Werkstoffkunde

ALUMINIUM

(lat.: alumen, "Alaun"), chem. Zeichen: Al, metallisches Element aus der 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente PSE, Ordnungszahl 13, mittlere Atommasse: 26,9815. Die Dichte beträgt 2,699 g/cm³, der Schmelzpunkt liegt bei 660,2 °C, der Siedepunkt bei 2519 °C.

Aluminium ist mit einem Anteil von ca. 8 % das am häufigsten vorkommende Metall auf der Erde. Es tritt allerdings nur in Verbindungen wie: Feldspat, Ton oder Bauxit auf. Gewonnen wird Aluminium aus Bauxit, wo zunächst reines Aluminiumoxid (Tonerde) hergestellt wird. Diese wird durch Elektrolyse in Aluminium und Sauerstoff zerlegt. Für die Herstellung von 1.000 kg Aluminium werden ca. 4.000 kg Bauxit, 500 kg Elektrodenkohle, 170 kg Ätznatron, 75 kg Kryolith und bis zu 15.000 kWh Strom benötigt.

Eine Legende sagt, dass ein Metallarbeiter seinem Kaiser Tiberius (14 bis 37 n. Chr.) ein silbernes, metallisches Geschenk gab, das auffallend leicht war. Auf die Frage, woher dieses Metall stamme, gab der Arbeiter an, dass er es aus einer tonhaltigen Erde gefertigt habe. Tiberius wollte daraufhin wissen, wer noch von diesem wundersamen Metall und dessen Kunst der Herstellung Kenntnis habe. Der Mann sagte, dass er der einzige sei, der davon wisse. Der Kaiser ließ ihn enthaupten und zerstörte die Werkstatt des Metallarbeiters mit dem Hintergrund, dass sein Gold und Silber, aufgrund der neuen Erfindung, allen Wert verlieren könnte. Somit blieb die Herstellung von Aluminium ein Jahrhunderte langes Geheimnis. Erst im Jahr 1827 konnte der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler reines Aluminium herstellen, das den Wert von Gold bei weitem übertraf.

KUPFER

(cyprium), lat.: cuprum, chem. Zeichen: Cu, Kupfer ein Erz, das ursprünglich aus Zypern stammt, ist das erste Metall, das durch einen metallurgischen Prozess - der Reduktion von Malachit - gewonnen wurde. Man nimmt an, dass dieser Prozess im Iran seinen Ursprung fand. Seit seiner Entdeckung war und ist Kupfer ein wichtiges Gebrauchsmetall. Es zählt als metallisches Element der ersten Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente PSE. Ordnungszahl 29, mittlere Atommasse 63,546, Dichte 8,98 g/cm³. Der Schmelzpunkt liegt bei 1083,4 °C, der Siedepunkt bei 2567 °C.

Kupfer ist ein weiches und sehr dehnbares Schwermetall und gilt nach Silber als der beste Strom- und Wärmeleiter. In hoher Luftfeuchtigkeit bildet Kupfer eine grüne Oberflächenschicht, das Kupferkarbonat oder die Patina. Zwar kommt Kupfer in der Natur in gediegener Form vor, es überwiegen aber seine mineralischen Verbindungen mit meist geringem Kupfergehalt, die durch Flotation angereichert werden. Kupfer wird zum größten Teil auf pyrometallurgischem Weg durch Rösten, zusammen mit Eisenmineralien, gewonnen. Anschließend wird es raffiniert (Oxidation der Fremdbestandteile mit Luft). So erhält man das Garkupfer. Ein weiteres Verfahren ist die Elektrolyse. Hierdurch wird das Elektrolyt-Kupfer mit einem Reinheitsgehalt von 99,95 % gewonnen. Kupfermineralien sind: Kupferkies, Rotkupfer, Kupferglanz. Die größten Lagerstätten findet man in USA, Russland, Chile, Simbabwe, Kongo, Sambia und Kanada.

Die Hauptverwendungsbereiche sind die Elektrizitäts- und Wärmetechnik. Ebenso wird Kupfer für Legierungen wie Messing, Bronze und Tombak benötigt.

MESSING

So bezeichnet man Legierungen aus Kupfer (von 56 bis 90 %) und Zink. Der Schmelzpunkt liegt je nach Zinkgehalt zwischen 900-925 °C. Das spezifische Gewicht beträgt ca. 8,4-8,5 g/cm³.

Messing wurde schon in Babylonien und Assyrien im 3. Jahrtausend v. Chr. hergestellt. Man nimmt an, dass Kupfer mit Zinkcarbonat legiert wurde. Messing diente zur Herstellung von Schmuck, Kunstgegenständen und Geräten aller Art. Durch verschiedene Variationen der Legierung kann Messing weich zum Verformen oder sehr hart für die Zerspanung  geeignet sein. Es findet heute große Verwendung in der Armaturenindustrie, der Elektrotechnik und dem Maschinenbau.


BRONZE

Das ist der Sammelbegriff für Kupferlegierungen mit mehr als 60 % Kupfergehalt. Zink ist hierbei nicht oder nur als geringfügige Menge enthalten. Bronze wurde mit Beginn des 3. Jahrtausends v. Chr. in Mesopotamien und Ägypten hergestellt. Etwa seit 1900 v. Chr. fand ihre Verarbeitung auch im Abendland Anwendung. So wurden Waffen, Schmuck, Skulpturen und Geräte gefertigt. Heute ist Bronze ein wichtiger Werkstoff, der durch seine hervorragenden Gleit- und Notlaufeigenschaften häufig im Maschinenbau eingesetzt wird. Auch hier werden durch Beimengungen von verschiedenen anderen Metallen, einsatzsspezifische Eigenschaften erzielt.

EDELSTAHL

Der schwedische Bergrat Axel F. von Cronstedt benannte 1754 ein von ihm entdecktes Metall "Nickel". 1798 fanden L. N. Vauquelin und M. H. Klaproth ein neues Metall im Rotbleierz, das wegen seiner Vielfarbigkeit "Chrom" genannt wurde. Und schon 1820 experimentierte Michael Faraday mit Chrom-Stahl und Nickel-Stahl-Verbindungen.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begann man - zunächst in den USA, bald auch in Europa - Stahl industriell mit diesen Metallen zu legieren. Stähle mit Nickel-, bzw. Chromanteil wurden als korrosionsträge Werkstoffe entwickelt. Sie entsprachen jedoch nicht den Anforderungen der sich ausweitenden chemischen Industrie, die insbesondere Korrosionsbeständigkeit gegenüber Salpetersäure forderte. Zudem waren die damaligen Chromstähle spröde und ließen sich nur schwer verarbeiten, und Nickelstähle waren noch zu anfällig gegen Korrosion. In der 1909 eröffneten Forschungsanstalt des Hauses Krupp (eine Erweiterung des vormaligen Laboratoriums II) wurde unter der Leitung von Benno Strauss ein Weg gefunden, die Eigenschaften von Chrom und Nickel optimal zu kombinieren. Diese erste Versuchsreihe trug die Bezeichnung "VA" wobei V für Versuch und A für Austenit stand. Am 18.10.1912 erteilte dann das Kaiserliche Patentamt das Patent für Gegenstände aus rostfreien, gegen Einwirkung von Wasser und Feuchtigkeit unempfindlichen Stählen.

Edelstahl findet nebst anderem Anwendung in Bereichen der Medizin, der Lebensmittel-, Chemie-, Automobil- und Bauindustrie.

(Quelle: Die Geschichte von Edelstahl Rostfrei, Informationsstelle Edelstahl Rostfrei Düsseldorf).


     Wettbewerb 'Gründerpreis Thüringen 2012' (IHK Ostthüringen zu Gera) - BIKAR-ALUMINIUM GmbH (Kategorie: Erfolgreichstes Jungunternehmen)

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