La lega è una miscela di due o più elementi di cui il principale è metallico. Nel legame metallico ogni atomo mette a disposizione di tutto il cristallo i propri elettroni di valenza che formano una nube elettronica mobile: si genera così un legame non direzionale. La struttura reticolare risultante è indipendente dagli elettroni di valenza di ciascun atomo.
La nube elettronica mobile è responsabile di alcune caratteristiche peculiari dei metalli come la conducibilità elettrica e termica. Per le loro caratteristiche, i materiali metallici risultano particolarmente adatti alla costruzione di strutture capaci di sopportare carichi senza il rischio di grandi deformazioni elastiche e di deformazioni plastiche permanenti.
I metalli trovano larghissimo uso come materiali da costruzione di dispositivi biomedici. La maggior parte trova applicazione nella fabbricazione di strumenti chirurgici e di protesi ortopediche e dentali. Infatti, grazie alle loro proprietà meccaniche, i materiali metallici possono essere utilizzati per costruire protesi di piccola sezione capaci di sopportare carichi elevati permettendo così la sostituzione di tessuti duri, come ossa e denti. La biocompatibilità degli impianti metallici è di considerevole importanza vista la tendenza che questi hanno di corrodersi a contatto con un ambiente come quello corporeo, particolarmente aggressivo: i fluidi biologici hanno infatti un elevato potere corrosivo nei confronti dei metalli. Durante la corrosione avviene il rilascio di ioni metallici con due possibili conseguenze: la perdita di funzionalità dell’impianto, dovuta al peggioramento delle proprietà meccaniche e la contaminazione sia dei tessuti circostanti che dell’intero organismo, con ioni metallici spesso tossici, con danno anche grave per la salute del paziente. Oltre alla biocompatibilità, tuttavia ci sono altre limitazioni, di ordine medico e meccanico. A causa di tali restrizioni, la lista dei materiali metallici utilizzabili si restringe, rispetto alla moltitudine di leghe presenti sul mercato o meno di corrodersi in ambiente biologico:
A differenza degli altri composti chimici, caratterizzati da rapporto fisso e stabilito fra le quantità degli elementi costituenti, la composizione di una lega è un fattore che può variare anche in larga misura, esistono tuttavia delle combinazioni preferenziali tra i diversi elementi caratterizzate da una maggiore stabilità.
3.1 Leghe per protesi dentali
Le proprietà delle leghe dipendono dalla natura degli elementi costituenti, dall’energia di legame tra i diversi atomi, dal tipo di cella elementare e dalla temperatura. Le proprietà delle leghe in funzione della temperatura e della composizione sono descritte dai diagrammi di stato o di fase.
La lega comunemente utilizzata per le protesi dentali è costituita da cobalto, cromo e molibdeno e viene generalmente lavorata con metodi di colata/fusione. Tale lega mostra eccellente resistenza alla corrosione ed è particolarmente sensibile alla lavorazione a freddo quindi si usa il metodo a cera persa. I due elementi base delle leghe al cobalto (Co e Cr) formano soluzione solida sino al 65% in peso di Co (35% in peso di Cr), come si vede dal diagramma di stato in Fig. 8.
Le leghe Co-Cr sono rinforzate dall'aggiunta di metalli refrattari quali il molibdeno ed il tungsteno.
Le lavorazioni in leghe CoCrMo avviengono per fusione a cera persa con riscaldamento dello stampo a temperature tra gli 800 ed i 1000°C (il fuso ha temperatura tra i 1350 ed i 1400°C). Il controllo sulla temperatura dello stampo permette di controllare la dimensione finale dei grani.