Le leghe del rame

Le leghe di rame, un’introduzione

Rame puro, o no?

Quando si parla di rame puro, si commette una piccola, anzi piccolissima imprecisione: infatti in commercio ci sono molte leghe che hanno una purezza superiore al 99,90%, e a volte è proprio quello 0,10% rimanente a determinare le caratteristiche fisiche del materiale. Infatti il rame davvero puro è molto morbido e minime aggiunte di elementi di lega come argento, stagno, ferro e fosforo riescono a migliorare la durezza e la resistenza.
In quel 0,10%, il rame che viene usato per i tubi e i tetti contiene del fosforo, mentre quello impiegato nei fili elettrici contiene ossigeno.

Esistono poi tanti tipi di rame impiegato per la conduzione di elettricità: la loro composizione viene decisa per rispondere a certe determinate caratteristiche: per esempio se viene cercata una resistenza meccanica superiore (come per esempio per i fili dei treni o dei tram), ma senza intaccare troppo la conducibilità, si possono scegliere rame speciali con altri elementi aggiunti in piccole quantità come il tellurio e lo stagno. Il loro contenuto è determinato dalla conducibilità minima ammissibile.

Il bronzo

La storia delle leghe risale a migliaia di anni. Molto prima che l’elettricità fosse stata scoperta, l’uomo antico aveva notato che legando il rame allo stagno otteneva un materiale più utile: il bronzo, la prima lega inventata dall’uomo. Il bronzo è molto più duro e più forte del rame e meno fragile della pietra. La resistenza e la forma poteva poi essere ulteriormente migliorata martellandolo. Questa scoperta è così importante che un periodo della storia è stato chiamato Età del Bronzo.
Il bronzo è conosciuto anche per la sua resistenza alla corrosione e quindi per una certa sua  “nobiltà”: anche per questo motivo i materiali delle medaglie nelle competizioni sportive prevedono il bronzo: un materiale perenne, che ricorderà per sempre l’impresa degli atleti.
Ad ulteriore testimonianza della sua resistenza alla corrosione ci sono anche i Bronzi di Riace, statue che sono state per due millenni in fondo al mare.
Il bronzo è anche apprezzato per la sua resistenza all’usura e allo sfregamento: non a caso  le bronzine – che devono sopportare lo strisciamento reciproco di due componenti meccanici – si chiamano così.

L’ottone

L’ottone è la lega di rame più utilizzata e presenta un contenuto di zinco che può arrivare fino al 42%. In questo ampio ventaglio di composizion si ottengono diverse combinazioni di proprietà che comprendono la robustezza, la resistenza all’usura, la lavorabilità, il colore, la resistenza alla corrosione. Molti ottoni non contengono solo zinco (ottoni binari), ma anche altri elementi, come il piombo, lo stagno, il ferro, ecc.

Per esempio le leghe rame-zinco-piombo sono particolarmente lavorabili all’utensile e quindi molto diffuse; infatti il piombo non si mischia con i due elementi principali, ma si trova disperso nella struttura della lega: quando lo si lavora, i trucioli diventano molto corti o addirittura polverosi e gli utensili subiscono un’usura e un riscaldamento minori, con conseguente miglioramento della qualità e della velocità della lavorazione. La lega CuZn36Pb3 è addirittura presa come materiale di riferimento per la lavorazione all’utensile, con un indice pari a 100: si tratta di una lega ad altissima lavorabilità.

L’ottone è il materiale con cui vengono fatte valvole e rubinetti (che però vediamo cromati): l’Italia ha la leadership della produzione nel campo della rubinetteria sanitaria (che siamo soliti vedere cromata) e nel valvolame, grazie alla tecnologia d’avanguardia e al design. I poli produttivi della Valsesia (Novara-Vercelli-Verbano) e del Bresciano concentrano un centinaio di aziende, di cui alcune di livello mondiale.

I cupronickel

Il nickel aggiunto al rame da luogo ad una famiglia di leghe destinate ad applicazioni speciali. Sono caratterizzate da un’ottima resistenza alla corrosione in ambienti marini, per questo vengono impiegate in impianti di dissalazione, condensatori marini, reti per acquacoltura; notevole è la resistenza meccanica, in particolare la resistenza all’erosione.

Le due principali leghe sono denominate semplicemente 90/10 e 70/30: la 70/30 ha una maggiore resistenza al passaggio dell’acqua di mare, anche se la 90/10 è adatta alla maggior parte delle applicazioni ed è meno costosa.

Si noti che basta un tenore del 20% per ottenere un colore grigio metallico. Per questi motivi sono usate nella monetazione: la parte “bianca” delle monete da 1 e 2 euro sono costitute da un cupronickel 75-25.

Le leghe rame-alluminio

cuprallumini (più noti come bronzi all’alluminio) sono leghe di rame in cui l’alluminio è come elemento aggiuntivo principale, con un contenuto che varia dal 5 al 12%. Sono note per la loro notevole resistenza meccanica, alla corrosione e all’usura: infatti a contatto con l’aria si forma un sottile strato di composti tra l’ossigeno e gli elementi che compongono la lega, tra cui quindi l’ossido di alluminio: esso è un materiale molto duro e poco scalfibile, normalmente impiegato negli abrasivi.

Un’altra caratteristica importante è il colore: hanno un colore dorato, che dura nel tempo e che viene sfruttato anche in architettura.
Tra le applicazioni dei cuprallumini ricordiamo anche: eliche, pompe e valvole a contatto con acqua di mare (es. impianti di raffreddamento a bordo di navi), tubi per piattaforme off-shore, giranti, fissaggi e barre di sostegno in edilizia, cuscinetti, stampi per imbutitura.