
Le superleghe a base di cobalto sono una classe di materiali metallici ad alte prestazioni progettati per mantenere un'eccezionale resistenza meccanica, stabilità superficiale e resistenza alla corrosione a temperature estremamente elevate, spesso superiori a quelle alle quali le superleghe a base di nichel iniziano a indebolirsi. Sono un materiale fondamentale per componenti critici negli ambienti più esigenti, in particolare nel settore aerospaziale, nelle turbine a gas industriali e negli impianti medici.
Le loro prestazioni superiori derivano da una matrice rinforzata di cobalto-cromo e da un volume elevato di particelle di carburo duro e refrattario.
Eccezionale resistenza alle alte temperature: le leghe di cobalto presentano punti di fusione più elevati e una migliore durezza a caldo e resistenza allo scorrimento viscoso rispetto alle leghe di nichel a temperature superiori a 1000°C (1832°F). Ciò significa che resistono al rammollimento e alla deformazione sotto stress a temperature vicine al punto di fusione.
Eccezionale resistenza all'usura e allo sfregamento: la loro durezza intrinseca, spesso migliorata da una rete di carburi duri, fornisce un'eccellente resistenza all'usura abrasiva, all'usura adesiva (sfiancamento) e allo sfregamento. Ciò li rende ideali per le applicazioni soggette ad usura.
Eccellente resistenza alla corrosione a caldo e all'ossidazione: l'elevato contenuto di cromo (spesso superiore al 20%) forma una scaglia protettiva e aderente di ossido di cromo (Cr₂O₃) che resiste alla degradazione in atmosfere ossidanti e solforanti.
Resistenza superiore alla fatica termica: possono sopportare cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento senza rompersi, una proprietà fondamentale per componenti come le palette delle turbine.
Le prestazioni delle superleghe di cobalto derivano da diversi meccanismi chiave:
Rafforzamento della soluzione solida: elementi come il tungsteno (W) e il molibdeno (Mo) si dissolvono nella matrice di cobalto, impedendo il movimento della dislocazione.
Precipitazione dei carburi: la formazione di carburi duri (ad esempio Cr₇C₃, Cr₂₃C₆, WC, TaC) in tutta la microstruttura fornisce un'enorme resistenza allo scorrimento viscoso e all'usura. La dimensione, il tipo e la distribuzione di questi carburi sono fondamentali per le prestazioni.
L'allotropia del cobalto: il cobalto subisce una trasformazione di fase durante il riscaldamento e questa caratteristica viene sfruttata per migliorare le proprietà attraverso il trattamento termico e la lavorazione termo-meccanica.
Le superleghe a base di cobalto sono indispensabili nelle applicazioni in cui il fallimento non è un'opzione.
Turbine aerospaziali e per la produzione di energia: utilizzate per componenti fissi come:
Pale della turbina e palette guida degli ugelli: dove si incontrano le temperature del gas più elevate e la resistenza allo scorrimento è fondamentale.
Componenti antiusura industriali: la base per le leghe Stellite™, utilizzate per:
Sedi e trim delle valvole in valvole ad alta pressione e alta temperatura.
Fili e barre con riporto duro per rivestire superfici soggette a usura critica su strumenti e macchinari.
Manicotti della pompa, alberi e coltelli da taglio.
Impianti medici: utilizzati negli impianti ortopedici (in particolare per superfici di appoggio metallo su metallo) grazie alla loro eccellente biocompatibilità, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione nel corpo umano.
La tabella seguente riassume le caratteristiche principali per una rapida panoramica:
| Caratteristica | Descrizione | Vantaggio |
| Elemento base | Cobalto (Co), ad alto contenuto di Cromo (Cr). | Fornisce la matrice fondamentale per prestazioni ad alta temperatura e resistenza alla corrosione. |
| Punti di forza chiave | Tungsteno (W), molibdeno (Mo) e carbonio (C) per la formazione di carburi. | Conferisce resistenza alle alte temperature, resistenza al creep e resistenza all'usura. |
| Temperatura operativa | Molto alto, eccellente sopra i 1000°C (1832°F). | Consente maggiori efficienze e prestazioni del motore in ambienti estremi. |
| Proprietà chiave | Durezza a caldo, resistenza al creep, resistenza all'usura e alla corrosione. | Una combinazione unica per le condizioni di servizio più severe. |
| Forme comuni | Componenti fusi, barre/piastre lavorate, polvere per HIP, leghe per riporti duri. | Produzione versatile sia per parti complesse a forma quasi netta che per rivestimenti protettivi. |
| Industrie primarie | Aerospaziale, produzione di energia, medico, chimico e petrolchimico. | Il materiale preferito dove convergono temperature estreme e usura. |
In sintesi, Superleghe a base di cobalto sono materiali di nicchia ma critici che ampliano i confini dell'ingegneria delle alte temperature. Anche se spesso sono più costose e più dense delle superleghe di nichel, le loro prestazioni ineguagliabili in aree specifiche, in particolare la resistenza alle temperature molto elevate, la fatica termica e la resistenza all'usura, garantiscono il loro ruolo vitale nella tecnologia avanzata.