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Regole di Hume-Rothery per le soluzioni solide (metallurgia)

1930
  • William Hume-Rothery
Technician analyzing nickel-based superalloy in metallurgy lab, focusing on Hume-Rothery rules.

Le regole di Hume-Rothery sono un insieme di linee guida empiriche che prevedono la misura in cui un elemento può dissolversi in un metallo, formando una soluzione solida. Per una solubilità sostituzionale sostanziale, le regole stabiliscono che la differenza di dimensioni atomiche deve essere inferiore al 15%, le strutture cristalline devono essere simili, le elettronegatività devono essere comparabili e gli elementi devono avere la stessa valenza.

The Hume-Rothery rules provide a crucial qualitative struttura for metallurgists to design new alloys. They are not absolute laws but rather strong indicators of potential solid solubility. The four primary rules are:

1. Fattore di dimensione atomica: La differenza nei raggi atomici tra gli atomi del soluto e del solvente deve essere inferiore al 15%. Se la differenza dimensionale è troppo grande, la tensione reticolare risultante è troppo elevata per mantenere una soluzione solida stabile e, al suo posto, è probabile che si formino nuove fasi o composti intermetallici.

2. Struttura cristallina: I metalli del soluto e del solvente devono avere la stessa struttura cristallina (ad esempio, cubica a facce centrate, cubica a corpo centrato). Una struttura cristallina simile facilita la sostituzione degli atomi senza alterare la disposizione generale del reticolo.

3. Elettronegatività: L'elettronegatività dei due elementi dovrebbe essere simile. Una grande differenza di elettronegatività favorisce la formazione di composti intermetallici stabili piuttosto che di una soluzione solida sostituzionale, poiché gli elementi tendono a formare legami ionici o covalenti.

4. Valenza: The elements should have the same valency. A metal will dissolve a metal of higher valency to a greater extent than one of lower valency. This rule is related to the electron concentration in the alloy, which affects the stability of certain phases.

Queste regole, sebbene sviluppate empiricamente, hanno una solida base nella termodinamica e nella chimica cristallina dei sistemi metallici e rimangono un pilastro dell'istruzione sui materiali e dello sviluppo delle leghe.

UNESCO Nomenclature: 3308
– Metallurgy

Tipo

Scientific Principle

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • raccolta di dati sui raggi atomici
  • classificazione delle strutture cristalline (fcc, bcc, hcp)
  • linus pauling’s development of the electronegativity scale
  • il concetto di valenza dalla chimica classica
  • determinazione del diagramma di fase tramite analisi termica

Applicazioni

  • sviluppo di nuove superleghe a base di nichel per motori a reazione
  • progettazione di leghe di alluminio specifiche per telai aerospaziali
  • formulation of biocompatible titanio alloys for medical implants
  • modellazione predittiva nella scienza computazionale dei materiali (informatica delle leghe)
  • creazione di leghe di magnesio ad alte prestazioni per componenti automobilistici leggeri

Brevetti:

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    Related to: hume-rothery rules, solid solution, substitutional alloy, atomic radius, crystal structure, electronegativity, valency, alloy design, metallurgy, miscibility.

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