Leghe

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Introduzione

Leghe Miscele solidificate di due o più elementi, nella maggior parte dei casi costituite da metalli. Le leghe impiegate industrialmente possono essere classificate in base al metallo che ne rappresenta il costituente principale. Si hanno così le leghe ferrose, come gli acciai e le ghise; le cosiddette leghe leggere composte prevalentemente da alluminio e magnesio; le leghe di rame, come i bronzi e gli ottoni; le leghe di nichel, molto simili a quelle dell'acciaio a basso tenore di carbonio; infine le leghe di titanio che mostrano particolari caratteristiche meccaniche.

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Generalità

I componenti di una lega possono costituire una soluzione solida che, in base alla struttura reticolare, può essere di sostituzione o interstiziale. Nel primo caso alcuni atomi dell'elemento base vengono sostituiti dagli atomi dell'altro elemento; nel secondo caso, invece, gli atomi del costituente secondario occupano gli interstizi esistenti nel reticolo cristallino del metallo base. Quando i rapporti tra i componenti sono ben definiti e ciascuna delle due specie occupa un sito preferenziale nel reticolo cristallino, i costituenti della lega formano un composto intermetallico di formula ben definita. In altri casi, quali ad esempio NaAu₂, CuSn, o CuAl₂, la regola della valenza non viene rispettata e i composti che ne risultano sono generalmente duri e fragili.

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Proprietà e impieghi

Le leghe hanno proprietà meccaniche notevolmente diverse rispetto a quelle degli elementi che le compongono. Come i metalli puri, esse hanno generalmente lucentezza e conducono bene sia il calore sia l'elettricità, ma sono caratterizzate da durezza e resistenza alla corrosione maggiori. L'acciaio, ad esempio, è molto più resistente e compatto del ferro battuto, che può essere considerato ferro allo stato puro, e le leghe di acciaio, miscele di acciaio con metalli quali il cromo, il manganese, il molibdeno, il nichel, il tungsteno e il vanadio, sono a loro volta più resistenti del semplice acciaio.

In base all'uso cui sono destinate, le leghe possono essere divise in alcune categorie fondamentali: le leghe antifrizione, costituite da un componente duro, abitualmente un composto intermetallico, in una matrice più tenera, vengono impiegate prevalentemente nella fabbricazione di cuscinetti per strisciamento; le leghe fusibili, composte da piombo, stagno, cadmio e bismuto, sono usate nella saldatura dei metalli; le leghe magnetiche, ad esempio la lega di ferro e silicio, vengono utilizzate per produrre magneti permanenti o lamine per trasformatori; le leghe per usi elettrici sono impiegate nella produzione di termocoppie e di conduttori con particolari proprietà; le leghe per utensili a base di cobalto, cromo, tungsteno, piccole quantità di ferro, carbonio, silicio e manganese, conservano la durezza anche in condizioni di temperature elevate; le leghe dure e le leghe diamantate vengono invece adoperate per fabbricare utensili da taglio e strumenti usati nell'industria vetraria e nell'artigianato delle pietre dure.

Alcune leghe vengono poi preparate seguendo particolari necessità. Per la fabbricazione di missili, veicoli spaziali o aerei supersonici, ad esempio, devono essere usati materiali leggeri, molto duri e capaci di conservare le proprietà meccaniche anche in condizioni di altissime temperature; quindi sono state sviluppate leghe leggere, ad alta resistenza, di alluminio, berillio e titanio; inoltre nei veicoli spaziali si usano leghe di metalli quali il tantalio, il niobio, il tungsteno, il cobalto e il nichel, capaci di sopportare le particolari condizioni che si manifestano durante il rientro nell'atmosfera terrestre.

Una vasta gamma di leghe speciali contenenti elementi come berillio, boro, niobio, afnio e zirconio è usata nei reattori nucleari per assorbire le particelle generate dalle reazioni. Le leghe niobio-stagno trovano impiego nell'industria dei semiconduttori; infine leghe speciali di rame, nichel e titanio che resistono agli effetti corrosivi dell'acqua salata bollente sono utilizzate negli impianti di dissalazione.

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Preparazione

Le leghe vengono generalmente preparate miscelando i materiali fusi; tuttavia in tempi relativamente recenti sono stati sviluppati dei metodi di produzione che prevedono l'impiego di miscele polverizzate. In questi processi le leghe vengono preparate mescolando polveri di vari materiali, compresse ad alte pressioni e quindi scaldate a temperature appena inferiori al punto di fusione. Si ottengono così materiali compatti e omogenei. Tra le varie sostanze ottenibili con questa tecnica vi sono i materiali ceramici. Queste leghe di metallo e carbonio (carburi), boro (boruri), ossigeno (ossidi), silicio (siliciuri) e azoto (azoturi) combinano le proprietà di estrema resistenza alle alte temperature, di stabilità e di resistenza all'ossidazione della ceramica con la duttilità e la resistenza agli urti tipica dei metalli. Un'altra tecnica per la preparazione di leghe consiste nell'impiantazione ionica: un fascio di ioni di carbonio, azoto o altro elemento è sparato in particolari metalli per produrre sulla superficie del metallo una lamina sottile della lega desiderata. Il bombardamento del titanio con azoto permette di ottenere una lega utilissima per le protesi.