Cobalto Storia



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Proprietà

  • Cristallografia


Il metallo si presenta in due forme allotropiche: in struttura hcp (esagonale compatta) stabile a temperature inferiori ai 400°C ; in struttura fcc (cubica a facce centrate) a temperature più elevate. I parametri reticolari, poi tendono a variare (anche se lievemente) con la temperatura:



Temperatura (°C)





a (nm)

c (nm)

a (nm)

20



0.251

0.407

0.354



598







0.357

1398

0.362

La presenza di un valore concreto nell'ultima colonna della tabella anche a temperatura ambiente ci permette di sottolineare il fatto che la temperatura di transizione dipende fortemente dal livello di purezza del metallo e dal rate di raffreddamento scelto. Come riferimento è utile sapere che data una purezza del 99.998 % ed un rate di raffreddamento basso si rileva una T ( ) = 421.5°C. Sperimentalmente si è osservato, inoltre, stabilizzante per la struttura cubica della presenza di grana fine, mentre la deformazione meccanica agisce in senso opposto.

Il meccanismo di trasformazione di fase è di tipo martensitico basato sul movimento delle dislocazioni sui piani ottaedrali del reticolo cubico. Si ha così una modifica della sequenza di impilaggio degli atomi che passa dalla abcabc tipica del reticolo fcc a quella ababab.

  • Proprietà magnetiche


Prima di addentrarci in questo argomento conviene introdurre il concetto di punto di Curie. Esso rappresenta la temperatura alla quale i materiali ferromagnetici perdono questa loro caratteristica, acquistando quella della paramagneticità. Il cobalto è in assoluto il materiale con il più alto punto di Curie. Un utile confronto è presto fatto con il Fe:



Per il cobalto monocristallino le proprietà magnetiche risultano fortemente anisotrope (e questa tendenza la ritroviamo anche trattando altri tipi di proprietà).
Consideriamo ad esempio cosa accade lungo le varie direzioni cristallografiche applicando un campo magnetico variabile a temperatura ambiente:


E’ evidente come la direzione lungo la quale la magnetizzazione risulta favorita è la <0001>. E’ interessante però notare che le differenze tra le varie direzioni si assottigliano all’ aumentare della temperatura ( a 250°C il Co è praticamente isotropo dal punto di vista magnetico), arrivando ad invertirsi una volta raggiunta la temperatura di transizione.

Per quanto riguarda invece il Co policristallino, variabili critiche diventano la purezza e la storia termica, nonché l’eventuale orientazione preferenziale. Si può ad esempio sviluppare la direzionalità voluta delle proprietà magnetiche raffreddando lentamente durante la trasformazione in presenza di un forte campo magnetico coerente.

  • Proprietà elettriche


S
ono di seguito plottati i dati di resistività () e del coefficiente di temperatura (d/dT) in funzione della temperatura, relativi ad un campione policristallino ad elevata purezza (>99.9%):

E’ interessante focalizzare l’attenzione su un paio di particolarità: 1) la presenza di un leggero flesso riguardo la curva di  nella zona di transizione (il che lascia presupporre che alla stessa temperatura il Co nella struttura hcp presenti una resistività più alta rispetto a quella fcc) ; 2) il netto calo di d/dT a temperature superiori al punto di Curie.



  • Proprietà meccaniche



Ci limitiamo in questa sezione a trattare dal punto di vista meccanico esclusivamente del cobalto allo stato puro , ben consci che il suo impiego in lega con altri metalli presenta caratteristiche differenti che verranno sviscerate in seguito.


Innanzitutto valutiamo il modulo di Young (E) detto anche modulo elastico: in un cristallo esagonale cosi’ come si presenta il Co a temperature basse è funzione della direzione lungo la quale lo si misura. E’ per questo che i dati a temperatura ambiente di E e G (modulo di taglio) nel caso di un policristallo rappresentano una sorta di valore intermedio tra quelli per le varie direzioni:





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