L'argento puro si presenta con un colore bianco splendente di altissimo potere riflettente, possiede un elevato grado di malleabilità e di duttilità di poco inferiori a quelle dell'oro tanto che è possibile ridurlo in lamine sottilissime nelle quali, per trasparenza, appare di colore blu. per la sua saldatura l'argento viene portato ad una temperatura vicina a quella di fusione e quindi martellato.

ORO

L'oro è un metallo pesante lucente, come il rame e l'argento, particolarmente prezioso. Si ottiene dai suoi minerali come il quarzo aurifero, polverizzando il minerale, lavandolo sopra lamine di rame, ricoperte da uno strato di amalgama.

L'oro si scioglie nell'amalgama che successivamente viene raschiata e separata per distillazione.

L'oro si scioglie nell'acqua regia, che è una miscela di una parte di acido nitrico e tre di acido cloridrico concentrati, formando l'acido cloroaurico HauCl Scaldando quest'acido si ottiene l'oro puro.

L'oro nell'elettronica è molto usato nella fabbricazione dei circuiti stampati, nei contatti dei relè, ecc.

RAME

Il rame è, dopo l'argento, il migliore conduttore di elettricità; esso costituisce il metallo più importante nelle costruzioni elettromeccaniche e vi trova impiego sia come materiale conduttore, sia come costituente principale di un certo numero di leghe che vengono usate per diversi scopi per le loro doti di tenacità, di resistenza meccanica, di resistenza all'usura e alla corrosione.

Il rame si trova in natura assai diffusamente, allo stato libero (rame nativo) con alto grado di purezza, nei minerali a base di solfuro di rame (calcopirite, calcosite) e nei minerali a base di ossidi (cupirite, malachite).

A seconda della composizione, i minerali del rame vengono sottoposti a procedimenti di torrefazione e fusione, i quali consent 737b17h ono l'eliminazione delle ganghe e dei solfuri. Dopo questi processi, si ottiene il cosiddetto rame nero, il quale contiene ancora ferro e zolfo e che deve essere perciò raffinato o per via elettrolitica o nel forno a riverbero a seconda della sua composizione. Il metodo migliore di raffinazione è quello elettrolitico; infatti solo con esso si riesce ad eliminare alcune impurezze come l'antimonio, l'arsenico e il bismuto al fine di ottenere il rame di tipo elettrolitico con la migliore conducibilità elettrica, quale si richiede nelle applicazioni elettriche ed elettroniche.

Nel processo di raffinazione nel forno a riverbero, il rame nero viene portato alla temperatura di fusione in una corrente d'aria; alcune impurezze, come ad esempio il bismuto, in gran parte volatilizzano e le altre vengono eliminate, dato che hanno una maggiore affinità per l'ossigeno che per il rame.

Nel processo di raffinazione elettrolitica si usa quale elettrolita una soluzione di solfato di rame, come catodo un lamierino sottile di rame puro e come anodo il rame da raffinare. Nel processo si verifica il passaggio del rame dall'anodo nella soluzione come Cu e il suo successivo deposito sul catodo. Le impurezze contenute nell'anodo, a seconda del tipo, o vanno in soluzione e rimangono in essa senza poter essere ridepositate, o cadono sul fondo della vasca costituendo i cosiddetti fanghi anodici. Il processo di elettrolisi viene in genere eseguito con una densità di corrente di circa 175 A/dm di superficie catodica e sotto la tensione di 0,2/0,4 V.

Il prodotto di elettrolisi che si ottiene direttamente al catodo non si lascia tuttavia né laminare, né trafilare, né battere. Occorre perciò che tale prodotto venga rifuso; questa fusione si esegue nel forno a riverbero e consiste in un vero e proprio processo di raffinazione, analogamente a quello per il rame nero. Il prodotto che si ottiene è colato in lingotti e costituisce il rame che viene messo in commercio; tali lingotti passano poi ai laminatoi nei quali sono ridotti in piattine o tondini delle dimensioni che si richiedono ordinariamente nelle trafilerie. Il rame elettrolitico colato in una delle forme commerciali, generalmente ha un titolo minimo di 99,99% di Cu con un contenuto di O intorno allo 0,03%.

Il rame puro si presenta con un bel colore rossastro caratteristico, con struttura finemente cristallina e, se viene laminato, assume un aspetto quasi fibroso. La resistività elettrica del rame ricotto campione è stata fissata dalla C.E.I. al valore tipico di 0,017241 x mm /m a 20°C.

La conducibilità elettrica del rame dipende in modo più o meno notevole dalla presenza in esso di impurità, come anche nelle più pure qualità di rame commerciale variazioni della purezza e dello stato fisico causano variazioni di conducibilità anche sensibili. Inoltre la conducibilità è più bassa per il rame crudo che per il rame ricotto e il massimo di conducibilità elettrica si ottiene per una temperatura di ricottura tra 400 e 600°C.

Il coefficiente di temperatura del rame ricotto campione è di 0,0039 °C . Il coefficiente di dilatazione lineare per temperature tra 0 e 100 °C è in media uguale a 1,7 10 ; il coefficiente di conducibilità termica è compreso tra 300 e 340 per temperature prossime ai 20 °C.

Il rame ha una temperatura di fusione di 1083 °C; a tale temperatura esso si ossida rapidamente e la presenza dell'ossido nella massa del rame modifica alquanto le proprietà meccaniche rendendolo molto fragile e difficile da lavorare.

Il rame, se viene esposto all'aria umida e soprattutto se la sua superficie è ruvida, si copre di una sottile pellicola, detta verderame, composta di solfato, di cloruro e più raramente di carbonato; la formazione di tale strato di patina è favorita dalla presenza di acidi, specie in vicinanza del mare. Il rame è fortemente attaccato dallo zolfo sia solido che liquido; per questo motivo i fili di rame destinati ai cavi in gomma devono essere protetti mediante stagnatura.

Tipi commerciali speciali di rame

Se al rame vengono appositamente aggiunte delle piccole quantità di alcuni elementi capaci di esaltarne particolari e utili caratteristiche, si ottengono dei tipi commerciali speciali di rame fra i quali:

Rame al cadmio, detto anche bronzo telefonico: presenta notevoli caratteristiche meccaniche ed ha una conducibilità elettrica pari all'80/90 % di quella del rame elettrolitico. Il rame al cadmio è adatto per i fili destinati a linee telefoniche e a linee elettriche tranviarie e ferroviarie.

Rame al cromo, rame allo zirconio: hanno caratteristiche meccaniche molto elevate e sono suscettibili di trattamento termico, conservando una buona conducibilità elettrica.

Rame all'argento: è un tipo di rame in grado di rimanere nello stato incrudito anche a temperature relativamente elevate, data la presenza dell'argento che innalza la temperatura di ricristallizzazione (o ricottura) del rame.

Rame al selenio o al tellurio: è un tipo di rame particolarmente adatto per le lavorazioni meccaniche del metallo alle macchine utensili, poiché gli elementi aggiunti sono fragilizzanti pur non alterandole caratteristiche elettriche del rame.

Rame all'arsenico: è un tipo di rame resistente all'azione ossidante della fiamma ed è adatto per piastre di focolai di locomotive, bruciatori, ecc.

Leghe del rame

La capacità del rame a formare soluzioni solide e in generale la sua capacità di legarsi con altri metalli ha permesso lo sviluppo della vasta metallurgia delle leghe di rame, le quali hanno applicazioni altrettanto vaste e interessanti quanto quelle del rame stesso. Circa il 50 % del rame prodotto viene utilizzato sotto forma di leghe di rame. Ciascun componente scelto per aggiungere al rame, è capace di fornire ad esso particolari caratteristiche adatte per determinate applicazioni.

Aggiungendo al rame lo stagno, dall'1 al 9 % si Sn, si ottiene la famiglia dei cosiddetti bronzi plastici che sono materiali aventi elevate caratteristiche meccaniche ed elastiche ed una notevole resistenza alla corrosione. Aggiungendo al rame lo zinco in misura dal 5 al 40 %, si ottiene la famiglia degli ottoni binari o ottoni comuni, mentre aggiungendo al rame il nichel nelle percentuali dal 5 al 30 % si ha il gruppo delle leghe di rame note con il nome di cupronichel particolarmente interessanti per la loro resistenza alla corrosione.

NICHEL

Il nichel è un metallo bianco grigiastro, simile al ferro ma più duro, duttile, malleabile e magnetico. Fonde a 1455°C ed ha una conducibilità elettrica pari al 15% di quella del rame e al 44% di quella dell'argento; la sua conducibilità termica è il 15% di quella dell'argento. A temperatura ordinaria il nichel è ferromagnetico mentre a temperature moderatamente elevate (350\360 °C) diventa paramagnetico.

È resistente agli agenti chimici, non si ossida all'aria e mantiene, perciò, a lungo la sua lucidatura. Per la sua elevata resistenza alla corrosione esso trova una notevole applicazione nella fabbricazione degli acciai inossidabili; è utilizzato come metallo da conio per la sua resistenza all'usura. Viene inoltre usato nella produzione di accumulatori al nichel-cadmio e al nichel-ferro e per la fabbricazione di tubi elettronici.

Particolarmente importante è l'uso del nichel per la produzione di leghe, nelle quali il nichel viene combinato con altri elementi, di solito durante il processo di fusione, per ottenere speciali caratteristiche del prodotto finale. Fra le principali leghe del nichel si hanno: leghe nichel-rame, leghe nichel-cromo, leghe nichel-ferro, leghe Hastelloy.

Leghe nichel-rame

Esiste una numerosa serie di leghe nichel-rame le cui proprietà meccaniche aumentano con l'aumentare del contenuto di nichel sino al 60\70 %. La più nota fra queste leghe è conosciuta con il nome di Monel, contenente 2/3 di nichel e 1/3 di rame. Tale lega è di uso generale per le sue buone proprietà meccaniche e la sua eccellente resistenza alla corrosione. La lega nichel-rame nota con la denominazione di Jae Metal, di composizione 70% Ni, 30% Cu, trova applicazione per fili usati nei resistori.

Leghe nichel-cromo

Sono particolarmente impiegate per costruire resistenze elettriche per la loro elevata resistenza elettrica, resistenza all'ossidazione e per le buone proprietà meccaniche a temperature sino a 1150°C. negli usi a temperatura di lavoro fino a 950°C si possono impiegare leghe più economiche contenenti un elevato valore di ferro (30%).

la lega Nichrome V ha una composizione di 80% Ni, 20% Cr, mentre la lega Brightray B, anch'essa usata nei fili per resistori, ha una composizione di 50% Ni, 16% Cr, 24,7% Fe, 0,3 Si.

Un'altra lega di nichel-cromo, nota sotto il nome di Cromel (90% Ni, 10% Cr) trova impiego, fino a 1100°C, nelle etrmocoppie insieme alla lega Alumel (95% Ni, 5% Al). La lega Inconel 600, di composizione 77% Ni, 26% Cr e 7% Fe, trova impiego tipico nelle parti per forni e per apparecchiature usate per alte temperature.

Leghe nichel-ferro

Le leghe nichel-ferro si possono suddividere in: leghe a basso coefficiente di dilatazione o a dilatazione contollata; leghe con bassa o controllata variazione del modulo elastico con la temperatura; laghe con speciali caratteristiche magnetiche. Le leghe a basso coefficiente di dilatazione o a dilatazione controllata hanno un contenuto di nichel del 36% e hanno, in un intervallo di temperatura ristretto, un coefficiente di dilatazione minimo. La lega tipica è nota con il nome di Invar, utilizzata per particolari apparecchi di misura, nei dispositivi di controllo delle temperature e nella fabbricazione dei bimetalli (lamine bimetalliche). Per intervalli maggiori di temperatura si usano leghe ferro-nichel al 42% di Ni, con minor coefficiente di dilatazione oltre i 300°C, impiegate nell'intervallo tra 0°C e 500°C.

Per la saldatura vetro-metallo si usano leghe a dilatazione ben determinata, con un tenore di nichel pari al 46, 48, 56 e 58 %. Aggiungendo alle leghe ferro-nichel altri elemnenti, ad eccezione del cobalto, si viene ad aumentare la dilatazione.

Le leghe in ferro-nichel-cobalto tipo Superinvar, hanno un coefficiente di dilatazione di 0,5 10 /°C.

Le leghe con bassa o controllata variazione del modulo elastico, al 36% di Ni, presentano un coefficiente di temperatura del modulo elastico positivo. Aggiungendo manganese e cromo si aumenta il modulo elastico e si diminuisce il coefficiente di temperatura; quest'ultimo si annulla con l'aggiunta del 12% di Cr per le leghe al 36% di Ni.

Per le leghe che contengono il 42% di Ni, il 5,5% di Cr e il 25% di Ti, il coefficiente di temperatura ed il modulo elastico possono essere regolati entro un grande campo di valori positivi e negativi variando la temperatura d'invecchiamento.

ALLUMINIO

L'alluminio è un metallo molto abbondante in natura e diffuso in forma combinata; costituisce circa il 7,5% della litosfera. Esso non si trova allo stato nativo, ma è presenta in grandissima quantità di minerali, quali i silicati (caolino, mica, argilla, feldspato), gli ossidi (allumina, corindone, bauxite), i solfati e i fluoruri. Il minerale più importante per la produzione dell'alluminio è la bauxite, che è un ossido idrato di alluminio-silicio e ferro, di composizione 50\70 % di Al O , 2\25 % di SiO , 2\20 % di FeO .

Per la produzione dell'alluminio si preferisce, per ragioni tecnologiche, non trattare direttamente la bauxite, ma estrarre in una prima fase l'allumina con alto grado di purezza (Al O > 99,5%) e successivamente procedere alla deposizione elettrolitica del metallo, da una soluzione di allumina (ottenuta precedetemente) in un bagno di criolite fusa. Nella cella elettrolitica, il catodo è costituito dalla vasca rivestita sul fondo di carbone in cui sono inserite barre di ferro portacorrente collegate al polo negativo della sorgente di corrente continua. L'anodo è formato da uno o più elettrodi di carbone sospesi in alto sull'elettrolita fuso e connessi al polo positivo. Nella vasca si raccoglie l'alluminio fuso. La temperatura del bagno è generalmente di 960\980°C. l'alluminio prodotto dalle celle elettrolitiche ha una purezza che raggiunge in media il 99,6% con punte fino a 99,9%; le impurezze sono principalmente costituite da ferro e silicio e in minor misura da zinco, titanio, rame, ecc. Per ottenere l'alluminio più puro, al 99,9%, esso viene sottoposto, sempre allo stato fuso, ad una ulteriore raffinazione elettrolitica, in cui l'elettrolita è costituito da una miscela di cloruri e fluoruri fusi, a 750°C; il catodo è costituito dall'elettrodo superiore e l'anodo è la vasca rivestita di carbone.

L'alluminio è uno dei metalli più leggeri, si presenta di aspetto bianco argenteo ed ha una struttura granulare; è duttile e malleabile tanto da poter essere laminato in lamiere molto sottili. Fonde a 659°C, ha una conducibilità elettrica di volume, quando è duro al 99,9%, superiore di circa il 3% a quella dell'alluminio commerciale al 99,5%.

L'alluminio esposto all'aria, per la sua elevata affinità con l'ossigeno, si ricopre di uno strato di ossido che lo protegge da un ulteriore attacco. Tale strato di ossido può essere prodotto o notevolmente accresciuto mediante un processo elettrolitico chiamato ossidazione anodica o anodizzazione: il materiale viene immerso in una cella elettrolitica contenente una soluzione diluita generalmente di acido solforico e collegato alla barra anodica della cella stessa. Lo strato di ossido può arrivare a spessori di qualche decina di micron e oltre ad essere protettivo è anche elettricamente isolante e resistente all'usura. L'ossido di alluminio, oltre al vantaggio di potersi ottenere in spessori estremamente sottili, ha anche quello di possedere un'elevata rigidità dielettrica; per avere un'idea di quest'ultima basti pensare che uno spessore di ossido di alluminio dell'ordine di 1 è sufficiente per sostenere una tensione continua di 600V. queste proprietà dell'ossido, insieme alla sua elevata costante dielettrica ( = 8), vengono sfruttate nella fabbricazione dei condensatori elettrolitici nei quali si ottiene un alto valore di capacità per unità di volume del condensatore. È possibile inoltre costruire avvolgimenti con filo di alluminio nudo, dato che le singole spire vengono a trovarsi fra loro isolate per la presenza dello strato di ossido sul conduttore, che ha uno spessore inferiore a quello dei normali strati dei comuni isolanti tessili e anche minore di quello degli ordinari smalti a base di resine e oli speciali.

L'alluminio può essere saldato sia con saldatura autogena al cannello ossidrico, sia con saldatura elettrica per punti; un sistema che risulta più economico della saldatura ossiacetilenica consiste nella saldatura dell'alluminio utilizzando l'ottone come metallo d'apporto. Nella saldatura dell'alluminio è necessario tuttavia prendere alcune precauzioni: infatti, data la grande affinità dell'alluminio con l'ossigeno e la refrattarietà dell'ossido di alluminio, occorre eliminare con cura lo strato di ossido che si forma alla superficie del metallo poiché tale strato, oltre a rendere difficoltosa l'operazione di saldatura, fa aumentare la resistenza elettrica della giunzione, dato che l'ossido è un isolante. Nell'eseguire le saldature (come quelle che si fanno su rame a mezzo stagno) occorre scegliere adatti fondenti per sciogliere l'ossido e trasformarlo in un sale solubile ed occorre inoltre usare un materiale di apporto dello stesso titolo di metallo base, onde evitare eterogeneità chimica che produrrebbe dei fenomeni di corrosione, soprattutto se il pezzo saldato viene a trovarsi immerso in un liquido o semplicemente in presenza di aria umida. Per impedire l'eccessiva formazione di ossido, un accorgimento consiste nel fare in modo che l'estremità della bacchetta del materiale d'apporto sia permanentemente immersa nel bagno fuso e che il fondente si distenda in maniera uniforme su tutta la superficie. E' opportuno inoltre proteggere la saldatura e le pareti adiacenti con una buona vernice isolante a base di catrame.

Fra le leghe di alluminio quelle più comunemente usate sono: l'anticorodal, il duralluminio e il silumin.

STAGNO

Lo stagno è presente in pochi minerali e l'unico minerale adatto industrialmente per l'estrazione del metallo è l'ossido SnO , detto cassiterite, che allo stato puro contiene circa il 79% di Sn. Nella cassiterite sono presenti sempre molte impurezze, quali il ferro, il piombo, il rame, l'arsenico, l'antimonio e il bismuto e quindi il suo contenuto di stagno si riduce al 41,5%. Lo stagno prima di essere messo in commercio viene affinato mediante un processo di rifusione o anche con processi elettrolitici. Lo stagno vergine commerciale contiene dal 99,5% al 99,8% di stagno.

Lo stagno presenta un colore argenteo metallico che si appanna in breve tempo ed ha una struttura finemente cristallina. Fonde a 232°C acquistando una grande scorrevolezza; presenta un elevato grado di malleabilità tale da permetterne la riduzione in fogli sottilissimi dello spessore di 0,02 mm. La sua resistività è di 13 cm

Lo stagno non è alterabile all'aria e per il fatto che i suoi sali sono innocui, trova grande applicazione per la stagnatura degli oggetti di rame e di ferro; viene largamente usato nella stagnatura delle lamiere di ferro ottenendo la latta e nella fabbricazione, appunto per la sua grande malleabilità, di sottilissimi fogli detti di stagnola che hanno la proprietà di resistere all'ossidazione e agli acidi organici. Lo stagno viene impiegato molto sotto forma di leghe. Nelle leghe per saldare, lo stagno si usa in aggiunta con il piombo; tali leghe servono per effettuare le saldature dolci.

ZINCO

Lo zinco è un elemento poco comune e costituisce soltanto lo 0,004% della crosta terrestre; si trova sotto forma di solfuro nella blenda ZnS, di carbonato nella smithsonite ZnCO   , come silicato idrato nella calamina, nella idrozincite Zn (OH /CO ) e nella willemite Zn (SiO ).

Lo zinco è un metallo bianco tendente al grigio, chimicamente non molto attivo; ha una struttura cristalina spesso lamellare. Si ricopre all'aria di un sottile strato di ossido aderente che lo protegge da un'alterazione più profonda; esposto quindi agli agenti atmosferici si conserva bene e a lungo ed è per tale motivo che viene usato per rivestire altri metalli (zincatura). Non è apprezzabilmente attaccato dall'acqua, mentre è facilmente sciolto dagli acidi, dando idrogeno gassoso e ioni zinco. Allo stato puro è duttile e malleabile, ma la presenza di piccole quantità di impurezze, costituite da altri metalli, lo rendono fragile. Lo zinco commerciale a temperatura ordinaria non è malleabile, mentre lo diventa per temperature comprese fra 100 e 150 °C e per essere lavorato lo si deve quindi riscaldare entro tale intervallo. Il punto di fusione dello zinco è di 419 °C; esso assume assai bene i dettagli delle forme entro cui viene colato.

Lo zinco è un buon conduttore di calore e di elettricità; la resistività dello zinco purissimo al 99,5%, ottenuto elettroliticamente, è di 5,6  cm. Nel processo di elettrolisi si usa una soluzione di solfato di zinco, gli anodi sono di lega di piombo e i catodi sono costituiti da lamierini di alluminio dai quali si stacca periodicamente lo zinco che vi si deposita. Lo zinco ottenuta per via elettrolitica ha un elevato grado di purezza, fino al 99,98%. Essendo, come già detto, lo zinco pochissimo alterabile all'aria, esso viene largamente usato nella produzione di lamiera di ferro zincata e di fili di ferro zincato.

La zincatura può essere ottenuta con tre diversi procedimenti: zincatura termica o per immersione, per elettrolisi e per metallizzazione. La zincatura termica si esegue immergendo l'oggetto da zincare entro un bagno di zinco puro alla temperatura di 480 °C. La zincatura elettrolitica si effettua con soluzione di solfato di zinco alla tensione di 3\4 V; l'oggetto da zincare funziona da catodo e su di esso si deposita uno strato di zinco lucido e compatto, con notevole economia di zinco rispetto alla zincatura per immersione. La zincatura per metallizzazione, detta pure schooperizzazione, si usa anche per oggetti da zincare non metallici; essa consiste nel far scoccare un arco elettrico tra un elettrodo di grafite e un elettrodo di zinco e nell'investire l'arco, dove fonde il metallo, con un violento getto d'aria compressa; in tal modo lo zinco viene spruzzato sulla parte da rivestire.

Le più importanti leghe dello zinco sono le leghe zama, fabbricate con zinco purissimo al 99,99% contenenti il 3\4 % di alluminio. Una lega importante dello zinco è l'ottone che è una lega rame-zinco. Recentemente sono state realizzate alcune leghe industriali zinco-alluminio, contenenti circa il 65% di zinco, che sono particolarmente indicate per la fabbricazione di cuscinetti antifrazione.

TUNGSTENO O WOLFRAMIO

Il tungsteno non si trova in natura allo stato libero e i minerali commercialmente importanti sono i tungstati: la wolframite, la ferberite, la hubnerite e la scheelite. Mediante processi delicati e complessi il metallo puro è ottenuto sotto forma di polvere cristallina o amorfa con diversi gradi di finezza e, in dipendenza da quest'ultima, con colore nero o grigiastro. La polvere di tungsteno viene poi sinterizzata, cioè pressata in stampi alla pressione di 5000/6000 Kg/cm e ridotta in barretta; è quindi riscaldata in idrogeno o in azoto fino a 1150 °C e successivamente a 3000 °C, inserendola come elemento di resistenza tra due elettrodi. La barretta che in tal modo si ottiene ha forma metallica omogenea, è malleabile e può essere lavorata plasticamente.

Il tungsteno è un metallo molto duro, di aspetto argenteo, con un punto di fusione di 3410 °C, che è il più elevato di quello di tutti gli altri metalli e con un punto di ebollizione di 5930 °C. E' relativamente inerte, non è facilmente attaccato dagli acidi o dagli alcali, non si ossida a temperatura ambiente, ma al calor rosso. Ha una resistività di 5,5  cm. Il tungsteno è adatto particolarmente per la costruzione di contatti per apparecchiature elettriche e trova largo impiego, allo stato puro, nella fabbricazione dei filamenti delle lampade a incandescenza e nei tubi elettronici. Nelle lampade a incandescenza, a causa del fenomeno dell'elettrovaporizzazione del tungsteno, il filamento deve avere una temperatura non superiore ai 2500 °C. Allo scopo di ritardare la disintegrazione del filamento di tungsteno, nell'ampolla della lampada viene mantenuto un ambiente di gas inerte, come azoto e argon.