Una lega è una sostanza fatta combinando insieme due o più elementi dove l’elemento primario è un metallo. La maggior parte delle leghe si formano fondendo insieme gli elementi. Dopo il raffreddamento, una lega cristallizza in un solido, un composto intermetallico o una miscela che non può essere separata con un metodo fisico. Anche se una lega può contenere metalloidi o non metalli, mostra le proprietà di un metallo.
Il metallo primario in una lega è chiamato base, solvente o matrice. Gli elementi secondari sono chiamati soluti. Gli elementi indesiderati sono chiamati impurità. Se la lega consiste di soli due elementi, il risultato è una lega binaria. Se gli elementi sono tre, il risultato è una lega ternaria. Variando la percentuale di elementi si creano sistemi binari, sistemi ternari, sistemi quaternari e così via.
Esempi di leghe
Esempi familiari di leghe includono ottone, bronzo, acciaio inossidabile, oro 14k, argento e ghisa.
- Alnico: Alnico contiene almeno il 50% di ferro, con alluminio, nichel, cobalto e altri metalli. È usato nei pickup delle chitarre elettriche e nei magneti degli altoparlanti.
- Amalgama: un amalgama è una lega di mercurio. Poiché il mercurio puro è un elemento liquido, gli amalgami tendono ad essere pastosi. Il mercurio ha anche un’alta pressione di vapore, così a volte un amalgama viene riscaldato per scacciare il mercurio, lasciando gli altri componenti.
- Ottone: L’ottone è una lega di rame con stagno e talvolta altri elementi. Poiché è duro e resistente, l’ottone è utilizzato in parti lavorate e impianti idraulici.
- Bronzo: Il bronzo è una lega di rame e stagno, a volte con altri elementi. Il bronzo è utilizzato nelle statue e in alcuni strumenti musicali.
- Ghisa: La ghisa è un esempio di una lega contenente un non metallo. È ferro con almeno il 2% di carbonio.
- Electrum: Electrum è una lega naturale di argento e oro.
- Oro 14k: l’oro 14k è oro al 58,5%, di solito con argento, rame e zinco. La lega dell’oro lo rende più duro e più forte.
- Oro 18k: l’oro 18k è oro al 75%, di solito con rame, nichel o zinco. La lega mantiene il colore e la lucentezza dell’oro, ma è più dura e più forte dell’elemento puro.
- Ferro meteoritico: I meteoriti hanno composizione variabile, ma alcuni sono leghe naturali di ferro e nichel.
- Nitinol: Nitinol è 50-55% nichel con 45-50% titanio. È una lega a memoria di forma usata in montature di occhiali, articoli medici e interruttori termici.
- Peltro: Il peltro è una lega di stagno. Gli altri elementi possono essere rame, antimonio o piombo. Il peltro è più forte dello stagno puro, malleabile e resiste allo sbriciolamento a basse temperature.
- Argento Sterling: L’argento Sterling è argento al 92,5%, di solito con rame, ma a volte con altri elementi. L’argento in lega lo rende più duro e durevole, ma anche incline all’appannamento.
Come si fanno le leghe
Due metodi portano alla formazione della lega. Questi metodi possono essere combinati per formare un terzo tipo di lega.
- Lega sostitutiva – Una lega sostitutiva si forma quando un atomo si scambia con un altro atomo di dimensioni comparabili. L’ottone e il bronzo sono esempi di leghe sostitutive. Lo stagno o lo zinco, rispettivamente, sostituiscono alcuni degli atomi di rame nel reticolo cristallino.
- Lega interstiziale – Una lega interstiziale si forma quando atomi più piccoli rimangono intrappolati nel reticolo cristallino di atomi più grandi. L’acciaio è un esempio di una lega interstiziale. Gli atomi di carbonio si inseriscono negli interstizi della matrice cristallina del ferro.
Alcune leghe si formano da una combinazione di scambio di atomi e meccanismi interstiziali. Per esempio, l’acciaio inossidabile ha atomi di carbonio nei suoi interstizi, più gli atomi di nichel e cromo sostituiscono alcuni atomi di carbonio.
Usi delle leghe
Per progettazione, le leghe hanno proprietà chimiche e fisiche che sono superiori per un’applicazione rispetto ad un elemento puro. Così, più del 90% dei metalli in uso commerciale sono leghe. Le leghe migliorano rispetto agli elementi puri in termini di resistenza alla corrosione, resistenza al calore, durezza, lavorabilità, migliore usura, o speciali proprietà elettriche o magnetiche. A volte il miglioramento riflette semplicemente il rapporto costo-efficacia, dove una lega mantiene le proprietà chiave di un metallo puro ma è meno costosa.
- Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Ferro e acciaio nei tempi antichi. Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN 978-87-7304-308-0.
- Callister, W.D. (2007) Materials Science and Engineering: An Introduction (7th ed.). John Wiley and Sons, Inc. ISBN 978-0-471-73696-7.
- Cretu, C.; Van Der Lingen, E. (1999). “Leghe d’oro colorate”. Bollettino d’oro. 32 (4): 115. doi:10.1007
- Emsley, John (2003). Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 0198503407.