Leghe ad alta entropia: proprietà e applicazioni delle leghe multicomponente
Fin dall’antichità, la ricerca di nuovi materiali è stata una costante per ottenere specifiche che potessero essere sfruttate per varie finalità. Sin dall’età del Bronzo, si è soliti partire da un metallo di base come il rame per creare leghe attraverso l’aggiunta di altri metalli in quantità minori.
Tuttavia, negli ultimi decenni, la ricerca di nuovi materiali ha operato con una strategia diversa, miscelando almeno cinque elementi in quantità uguali, portando alla creazione di leghe multicomponenti definite come leghe ad alta entropia (HEAs) a causa dell’alta entropia dovuta alla mescolanza casuale degli elementi.
Si riteneva che le leghe costituite da molti elementi avrebbero avuto molteplici fasi e composti intermetallici difficili da analizzare e con limitati usi pratici. Tuttavia, le ricerche sperimentali hanno dimostrato che l’elevata entropia di mescolamento facilita la formazione di fasi di soluzioni solide con strutture più semplici e conseguente riduzione del numero di fasi.
Questa elevata entropia facilita la formazione di fasi di soluzioni solide, specialmente a temperature elevate, e riduce il numero di fasi presenti in questo tipo di leghe. Pertanto, grazie a questa maggiore solubilità reciproca tra gli elementi costitutivi, tali leghe presentano eccellente resistenza specifica, prestazioni meccaniche superiori a temperature elevate, eccezionali doti di duttilità, tenacità a temperature criogeniche, superparamagnetismo e superconduttività.
Alcune leghe ad alta entropia presentano proprietà interessanti a causa dell’elevata entropia configurazionale che ne limita la precipitazione. Per esempio, la lega TiCoCrCuFeNi mostra proprietà superparamagnetiche, mentre la lega Ta34Nb33Hf8Zr14Ti11 presenta superconduttività. Ciò le rende adatte per applicazioni in forti elettromagneti superconduttori presenti in acceleratori di particelle e in macchinari di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR).
Un altro esempio è la lega CrMnFeCoNi che, nonostante la diversa struttura cristallina dei singoli elementi, cristallizza in un’unica fase, mostrando eccezionali proprietà meccaniche. Questo la rende ideale per applicazioni criogeniche, come recipienti di stoccaggio per gas liquefatti come il gas naturale, l’idrogeno e l’ossigeno.
In conclusione, le leghe ad alta entropia offrono notevoli potenzialità in termini di proprietà e applicazioni, aprendo nuove frontiere nella ricerca e nello sviluppo di materiali avanzati.