Materiale rezistente la coroziune

Proprietăţile metalelor şi aliajelor

Între elementele chimice, metalele formează o grupă aparte, deosebindu-se substanţial de elemente nemetalice. Dintre cele 110 elemente cunoscute si cuprinse în sistemul periodic, circa 80 au proprietăţi metalice, dar dintre acestea numai o parte (circa 20-25) sunt utilizabile ca materiale metalice.

În stadiul actual al producţiei industriale, metalele se pot grupa în:

- Metale de uz general, comune: Fe, Ni, Al, Cu, Pb, Zn, Mg, Sn, ş.a.;

- Metale de aliere: Cr, Mn, Si, Mo, W, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Sb, Bi ş.a.

Metalele au proprietăţi cu totul specifice, datorate formelor de legatură speciale dintre atomii dispuşi în forme geometrice spaţiale regulate (reţele cristaline). Forţa de atracţie (coeziune) care reţine atomii în contact unii cu alţii, numită şi legatură metalică, se explică prin cedarea de către fiecare atom din reţea a unuia sau a mai multor electroni din stratul exterior (electroni de valenţă) şi prin încărcarea în acest fel a atomului cu sarcină electrică pozitivă. Nodurile reţelei constau deci în ioni metalici încărcaţi pozitiv. Electronii cedaţi pot să se mişte liber între ioni, formând norul (gazul) electronic având sarcină electronică negativă şi care datorită atracţiei dintre sarcinile electronice contrare acţionează ca un „liant”ce menţine ionii într-o grupare compactă (fig. 1 ).

Proprietăţile caracteristice ale metalelor, precum conductibilitatea electronică şi termică ridicate sau magnetismul, sunt tocmai consecinţe ale mobilităţii mari a electronilor de valenţă din norul electronic. Lipsa de orientare a legaturii metalice şi capacitatea atomilor de a-şi schimba uşor vecinii fără ca legătura să se distrugă explică capacitatea de deformare plastică şi ecruisabilitatea relativ ridicate ale metalelor.

Practic, toate metalele sunt mai mult sau mai puţin impurificate de elemente străine, metalice dau nemetalice, accidental (gaze, incluziuni nemetalice-zgură) sau intenţionat adăugate (atomi ai unor metale, în cantităţi de peste 0,01%). Acestea, în majoritatea utilizărilor, nu deranjează, ci dimpotrivă, în cazul celor intenţionat adăugate (în cantităţi optime) îmbunătăţesc (prin aliere) proprietăţile metalului de bază.

Apar astfel aliajele – materiale complexe, constituite din două sau mai multe elemente (respectiv componenţi – metalici sau chiar nemetalici) în diferite proporţii, aparţinând unui sistem binar, ternar sau polinar. La scară microscopică, aliajele sunt constituite din constituienţi structurali omogeni, numiţi şi faze, ca metale pure, soluţii solide şi compuşi (intermetalici ori chimici), sau eterogeni – amestecuri mecanice de faze, ca eutectice, eutectoide(tabelul 1).

Proprietăţile fizico-mecanice ale aliajelor depind de proprietăţile constituienţilor structurali, respectiv de natura fazelor în echilibru şi de proporţia lor în structură precum şi de imperfecţiunile (devieri, dislocaţii, locuri vacante şi impurităţi), care totdeauna apar în structura (reţeaua) policristalină reală a materialelor metalice.