METALLURGIA

METALLURGIA (XXIII, p. 47)

Metallurgia nelle polveri (metalloceramica). - Consiste nell'agglomerazione allo stato solido di polveri metalliche preventivamente compresse in matrici. Per questa via si ottenne platino compatto (H.W. Wollaston 1809), osmio (Auer v. Welsbach 1897), tungsteno e molibdeno (W.D. Coolidge, F. Skaupy, 1900-10). Seguirono (1914-1922) studî sulle leghe dure da taglio e la preparazione ceramica di leghe di metalli non miscibili (1930), di materiali magnetici speciali, di ferro e sue leghe in prodotti finiti (1936).

Processi di fabbricazione delle polveri, di solito purissime, fino al 99, 98% sono: a) Macinazione: per metalli fragili, Mn, Cr, Sb, Bi, Co; alcune leghe, es. Fe-Al, Fe-Al-Ti, Ni-Al; alcuni idruri decomponibili successivamente in idrogeno e polvere metallica. Granuli da 10 a 100 μ; b) Polverizzazione (atomizzazione) con getto gassoso di una vena di metallo fuso: per metalli a temperatura di fusione non elevata, Fe, Ni, Cu, Ag, Al, Zn, Cd, Pb, Sn. Granuli da 20 a 400 μ.; c) Condensazione del vapore: per metalli volatili, Pb, Zn. Granuli da 0,1 a 10 μ; d) Decomposizione di composti gassosi: da Fe o Ni e CO sotto pressione si hanno i carbonili Fe (CO)₄ e Ni (CO)₅ volatili e dissociabili per riscaldamento in metalli pulverulenti e CO. Granuli da 0,1 a 5 μ; e) Riduzione di ossidi o decomposizione di composti: a temperatura inferiore a quella di fusione del metallo liberato: applicabile per molti metalli. Granuli da 0,1 a 10 μ; f) Elettrolisi con forte densità di corrente catodica di soluzioni acquose o sali fusi: specialmente per Cu e Fe. Granuli da 0,1 a 30 μ. Per preparare leghe si mescolano intimamente nelle dovute proporzioni le polveri dei componenti.

Le polveri si comprimono nelle matrici, di forma e dimensioni del pezzo da ottenere, a temperatura ordinaria e copressioni da 1000 (per metalli meno duri) a 10000 kg/cmq. Solo per metalli molto duri e ad altissima temperatura di fusione la compressione avviene a temperatura elevata. Alcune volte alle polveri si mescolano lubrificanti (grafite, stearina, acqua) che facilitano il riempimento delle matrici e riducono gli attriti. Le matrici si fanno di acciaio ad alta resistenza, eventualmente rivestito con leghe dure. La compressione fa aderire i granuli abbastanza tenacemente per poter estrarre il corpo pressato dalla matrice senza rotture. Per metalli duri, i cui granuli poco schiacciati dalla pressione non acquisterebbero coerenza sufficiente, si aggiunge alla polvere un legante che poi volatilizza.

Nell'agglomerazione (sinterizzazione) il corpo compresso si riscalda a temperatura inferiore a quella di fusione di almeno alcuni dei componenti. Per metalli puri la temperatura assoluta di agglomerazione è circa 2/3 di quella di fusione.

L'agglomerazione, con la saldatura dei granuli adiacenti, la cui superficie di contatto è stata aumentata dalla compressione, trasforma la polvere compressa in un corpo compatto, del tutto simile a un metallo solidificato dal liquido. La saldatura è prodotta da fenomeni di diffusione degli atomi da un grano all'altro, che portano alla formazione di soluzioni solide se sono in presenza metalli diversi miscibili. Alcuni grani si accrescono a spese dei circostanti, altri ne sono assorbiti e nel metallo agglomerato non sono più distinguibili all'esame microscopico i limiti dei granuli originali; ai quali solo corrisponde una certa porosità residua.

Il processo di agglomerazione è analogo a quello di ricristallizzazione di un metallo incrudito. Se alla temperatura di agglomerazione fonde uno dei componenti del miscuglio di polveri o dei costituenti della lega finale formata, i granuli ancora solidi sono saldati dal velo di fase liquida che vi si interpone, con diminuzione o scomparsa della porosità.

I principali prodotti metallo-ceramici sono: a) Metalli refrattarî: W, Mo, Ta, Nb, che non si possono liquefare per l'altissima temperatura di fusione, alla quale inoltre reagirebbero con i refrattarî e i gas dell'atmosfera. Servono per lampade ad incandescenza, valvole termoioniche, tubi per raggi X; b) Leghe dure: ottenute dall'agglomerazione di polveri di carburi durissimi di W, Ti, Nb, Ta mescolati con polvere di Co o Ni. Servono per utensili da taglio ad alta velocità o parti di grande resistenza all'usura; c) Leghe porose: ottenute con l'agglomerazione di polveri metalliche mescolate con grafite o sostanze volatili. I pori risultano distribuiti uniformemente e in comunicazione reciproca. Servono per cuscinetti autolubrificanti, filtri, diaframmi; d) Leghe di metalli non alligabili per fusione per eccessiva differenza di temperatura di fusione o volatilità di un componente: leghe Cu-W e Ag-W per contatti elettrici che accoppiano la conducibilità del primo metallo con la durezza del secondo; e) Leghe rame-grafite: per spazzole di macchine elettriche; f) Leghe metallo-diamante: polvere di diamante dispersa in un legante tenace per lavorazione di sostanze durissime; g) Metalli purissimi e leghe di composizione esattamente definita: la fabbricazione per via ceramica evita inquinamenti nella fusione e diversità di composizione da punto a punto per segregazione durante la solidificazione; p. es., ferro purissimo di grande malleabilità; h) Leghe non preparabili facilmente perfusione: p. es., leghe per magneti ad alta forza coercitiva di Fe-Al-Ni-Co, nuclei magnetici per alta frequenza, costituiti da una polvere ferromagnetica dispersa in un mezzo coibente, leghe Al-Fe-Cr per resistenze elettriche; i) Piccoli pezzi finiti in grandi serie, in ferro, acciaio, bronzo: es., parti di macchine da cucire, ingranaggi. È il ramo di più recente sviluppo e di prevedibili estese applicazioni.

Bibl.: W. O. Jones, Principles of Powder Métallurgy, Londra 1937; F. Skaupy, Metallkeramik, Berlino 1943; R. Kieffer, W. Hotop, Métallurgie des poudres, Parigi 1947; P. Schwarzkopf, Powder Metallurgy, New York 1947; R. Kieffer, W. Hotor, Sintereisen und Sintersthal, Vienna 1948.