Che cos’è una lega metallica?

Sulla tavola periodica, tutti gli elementi sono divisi in metalli e non metalli. Ciò che rende qualcosa un “metallo” è che si trova naturalmente in natura, ha una lucentezza, è un buon conduttore di calore ed elettricità, ed è molto più denso dei non-metalli.

Ci sono 5 categorie principali di metalli:

• Metalli base
• Metalli ferrosi
• Metalli nobili
• Metalli preziosi
• Metalli pesanti

Metalli base

I metalli base sono molto comuni nella crosta terrestre, e per la loro quantità sono poco costosi. I metalli base sono diversi dagli altri metalli perché sono quelli che si corrodono o ossidano più facilmente. Sono estremamente reattivi e cose come l’ossigeno, l’acqua, gli acidi e l’essere vicino a un metallo diverso possono causarne la corrosione. (Per saperne di più sul perché i metalli arrugginiscono qui.)

Ci sono alcune definizioni diverse di “metallo base”. Nell’estrazione e nell’economia, i metalli di base sono i metalli che non rientrano in nessuna delle altre categorie come rame, piombo, zinco e nichel.

Metalli ferrosi

Metalli ferrosi significa che il metallo contiene ferro. I metalli non ferrosi sono generalmente più costosi, perché sono meno pesanti, più conduttivi, non magnetici e resistenti alla corrosione. I metalli non ferrosi includono alluminio, rame, piombo, nichel, stagno e zinco.

Metalli nobili

I metalli nobili sono famosi per essere resistenti alla corrosione e all’ossidazione, a differenza dei metalli base. Di solito sono metalli rari o preziosi. Gli scienziati non sono d’accordo sulla categorizzazione esatta di ogni elemento della tavola periodica, ma i metalli più comunemente accettati che rientrano nella categoria “nobile” sono oro, argento, rutenio, rodio, palladio, osmio, iridio e platino. Anche se alcuni metalli preziosi sono metalli nobili, e i metalli nobili sono spesso costosi a causa dei loro vari usi (nell’arte, nell’alta tecnologia, nei gioielli), i termini “metallo nobile” e “metallo prezioso” non sono sinonimi.

Metalli preziosi

I metalli preziosi sono elementi rari che si trovano naturalmente nella crosta terrestre. I più famosi sono l’oro e l’argento, ma altri metalli preziosi includono rutenio, rodio, palladio, osmio, iridio e platino. Nonostante sia il terzo elemento più comune della Terra e il metallo più abbondante, l’alluminio è stato considerato un metallo prezioso per qualche tempo. Questo perché era molto difficile estrarlo in modo affidabile dai suoi vari minerali.

Alcuni degli ospiti più importanti di Napoleone III ricevevano posate di alluminio, mentre i visitatori più umili dovevano mangiare con miseri utensili d’argento. Il prezzo scese significativamente dopo il 1882 e l’invenzione di nuovi processi per la generazione elettrica commerciale rese l’estrazione dell’alluminio molto più facile.

Metalli pesanti

I metalli pesanti sono definiti come molto densi. Questo è tutto! Sono state proposte definizioni più specifiche, ma la comunità scientifica non ne ha ancora trovata una. Alcuni metalli pesanti sono notoriamente tossici, mentre altri sono molto importanti da mangiare nella tua dieta in tracce! Alcuni dei metalli pesanti come il cadmio, il mercurio e il piombo sono estremamente velenosi. Metalli come il ferro, il cobalto e lo zinco, invece, svolgono funzioni molto importanti nel corpo! Puoi anche comprare ferro e zinco come integratori nei negozi di alimenti naturali.

Il resto dei metalli pesanti come gallio, tallio, rutenio, indio e argento sono abbastanza innocui. Potete trovare i metalli pesanti in particolare in uso dappertutto! Sono usati nelle mazze da golf, nelle automobili, negli antisettici, nei forni autopulenti, nella plastica, nei pannelli solari, nei telefoni cellulari, nei chip dei computer e persino negli acceleratori di particelle nelle centrali nucleari!

Che cos’è una lega metallica?

Le leghe sono invece materiali prodotti dall’uomo. Si creano combinando un elemento metallico con qualcos’altro. Le leghe possono comportare la combinazione di un metallo con metalli, non-metalli, o entrambi.

La ghisa è un grande esempio di una lega non metallica (che è un po’ fuorviante, perché tutte le leghe hanno “metallo” – si riferisce al secondo ingrediente aggiunto). Il ferro è una miscela di ferro e carbonio. Può variare dall’avere circa il 2-3% di carbonio. (Scopri di più sulla ghisa e il ferro battuto qui!)

Le leghe a volte hanno anche nomi divertenti! Come Alnico, una lega di ferro, alluminio, nichel, cobalto, rame e/o titanio. Alcuni dei loro nomi sono un’amalgama dei nomi degli agenti di lega. Altre volte diventano così popolari che hanno il loro nome più “quotidiano”, come ferro battuto.

Si possono veramente trovare leghe ovunque. In effetti, possono essere più comuni dei loro cugini “metalli” puri.

Si trovano nelle otturazioni dentali (amalgama), nei pickup delle chitarre (alnico), in posa come strumenti musicali o maniglie (ottone), nei gioielli (oro bianco), nelle opere d’arte (statue di bronzo), nelle auto e negli aerei (duralluminio), nelle pistole (canna di fucile), nell’elettronica (saldatura), nelle centrali nucleari (magnox), nel sostegno degli edifici (acciaio) e persino sul vostro tavolo da pranzo (peltro)!

Ci sono più di 160 diverse leghe conosciute!

Strutture delle leghe metalliche

Quando il metallo viene ingrandito al microscopio elettronico, gli atomi appaiono in una struttura cristallina. In questa struttura ci sono anche gli agenti di lega. Tipicamente, ci sono due tipi di strutture di lega: leghe di sostituzione e leghe interstiziali. Le leghe di sostituzione si verificano se gli atomi di un agente legante sostituiscono gli atomi di un metallo principale. Le leghe interstiziali, d’altra parte, si verificano quando le leghe si formano a causa degli agenti leganti che diventano più piccoli del metallo principale.

Come sono fatte le leghe metalliche?

Ci sono 3 metodi principali per creare leghe metalliche:

• Riscaldamento e fusione
• Metallurgia delle polveri
• Impianto di ioni

Riscaldamento e fusione

Riscaldamento e fusione è uno dei metodi più usati per creare leghe. In realtà non è molto diverso dalla cottura!

Il metallo madre (il più alto % di metallo nella lega) viene fuso, e tutti gli altri metalli vengono fusi fino a diventare liquidi. Poi vengono versati l’uno nell’altro e mescolati insieme, e lasciati raffreddare in qualcosa chiamato “soluzione solida”. Un po’ come l’equivalente di un blocco di metallo solido che mescola il sale nell’acqua fino a scioglierlo.

Metallurgia in polvere

La metallurgia in polvere è molto bella, è probabilmente la cosa più vicina all’alchimia che abbiamo oggi.

Prima, il metallo madre e gli agenti di lega devono essere trasformati in polvere! Ci sono alcuni metodi principali per fare questo:

Il processo del ferro spugnoso è la più antica delle tecniche di polverizzazione. Il minerale viene mescolato con qualcosa chiamato brezza di coke (che è ciò che rimane del carbone dopo averlo bruciato), e calce per fare uno zolfo speciale che evita la contaminazione con il metallo madre in polvere.

La miscela di coke e calce (non come i cocktail!) e il minerale vengono poi messi in un tamburo speciale, con il coke e la calce che fanno da sandwich al minerale.

Poi il tamburo viene surriscaldato in un forno. Gli ingredienti lasciano un oggetto dall’aspetto di “pan di spagna” e una scoria. Nelle fasi successive, la polvere finale viene separata dalle scorie e schiacciata in una forma più uniforme di “polvere”.

La polvere viene poi riscaldata e supercompressa in una lega!

Altri modi in cui il metallo madre viene trasformato in polvere è l’atomizzazione (quasi come nelle centrali nucleari), dove il metallo fuso viene spinto attraverso un tubo molto stretto – che lo rende ad alta pressione. Un gas viene iniettato nel flusso di metallo bollente esattamente quando esce da questo tubo, la combinazione di pressione, temperatura e molecole di gas separa gli atomi del metallo.

Le polveri vengono poi mescolate, e fuse insieme in una “soluzione solida”!

La polvere di ferro creata con il processo del ferro spugnoso è la più economica sul mercato globale!

Impiantazione di ioni

L’ultimo metodo comune per creare leghe è l’impianto di ioni.

Gli “ioni” provengono dall’elettricità, quindi il metodo di impiantazione ionica coinvolge una “sorgente di ioni” (che fondamentalmente crea solo elettricità), un acceleratore dove gli ioni vengono accelerati molto molto velocemente (l’attrito e la rotazione veloce creano calore che accelera le molecole), e una camera di destinazione dove gli ioni vengono gettati dopo aver finito.

Il metodo di impiantazione ionica è davvero il migliore per creare pezzi di metallo molto piccoli. Questo è il metodo più comune per creare semiconduttori sui chip dei computer.

Ecco un’animazione di questo processo:

Fornimenti e servizi metallici a Tampa Steel and Supply

Le leghe metalliche sono usate in una varietà di progetti, dall’edilizia residenziale e commerciale alla produzione di automobili e altro. Se stai lavorando con le leghe metalliche, Tampa Steel and Supply può aiutarti. Abbiamo un’ampia lista di prodotti metallici, forniture per la fabbricazione e servizi aggiuntivi che possono dare il via al vostro progetto. Per saperne di più sui nostri prodotti e servizi, chiamaci oggi stesso o fermati nel nostro showroom a Tampa.

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