale di magnesio (inferiore o uguale al 10%). Sono praticamente lamiere di alluminio più resistenti alla trazione e più tenaci.

-Oro bianco, la cui composizione è composta per il 90% da oro con il 10% di qualsiasi metallo bianco, come l'argento o il palladio.

Riferimenti

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