Metalli non ferrosi: struttura, tipi, caratteristiche
I metalli non ferrosi sono tutti quelli che mancano o hanno quantità trascurabili di ferro. Questi, in diverse proporzioni di massa, sono utilizzati per la creazione di leghe che presentano proprietà fisiche migliori rispetto ai singoli metalli.
Pertanto, le sue strutture cristalline e le interazioni metalliche sono la pietra angolare delle applicazioni delle leghe non ferrose. Tuttavia, questi metalli puri trovano meno utilizzi perché sono molto sensibili e reattivi. Per questo motivo, funzionano meglio come base e additivo per leghe.
Il bronzo è una lega non ferrosa; È costituito principalmente da una miscela dorata di rame e stagno (statua nell'immagine sopra). Il rame nella lega ossida e forma CuO, un composto che annerisce la sua superficie dorata. In ambienti umidi, CuO idrata e assorbe anidride carbonica e sali per formare composti blu-verdi.
Ad esempio, la Statua della Libertà è coperta da strati di carbonati di rame (CuCO 3 ) noti come patina. In generale, tutti i metalli sono ossidati. A seconda della stabilità dei loro ossidi, proteggono in misura maggiore o minore le leghe dalla corrosione e da fattori esterni.
struttura
Il ferro è solo uno dei metalli in natura, quindi le strutture e le leghe dei metalli non ferrosi sono più diversificate.
Tuttavia, in condizioni normali molti metalli hanno tre strutture cristalline stabilite dai loro legami metallici: esagonale compatto (hcp), cubico compatto (ccp) e cubico centrato nel corpo (bcc).
Compatto esagonale (hcp)
In questa struttura, gli atomi di metallo sono confezionati sotto forma di un prisma esagonale, sfruttando così tutti gli spazi.
Di tutte le strutture questo è il più denso, quindi ci si può aspettare che allo stesso modo siano i metalli che lo posseggono. In questo, tutti gli atomi sono circondati da dodici vicini.
Esempi
- Titanio (Ti).
- Zinco (Zn).
- Magnesio (Mg).
- Cadmio (Cd).
- Cobalto (Co).
- Rutenio (Ru).
- Osmio (Os).
- Metalli alcalino terrosi (ad eccezione del bario e del francio).
Compatto cubico (ccp)
Questa struttura cristallina è meno densa dell'hcp, e in questo ogni atomo è circondato da dodici vicini.
Qui, gli interstizi (spazi vuoti) sono più grandi che nel caso dell'hcp, quindi questi metalli possono contenere in queste molecole e piccoli atomi (come l'idrogeno molecolare, H 2 ).
Esempi
- Alluminio (Al).
- Nichel (Ni).
- Argento (Ag).
- Rame (Cu).
- Oro (Au).
- Rodio (Rh).
- Iridium (Vai).
Cubico centrato sul corpo (Ccn)
Delle tre strutture, questa è la meno densa e compatta, essendo allo stesso tempo quella che presenta gli interstizi di volumi più grandi.
Pertanto, accoglie più facilmente piccole molecole e atomi. Allo stesso modo, in questo cubo ogni atomo è circondato da otto vicini.
Esempi
- Vanadio (V).
- Niobio (Nb).
- Cromo (Cr).
- Metalli alcalini.
- Tungsteno (W).
Inoltre, ci sono altre strutture, come le semplici cubiche e altre più complesse che consistono in array meno densi o distorti dei primi tre. Tuttavia, le strutture cristalline di cui sopra si applicano solo ai metalli puri.
In condizioni di elevata impurezza, pressione e temperatura, queste disposizioni sono distorte e, quando sono componenti di una lega, interagiscono con altri metalli per generare nuove strutture metalliche.
Infatti, la conoscenza e la manipolazione esatte di queste disposizioni consentono la progettazione e l'elaborazione di leghe con proprietà fisiche desiderate per uno scopo specifico.
tipo
In termini molto generali, i metalli non ferrosi possono essere classificati in tre tipi: pesante (piombo), leggero (rame e alluminio) e ultraleggero (magnesio). A loro volta, questi sono divisi in due sottoclassi: quelli con punti di fusione medi e quelli con punti di fusione alti.
Altri tipi di metalli non ferrosi corrispondono a metalli nobili (o preziosi). Esempi di questi sono i metalli con strutture in ccp (con l'eccezione di alluminio, nichel e altri).
Allo stesso modo, i metalli delle terre rare sono considerati non ferrosi (cerio, samario, scandio, ittrio, tulio, gadolinio, ecc.). Infine, i metalli radioattivi contano anche come non ferrosi (polonio, plutonio, radio, francio, astato, radon, ecc.).
Caratteristiche e proprietà
Sebbene le caratteristiche e le proprietà dei metalli varino nei loro stati puri e nelle loro leghe, presentano delle generalità che li differenziano dai metalli ferrosi:
- Sono malleabili ed eccellenti conduttori elettrici e termici.
- Sono meno colpiti dai trattamenti termici.
- Hanno una maggiore resistenza contro l'ossidazione e la corrosione.
- Non presentano così tanto paramagnetismo, che consente loro di essere materiali usati per applicazioni elettroniche.
- I suoi processi di produzione sono più facili, tra cui fusione, saldatura, forgiatura e laminazione.
- Hanno colorazioni più attraenti, quindi trovano usi come elementi ornamentali; Inoltre, sono meno densi.
Alcuni dei suoi svantaggi rispetto ai metalli ferrosi sono: bassa resistenza, costi elevati, minori esigenze e minore abbondanza mineralogica.
Esempi
Nell'industria metallurgica ci sono molte opzioni nella produzione di metalli e leghe non ferrose; i più comuni sono: superleghe a base di rame, alluminio, zinco, magnesio, titanio e nichel.
rame
Il rame è stato utilizzato per un'ampia varietà di applicazioni grazie alle sue proprietà vantaggiose, come le sue elevate conducibilità termiche ed elettriche.
È resistente, malleabile e duttile, quindi può essere ottenuto da questi molti progetti pratici: dalle pipe ai vasi e monete. Inoltre è stato utilizzato nel rinforzo della chiglia delle barche e trova molto l'uso nell'industria elettrica.
Anche se allo stato puro è molto morbido, le sue leghe (tra questi ottone e bronzo) sono più resistenti e sono protette da strati di Cu 2 O (ossido rossastro).
alluminio
È un metallo considerato leggero a causa della sua bassa densità; Ha elevate conducibilità termiche ed elettriche ed è resistente alla corrosione grazie allo strato di Al 2 O 3 che protegge la sua superficie.
Date le sue proprietà, è un metallo ideale soprattutto nell'aeronautica, nell'industria automobilistica e delle costruzioni, tra gli altri.
Zinco e magnesio
Le leghe di zinco (come KAYEM, con il 4% di alluminio e il 3% di rame in massa) sono utilizzate per la produzione di getti complessi. È destinato a lavori di costruzione e ingegneria.
Nel caso del magnesio, le sue leghe hanno applicazioni in architettura, così come alloggiamenti per biciclette, parapetti per ponti e strutture saldate.
Trova anche uso nell'industria aerospaziale, nei macchinari ad alta velocità e nelle attrezzature di trasporto.
titanio
Il titanio forma leghe leggerissime. Sono super resistenti e sono protetti dalla corrosione da uno strato di TiO 2 . La sua estrazione è costosa e ha una struttura cristallina di bcc superiore a 882 ° C.
Inoltre, è biocompatibile, motivo per cui può essere utilizzato come materiale per protesi e impianti medici. Inoltre, il titanio e le sue leghe sono presenti nei macchinari, nella marina, nei componenti a getto e nei reattori chimici.
superleghe
Le superleghe sono fasi solide molto resistenti composte da nichel (come metallo base) o cobalto.
Sono usati come palette nelle turbine e nei motori degli aeromobili, nei materiali per reattori che resistono alle reazioni chimiche aggressive e nelle apparecchiature degli scambiatori di calore.
