Lavorazione di metalli preziosi

I metalli preziosi possono essere particolarmente difficili da lavorare a causa della loro vasta gamma di proprietà del materiale e dell’alto costo se un pezzo deve essere rottamato. Il seguente articolo introdurrà questi elementi e le loro leghe e fornirà una guida su come lavorarli in modo efficace ed efficiente.

Sugli elementi

A volte chiamati metalli “nobili”, i metalli preziosi consistono di otto elementi che si trovano al centro della tavola periodica (vedi sotto nella figura 1). Gli otto metalli sono:

1. Rutenio (Ru)
2. Rodio (Rh)
3. Palladio (Pd)
4. Argento (Ag)
5. Osmio (Os)
6. Iridio (Ir)
7. Platino (Pt)
8. Oro (Au)

Questi elementi sono alcuni dei materiali più rari sulla terra, e possono quindi essere enormemente costosi. L’oro e l’argento possono essere trovati sotto forma di pepite pure, il che li rende più facilmente disponibili. Tuttavia, gli altri sei elementi si trovano tipicamente mescolati nel minerale grezzo dei quattro metalli che siedono sotto sulla tavola periodica: Ferro (Fe), Cobalto (Co), Nichel (Ni) e Rame (Cu). Questi elementi sono un sottoinsieme dei metalli preziosi e sono generalmente chiamati metalli del gruppo del platino (PGM). Poiché si trovano insieme nel minerale grezzo, questo rende difficile l’estrazione e il prelievo, aumentando drammaticamente il loro costo. A causa del loro prezzo elevato, lavorare questi materiali al primo colpo è incredibilmente importante per l’efficienza di un’officina.

Proprietà e composizioni di base dei metalli preziosi

I metalli preziosi hanno notevoli proprietà materiali in quanto sono caratteristicamente morbidi, duttili e resistenti all’ossidazione. Sono chiamati metalli “nobili” a causa della loro resistenza alla maggior parte dei tipi di attacco chimico e ambientale. La tabella 1 elenca alcune proprietà materiali che raccontano dei metalli preziosi nella loro forma elementare. Per fare un confronto, sono affiancati all’Al 6061 e all’Acciaio 4140. Generalmente, solo l’oro e l’argento sono usati nella loro forma più pura, poiché i metalli del gruppo del platino sono leghe che consistono principalmente di platino (con una composizione minore di Ru, Rh, Pa, Os, Ir). I metalli preziosi si distinguono per essere estremamente densi e avere un alto punto di fusione, il che li rende adatti a una varietà di applicazioni.

Tabella 1: Proprietà dei materiali lavorati a freddo dei metalli preziosi, dell’acciaio 4140 e dell’alluminio 6061

Applicazioni lavorative comuni dei metalli preziosi

L’argento e l’oro hanno una conducibilità termica e una resistività elettrica particolarmente favorevoli. Questi valori sono elencati nella tabella 2, insieme al CC1000 (rame ricotto) e all’alluminio 6061 ricotto, a scopo di confronto. Il rame è generalmente usato nel cablaggio elettrico a causa della sua resistività elettrica relativamente bassa, anche se l’argento sarebbe un sostituto migliore. La ragione ovvia per cui questa non è la convenzione generale è il costo dell’argento rispetto al rame. Detto questo, il rame è generalmente placcato d’oro nelle zone di contatto elettrico perché tende ad ossidarsi dopo un uso prolungato, il che abbassa la sua resistività. Come detto prima, l’oro e gli altri metalli preziosi sono noti per essere resistenti all’ossidazione. Questa resistenza alla corrosione è la ragione principale per cui sono usati nei sistemi di protezione catodica dell’industria elettronica.

Tabella 2: Conducibilità termica e resistività elettrica di Ag, Au, Cu, e Al

Il platino e le sue rispettive leghe offrono il maggior numero di applicazioni in quanto possono ottenere una serie di proprietà meccaniche diverse pur mantenendo i vantaggi di un metallo prezioso (alto punto di fusione, duttilità e resistenza all’ossidazione). La tabella 3 elenca il platino e un certo numero di altri MGP, ciascuno con le proprie proprietà meccaniche. La variazione di queste proprietà dipende dall’elemento o dagli elementi di lega aggiunti al platino, dalla percentuale di metallo di lega e dal fatto che il materiale sia stato o meno lavorato a freddo o ricotto. Le leghe possono aumentare significativamente la resistenza alla trazione e la durezza di un materiale, diminuendo allo stesso tempo la sua duttilità. Il rapporto tra l’aumento della resistenza alla trazione/durezza e la diminuzione della duttilità dipende dal metallo aggiunto e dalla quantità aggiunta, come si vede nella tabella 3. Generalmente questo dipende dalla dimensione delle particelle dell’elemento aggiunto e dalla sua struttura cristallina naturale. Il rutenio e l’osmio hanno una struttura cristallina specifica che ha un effetto di indurimento significativo quando vengono aggiunti al platino. Le leghe Pt-Os in particolare sono estremamente dure e praticamente non lavorabili, il che non produce molte applicazioni nel mondo reale. Tuttavia, l’aggiunta degli altri 4 PGM al platino permette una gamma di proprietà meccaniche con vari utilizzi.

Tabella 3: Proprietà dei materiali PGM (Nota: la durezza e la resistenza alla trazione sono valori lavorati a freddo)

Il platino e le sue leghe sono biocompatibili, dando loro la possibilità di essere inseriti nel corpo umano per lunghi periodi di tempo senza causare reazioni avverse o avvelenamento. Pertanto, i dispositivi medici, compresi i fissaggi delle viti del muscolo cardiaco, gli stent e le bande di marcatura per i dispositivi di angioplastica sono fatti di platino e delle sue leghe. L’oro e il palladio sono anche comunemente usati nelle applicazioni dentali.

Le leghe Pt-Ir sono notevolmente più dure e più forti di qualsiasi altra lega e fanno eccellenti teste per le candele nell’industria automobilistica. Il rodio viene talvolta aggiunto alle leghe Pt-Ir per rendere il materiale meno elastico (in quanto sono usate come filo per molle mediche), aumentandone anche la lavorabilità. Le coppie di fili Pt e Pt-Rh sono estremamente efficaci nella misurazione delle temperature e sono quindi usate nelle termocoppie.

Lavorazione di metalli preziosi

I due parametri che hanno più effetto quando si lavora sono la durezza e l’allungamento percentuale. La durezza è ben nota ai macchinisti e agli ingegneri dell’industria manifatturiera, poiché indica la resistenza di un materiale alla deformazione o al taglio. L’allungamento percentuale è una misura usata per quantificare la duttilità del materiale. Indica a un progettista il grado in cui una struttura si deforma plasticamente (in modo permanente) prima della frattura. Per esempio, una plastica duttile come il polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) ha un allungamento percentuale del 350-525%, mentre un materiale più fragile come la ghisa temperata a olio (grado 120-90-02) ha un allungamento percentuale del 2% circa. Quindi, maggiore è l’allungamento percentuale, maggiore è la “gommosità” del materiale. I materiali gommosi sono inclini all’accumulo di bordi e hanno la tendenza a produrre trucioli lunghi e filamentosi.

Utensili per metalli preziosi

La duttilità del materiale rende essenziale un utensile da taglio affilato per il taglio dei metalli preziosi. Gli utensili Variable Helix per leghe di alluminio possono essere usati per i materiali più morbidi come oro puro, argento e platino.

I materiali più duri richiedono ancora un tagliente affilato. Pertanto, l’opzione migliore è investire in un utensile in diamante PCD. Il wafer PCD ha la capacità di tagliare materiali estremamente duri mantenendo un tagliente affilato per un periodo di tempo relativamente lungo, rispetto ai taglienti standard in HSS e carburo.

Caratteristiche di velocità e avanzamenti: