Le leghe costituite da titanio e oro come β-Ti3Au hanno da sempre mostrato un carico di snervamento, resistenza alla trazione e durezza maggiori rispetto a quelli di ciascuno dei metalli costituenti.
I ricercatori della Rice University di Houston nel 2016 hanno scoperto che un composto intermetallico, ovvero un composto avente formula generale A3B. A è un metallo di transizione e B un qualunque altro elemento e una struttura specifica, ovvero il β-Ti3Au è fino a quattro volte più dura del titanio. Ciò è imputabile all’elevata densità degli elettroni di valenza e alla ridotta lunghezza di legame.
Il basso coefficiente di attrito e di usura del materiale, unitamente alla sua biocompatibilità lo ha reso adatto per applicazioni nel campo ortopedico e odontoiatrico.
La lega β-Ti3Au è ottenuta ad alte temperature con formazione di una struttura cristallina cubica quasi pura. Diversamente avviene per la struttura α che è ottenuta a basse temperature e presenta la stessa durezza del titanio.
Nella migliore tradizione delle scoperte chimiche, quella della lega β-Ti3Au, è avvenuta casualmente. Il team di ricercatori stava infatti conducendo esperimenti per ottenere sostanze magnetiche da materiali non magnetici testando vari rapporti tra titanio e oro.
Leghe del titanio
Il titanio è un elemento che ha caratteristiche peculiari quali resistenza, scarsa tendenza all’ossidazione, bassa densità, biocompatibilità e capacità di legarsi.
Il Ti e sue leghe, originariamente utilizzati in aeronautica, divennero di grande interesse nel campo biomedico, grazie alle loro proprietà. Hanno infatti elevata biocompatibilità, possibilità di legarsi ai materiali ceramici e capacità di integrarsi con i tessuti.
Il titanio è pertanto utilizzato nelle protesi per il ginocchio e l’anca, viti, placche ossee, pacemaker e come perno negli impianti dentali. Per conferire maggiore durezza al titanio sono state utilizzate leghe metalliche con alluminio o vanadio ma a svantaggio della biocompatibilità.
Solo l’argento e principalmente l’oro non sacrificano la biocompatibilità del titanio.
Prospettive
Il β-Ti3Au è attualmente il materiale biocompatibile più resistente ad oggi conosciuto, esso oltre a essere quattro volte più duro del titanio ha un coefficiente di attrito quattro volte inferiore. Ciò implica una maggiore durata a causa della minore usura. Normali articolazioni sostitutive devono essere sostituite chirurgicamente ogni 10 anni circa mentre l’utilizzo del β-Ti3Au comporta che la sostituzione possa avvenire dopo molto più tempo.
Il materiale potrà probabilmente essere utilizzato anche per la perforazione e altri macchinari pesanti.