Leghe di sostituzione e interstiziali

Le leghe metalliche sono costituite da due o più elementi di cui almeno uno è un metallo. Esse presentano caratteristiche diverse rispetto a quelle dei singoli componenti.
Esse sono note fin dall’antichità quando l’uomo si industriò a ottenere specie che avessero caratteristiche idonee ai loro bisogni contribuendo allo sviluppo della civiltà.

Il bronzo è la prima lega metallica conosciuta dall’umanità utilizzata per forgiare armi e utensili e usata al posto del rame che, per la sua fragilità, era poco adatto a questi scopi.
A seconda delle azioni mutue tra gli ioni le leghe possono essere classificate come soluzioni solide omogenee, leghe eterogenee e composti intermetallici.

Leghe di sostituzione

Le soluzioni solide sono miscugli omogenei in cui i componenti sono dispersi in modo casuale e uniformemente. Gli ioni del soluto, ovvero della specie che è contenuta in minore quantità, sostituiscono altrettanti ioni del solvente ovvero della specie contenuta in maggior quantità nel suo reticolo cristallino. Tali tipi di leghe vengono dette leghe di sostituzione e possono formarsi quando gli ioni dei due metalli hanno dimensioni simili. Tipici esempi di leghe di sostituzione sono bronzo e ottone.

Gli elementi che possono formare leghe di sostituzione hanno atomi con raggi atomici che differiscono di non più di circa il 15%. Perché ci sono lievi differenze nelle dimensioni e nella struttura elettronica, gli atomi meno abbondanti distorcono la forma del reticolo rispetto a quello atomi del metallo principale ostacolando il flusso di elettroni. Poiché il reticolo è distorto, è più difficile per un piano di atomi scivolare rispetto a un altro e la lega di sostituzione ha una conduttività elettrica e termica inferiore rispetto all’elemento puro, ma è più dura e più forte.

Leghe interstiziali

Nelle leghe interstiziali invece, atomi di piccole dimensioni si posizionano nelle cavità del reticolo cristallino del metallo principale. Quando due elementi formano una lega interstiziale, il raggio atomico del soluto deve essere inferiore di circa il 60% rispetto al raggio atomico del metallo principale. Gli atomi interstiziali interferiscono con la conducibilità elettrica. Questo movimento limitato rende la lega più dura e più forte rispetto al metallo principale. L’acciaio comune è un tipico esempio di lega interstiziale, perché gli atomi di carbonio molto piccoli si adattano agli interstizi della matrice di ferro.

Si riporta un’immagine in cui si evidenziano le differenze tra i due tipi di leghe