leghe metalliche amorfe
leghe metalliche amorfe
Materiali che, a differenza delle leghe metalliche cristalline, sono disordinati a livello microscopico, come risulta evidente dall’analisi dei loro spettri di diffrazione di raggi X. Condizioni di natura semiempirica – che sono favorevoli per la formazione di leghe amorfe – sono associate alla presenza di componenti elementari con differenze significative nei raggi atomici e di valori molto negativi di energia libera di mescolamento nella fase liquida, fase da cui vengono ottenute per raffreddamento veloce. La presenza di componenti metalloidici con caratteristiche glass forming (B, P, Si) è stata considerata per decenni fondamentale per la preparazione di leghe amorfe. Fino alla fine degli anni Ottanta del secolo scorso, i sistemi maggiormente studiati erano leghe a base di metalli nobili, come le leghe amorfe Au-Si, che venivano preparate per raffreddamento veloce (anche maggiore di 105 K/s ). È evidente che solo manufatti sotto forma di film sottile permettono di raggiungere, nell’intera massa, velocità di raffreddamento così elevate. Raramente, tuttavia, lo spessore dei campioni ottenuti eccedeva i 50 μm, con applicazioni pratiche di poco rilievo. In tempi più recenti l’interesse è stato attratto dalle leghe a base di lantanidi (Ln) e metalli di transizione (MT) come le leghe Mg-Ln-MT, che presentano regioni estremamente estese di liquido sottoraffreddato (fino a 127K) e permettono la fabbricazione di campioni di spessore fino a 70 mm, come per es., la lega Pd-Cu-Ni-P. Queste leghe presentano velocità critiche di raffreddamento molto basse, fino a 0,1 K/s e quindi offrono condizioni di preparazione più facilmente abbordabili. La classe delle leghe amorfe non è tuttavia limitata a materiali non ferrosi. Sono infatti state preparate leghe multicomponenti a base di ferro con una composizione molto complessa, come le leghe Fe- (Al-Ga)-P, C, B, Si che si prestano a preparare campioni di spessore attorno ai 2 mm. Recentemente si è potuto anche osservare che la presenza di componenti glass forming non è necessaria per la formazione di leghe amorfe: sistemi ternari costituiti soltanto da elementi metallici, quali i sistemi a base di Cu-Zr-Ag danno infatti origine a leghe amorfe. Si vede quindi che i processi a scala atomica sono responsabili della trasformazione liquido-amorfo e della conseguente metastabilità di questi materiali, anche se la condizione empirica che i componenti elementari debbano presentare grandi differenze nelle energie di legame sembrerebbe indicare la formazione di aggregati stabili a livello nanoscopico. Un’evoluzione di questi materiali è rappresentata da composti costituiti da una distribuzione di una fase microcristallina nella matrice amorfa. Questi materiali presentano proprietà meccaniche molto interessanti, in quanto la presenza di una seconda fase permette ulteriormente di migliorare il loro comportamento sotto deformazione a temperatura ambiente. Nel caso di leghe Zr-Nb-Cu-Ni-Al la matrice amorfa, preparata convenzionalmente per raffreddamento del fuso viene trattata termicamente in maniera tale da indurre la nucleazione di una fase duttile a struttura dendritica con la struttura del β-Ti, che migliora decisamente le proprietà elastiche del materiale.