Informieren Sie sich über Eigenschaften, Zusammensetzung und Produktion von Metalllegierungen
Legierungen sind metallische Verbindungen, die aus einem Metall und einem oder mehreren Metall- oder Nichtmetallelementen bestehen.
Beispiele für übliche Legierungen sind:
- Stahl , eine Kombination aus Eisen (Metall) und Kohlenstoff (Nichtmetall)
- Bronze, eine Kombination aus Kupfer (Metall) und Zinn (Metall) und
- Messing, eine Mischung aus Kupfer (Metall) und Zink (Metall)
Eigenschaften
Einzelne reine Metalle können nützliche Eigenschaften wie gute elektrische Leitfähigkeit , hohe Festigkeit und Härte oder Hitze- und Korrosionsbeständigkeit besitzen .
Kommerzielle Metalllegierungen versuchen, diese vorteilhaften Eigenschaften zu kombinieren, um ein Metall zu erzeugen, das für eine bestimmte Anwendung nützlicher ist als jedes seiner Komponentenelemente.
Die Entwicklung von Stahl zum Beispiel erforderte die richtige Kombination von Kohlenstoff und Eisen (etwa 99% Eisen und 1% Kohlenstoff, wie sich herausstellt), um ein Metall zu erzeugen, das stärker, leichter und besser verarbeitbares Metall ist als reines Eisen .
Die genauen Eigenschaften neuer Legierungen sind schwer zu berechnen, da sich Elemente nicht nur zu einer Summe von Teilen zusammenfügen, sondern sich durch chemische Wechselwirkungen bilden, die von ihren Bestandteilen sowie von der Herstellungsmethode abhängen. Daher sind viele Tests bei der Entwicklung neuer Metalllegierungen erforderlich.
Fest steht, dass bei Metallen die Schmelztemperatur immer beeinflusst wird. Galinstan ®, eine niedrigschmelzende Legierung, die Gallium , Zinn und Indium enthält, ist bei Temperaturen über -19 ° C flüssig, was bedeutet, dass ihr Schmelzpunkt um 122 ° F (50 ° C) niedriger ist als bei reinem Gallium und Zink mehr als 212 ° F (100 ° C) unter Indium und Zinn.
Galinstan® und Wood's Metal sind Beispiele für eutektische Legierungen. Eutektische Legierungen haben den niedrigsten Schmelzpunkt von jeder Legierungskombination, die die gleichen Elemente enthält.
Zusammensetzung
Tausende von Legierungszusammensetzungen werden regelmäßig hergestellt, während neue Zusammensetzungen regelmäßig entwickelt werden.
Akzeptierte Standardzusammensetzungen umfassen die Reinheitsgrade der Bestandteile (basierend auf dem Gewichtsgehalt).
Die Zusammensetzung sowie die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der üblichen Legierungen werden von internationalen Organisationen wie ISO, SAE International und ASTM International standardisiert.
Produktion
Einige Metalllegierungen sind natürlich vorkommend und erfordern wenig Verarbeitung, um in industrielle Materialien umgewandelt zu werden. Ferro-Legierungen wie Ferro-Chrom und Ferrosilicium werden zum Beispiel durch das Schmelzen von gemischten Erzen hergestellt und werden bei der Herstellung verschiedener Stähle verwendet.
Handels- und Handelslegierungen erfordern jedoch im allgemeinen eine grßere Verarbeitung und werden am häufigsten durch Mischen geschmolzener Metalle in einer kontrollierten Umgebung gebildet. Man könnte sich jedoch irren, wenn man denkt, dass das Legieren von Metallen ein einfacher Prozess ist.
Würde man zum Beispiel geschmolzenes Aluminium einfach mit geschmolzenem Blei mischen, würden wir feststellen, dass sie sich in Schichten trennen würden, ähnlich wie Öl und Wasser. Das Verfahren zum Kombinieren geschmolzener Metalle oder zum Mischen von Metallen mit Nichtmetallen variiert stark in Abhängigkeit von den Eigenschaften der erforderlichen Elemente.
Metallelemente haben eine große Varianz in ihrer Toleranz gegenüber Wärme und Gasen. Während Elemente wie die hochschmelzenden Metalle bei hohen Temperaturen stabil sind, beginnen andere mit ihrer Umgebung zu interagieren, was den Reinheitsgrad und letztendlich die Legierungsqualität beeinflussen kann.
Wichtige Überlegungen beim Legieren von Metallen umfassen die Schmelztemperaturen der Metallkomponenten, die Verunreinigungsgrade, die Mischumgebung und das Legierungsverfahren.
In einigen Fällen müssen Zwischenlegierungen hergestellt werden, um Elemente zum Kombinieren zu überreden.
Eine Legierung aus 95,5% Aluminium und 4,5% Kupfer wird hergestellt, indem zuerst eine 50% ige Mischung der zwei Elemente hergestellt wird. Diese Mischung hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als reines Aluminium oder reines Kupfer und wirkt als "Härterlegierung". Dies wird dann in geschmolzenes Aluminium mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die das richtige Legierungsgemisch erzeugt.
Quellen: Straße, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalle im Dienste des Menschen . 11. Ausgabe (1998).