Metalli non ferrosi: classificazione, proprietà e applicazioni industriali

Classificazione dei Metalli Non Ferrosi

I metalli non ferrosi sono imprescindibili e sempre più utilizzati nel settore industriale per la fabbricazione di molti prodotti. Si classificano in base alla loro densità:

• Pesanti: Densità maggiore di 5 kg/dm³. Esempi: rame, stagno, zinco, piombo, ecc.
• Leggeri: Densità compresa tra 2 e 5 kg/dm³. Esempi: alluminio e titanio.
• Ultraleggeri: Densità inferiore a 2 kg/dm³. Esempi: magnesio e berillio.

In generale, i metalli non ferrosi allo stato puro sono teneri e hanno una scarsa resistenza meccanica. Per questo motivo, vengono spesso legati con altri metalli per migliorarne le proprietà. Ordinati dal più alto al più basso utilizzo, i principali sono: rame (e sue leghe), alluminio, stagno, piombo, zinco, nichel, cromo, titanio e magnesio.

Lo Stagno (Peltro)

Lo stagno è un metallo abbastanza raro nella crosta terrestre. Fortunatamente, si trova solitamente concentrato in giacimenti minerari, anche se la purezza è spesso molto bassa (0,02%). Il minerale di stagno più sfruttato è la cassiterite, in cui il metallo si presenta sotto forma di ossido (SnO2).

Caratteristiche dello stagno:

• Lo stagno puro ha un colore molto brillante. A temperatura ambiente si ossida e perde la sua lucentezza superficiale.
• A temperatura ambiente è molto malleabile e morbido; può essere ridotto in fogli di pochi decimi di millimetro di spessore. Tuttavia, a caldo diventa fragile e friabile.
• Sotto i -18 °C inizia a decomporsi diventando una polvere grigia. Questo processo è noto come malattia dello stagno o peste dello stagno.
• Quando viene piegato, emette un caratteristico scricchiolio chiamato "grido dello stagno".

Principali leghe di stagno:

• Bronzo: Una lega di rame e stagno.
• Saldatura dolce: Leghe di stagno e piombo in proporzioni tra il 25% e il 90%.
• Leghe a bassa temperatura di fusione:
  • Darcet: (25% Sn + 25% Pb + 50% Bi), fonde a 97 °C.
  • Cerrolow: (8,3% Sn + 22,6% Pb + 44,7% Bi + 5,3% Cd + 19,1% In), fonde a 47 °C.

Uno degli utilizzi più importanti dello stagno è la produzione di banda stagnata, ovvero una lamiera di acciaio rivestita con due sottili strati di stagno puro per proteggere l'acciaio dall'ossidazione.

Il Rame

I minerali di rame utilizzati oggi si presentano sotto forma di rame nativo, solfuri (calcopirite e chalcocite) e ossidi (malachite e cuprite).

Caratteristiche del rame:

• È molto duttile e malleabile.
• Possiede un'elevata conducibilità termica ed elettrica.

L'aggiunta di altri elementi non ferrosi al rame ne migliora la resistenza meccanica e all'ossidazione, sebbene peggiori leggermente la conducibilità. Le leghe più comuni sono:

1. Bronzo (Rame e Stagno)

• 1.1 Ordinari: Composti solo da rame e stagno (dal 5% al 30%). Utilizzati per campane e ingranaggi.
• 1.2 Speciali: Contengono rame, stagno e altri elementi chimici. Utilizzati per sculture e cavi elettrici.

2. Ottone (Rame e Zinco)

• 2.1 Ordinari: Composti solo da rame e zinco (dal 30% al 55%). Utilizzati in ferramenta.
• 2.2 Speciali: Contengono rame, zinco e altri elementi. Utilizzati per rubinetti, dadi e bulloni.

Altre leghe di rame:

• Cuproalluminio: Lega di alluminio e rame. Utilizzata per eliche e turbine.
• Alpaca: Lega di rame, nichel e zinco. Ha un colore argenteo ed è usata in bigiotteria e argenteria.
• Cupro-nichel: Lega di rame e nichel (dal 40% al 50%). Utilizzata per monete e contatti elettrici.

Il Titanio

È abbondante in natura, essendo un componente di quasi tutte le rocce vulcaniche contenenti ferro. L'estrazione del titanio è un processo complesso che ne aumenta il costo finale. I minerali principali sono il rutilo e l'ilmenite.

Caratteristiche e applicazioni:

• Metallo bianco argenteo, più resistente all'ossidazione e alla corrosione rispetto all'acciaio inossidabile.
• Le proprietà meccaniche sono simili o superiori all'acciaio, ma mantiene le prestazioni fino a 400 °C.
• Grazie alla bassa densità, è utilizzato nel settore aeronautico (aerei, razzi, missili) e per i satelliti di comunicazione.

Il Magnesio

Si trova principalmente sotto forma di cloruro di magnesio (derivato dall'acqua di mare), dolomite, magnesite e carnallite.

Caratteristiche e leghe:

• Allo stato liquido o in polvere è altamente infiammabile.
• Ha un colore bianco argenteo, è malleabile e duttile.
• È più resistente dell'alluminio per la forgiatura.
• Leghe per aviazione: Magnam (Mg + Mn), Magzine (Mg + Zn), Magal (Mg + Al).
• Leghe per fusione: Fumagal (Mg + Zn + Al) e Fumagcin.

Nella sua forma pura ha pochi usi, tranne che nei fuochi d'artificio e come fondente nell'acciaio.

Lo Zinco

I minerali utilizzati per l'estrazione sono la calamina e la sfalerite.

Caratteristiche:

• Resistente all'ossidazione e alla corrosione in aria e acqua, ma sensibile agli acidi.
• Possiede il più alto coefficiente di dilatazione termica tra i metalli.
• A temperatura ambiente è fragile, ma tra 100 e 150 °C diventa molto malleabile.

Applicazioni commerciali:

• Leghe: Ottone (Cu + Zn), Alpacca (Cu + Ni + Zn) e Zama (Al + Cu + Zn) per pezzi di alta precisione.
• Produzione di lamiere: Coperture, grondaie e serbatoi.
• Rivestimenti protettivi:
  • Zincatura elettrolitica: Sottile strato di zinco applicato per elettrolisi.
  • Zincatura a caldo: Immersione in zinco fuso.
  • Metallizzazione: Proiezione di particelle di zinco.
  • Sherardizzazione: Ricoprimento con polvere di zinco in forno.
• Altre forme: Ossido di zinco per creme solari, deodoranti, vernici e conservanti.

Il Piombo

Il minerale più utilizzato è la galena (solfuro di piombo).

Caratteristiche e applicazioni:

• Molto duttile, morbido e facile da tagliare.
• Colore bianco-grigiastro, brillante se appena tagliato, ma si ossida rapidamente formando uno strato protettivo.
• Resistente agli acidi cloridrico e solforico.
• Usi puri: Ossido di piombo per vernici antiruggine, tubazioni (ormai limitate), batterie e protezione dalle radiazioni nucleari (raggi X).
• Leghe: Saldatura (Pb + Sn).

L'Alluminio

È il metallo più abbondante nella crosta terrestre (8%). Si trova combinato con l'ossigeno in minerali come la bauxite.

Caratteristiche:

• Leggero e inossidabile all'aria grazie a un sottile strato di ossido di alluminio (Al2O3).
• Ottimo conduttore di elettricità e calore (usato nelle linee elettriche ad alta tensione).
• Molto malleabile (fogli per imballaggio) e duttile.

Classi e applicazioni:

• Alluminio + Rame (Duralluminio): Utilizzato per cerchioni, automobili e biciclette.
• Alluminio + Magnesio: Utilizzato nei settori aerospaziale e automobilistico.
• Alluminio + Rame + Silicio: Per pezzi stampati a iniezione.
• Alnico (Al + Ni + Co): Per la produzione di potenti magneti permanenti.
• Alluminio puro (polvere): Utilizzato in vernici protettive.

Viene commercializzato sotto forma di fili, lamiere, tondi e barre.