NICHTEISENLEGIERUNGEN: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN, BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Nichteisenlegierungen sind solche, die kein Eisenmetall in ihrer Zusammensetzung haben. Daher besteht es nicht aus einer der Arten von Stählen, und seine Hauptbasis kann die eines anderen metallischen Elements sein; wie Aluminium, Silber, Kupfer, Beryllium, Magnesium, Titan usw.

Im Gegensatz zu dichten Stählen, die sich ideal für die metallische Unterstützung von Gebäuden und Brückenkabeln eignen, sind Eisenlegierungen normalerweise leichter und korrosionsbeständiger. Daher nimmt die Anzahl seiner Anwendungen exponentiell zu, wobei jede einen bestimmten Legierungstyp mit einer exakten metallischen Zusammensetzung erfordert.

Bronzeskulptur - ein Beispiel für eine Nichteisenlegierung. Quelle: Pixabay.

Einige der ältesten und bekanntesten Nichteisenlegierungen der Geschichte sind Bronze und Messing. Beide haben Kupfer als metallische Basis, mit dem Unterschied, dass es in Bronze überwiegend mit Zinn und in Messing mit Zink gemischt wird. Je nach Kombination und Zusammensetzung können Bronzen und Messing mit umfangreichen Eigenschaften entstehen.

Und in der modernen Gegenwart sind die Legierungen, aus denen elektronische Geräte bestehen, im Wesentlichen Nichteisen. Auch der Rahmen der anspruchsvollsten Fahrzeuge und Flugzeuge besteht aus diesen Legierungen, um ihnen Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht zu verleihen.

Strukturen von Nichteisenlegierungen

Jedes Metall hat seine eigenen kristallinen Strukturen, die vom Typ hcp (kompakt hexagonal), ccp (kompakt kubisch) bcc (kubisch raumzentriert) oder anderen sein können.

Beim Schmelzen und Schweißen zu einer festen Lösung, die dann kristallisiert, verbinden sich die Atome aller Metalle durch die Metallbindung und die resultierenden Strukturen addieren oder verändern sich.

Daher hat jede Legierung zu einer bestimmten Zusammensetzung ihre eigenen Kristallstrukturen. Um sie zu untersuchen, werden daher eher die Begriffe der Phasen (üblicherweise als α und β bezeichnet) verwendet, die in einem Phasendiagramm als Funktion von Variablen wie Temperatur, Druck und Zusammensetzung grafisch dargestellt werden.

Aus diesen Phasendiagrammen kann vorhergesagt werden, bei welcher Temperatur (flüssige Phase) die Nichteisenlegierung eines Systems, das aus zwei oder mehr Metallen besteht, schmilzt, sowie die Art seiner festen Phasen.

Nehmen Sie das Silber-Kupfer-Paar an. Durch Analyse des Phasendiagramms können physikalische und strukturelle Informationen aus den mehreren Legierungen mit verschiedenen Silber-Kupfer-Kombinationen (10% Ag und 90% Cu, 25% Ag und 75% Cu usw.) extrahiert werden. Offensichtlich müssen Metalle ineinander löslich sein, damit sie homogen zu einer Legierung kristallisieren können.

Eigenschaften

Die Eigenschaften von Nichteisenlegierungen sind sehr unterschiedlich. Für Stähle ist eine Verallgemeinerung nicht sehr schwierig, da sie eine Synergie der Eigenschaften von Eisen mit denen von Eisen-Kohlenstoff, Fe-C, aufweisen. Stattdessen hängen die Eigenschaften von Nichteisenlegierungen hauptsächlich von der Metallbasis ab.

Wenn die Legierungen beispielsweise Aluminium oder Magnesium sind, beide Leichtmetalle, wird erwartet, dass sie leicht sind. Wenn Titan, ein dichteres Metall, mit einem anderen Leichtmetall gemischt wird, sollte die resultierende Legierung etwas leichter und flexibler sein.

Wenn Kupfer und Gold als gute Wärme- und Stromleiter bekannt sind, müssen ihre Legierungen Materialien bieten, die billiger, weniger weich und widerstandsfähiger gegen mechanische Arbeiten und Korrosion sind.

Wenn alle Eigenschaften und Eigenschaften dieses Legierungstyps verallgemeinert werden könnten, müssten sie: weniger dicht, mechanisch widerstandsfähiger in Bezug auf ihr Gewicht, inerter gegen Oxidation durch ihre Umgebung, verformbar, gut leitend gegenüber Wärme und Elektrizität sein. Im Übrigen gibt es viele Ausnahmen.

Anwendungen

Aluminium

Sie sind sehr leichte Legierungen, und daher sollte ihre Struktur bcc (die am wenigsten kompakte) sein. Sie können deformiert werden, um mehrere Formen anzunehmen, z. B. Dosen, um Lebensmittel und Getränke aufzubewahren.

Sie neigen dazu, eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu haben, diese ist jedoch umgekehrt proportional zu ihrer mechanischen Beständigkeit, die beim Mischen mit Kupfer, Magnesium oder Mangan zunimmt. Diejenigen mit besseren mechanischen Festigkeiten finden Verwendung als Karosserieteile und für Flugzeugteile.

Titan

-Titanlegierungen finden viele Anwendungen für das Design von Knochenprothesen, und im Allgemeinen ist dieses Metall in hohem Maße mit physiologischen Matrizen kompatibel.

Es wird unter anderem auch als Teil des Rahmens und der Oberfläche von Flugzeugen, Fahrzeugen, Motorrädern, Golfschlägern verwendet.

- Mit Aluminium gemischt, wurden seine Legierungen beim Bau der Dächer japanischer Tempel und Pagoden sowie bei den Statuen ihrer Drachen verwendet.

Silber

-Ihre Legierung mit Graphit (Ag-C) hat einen geringen elektrischen Widerstand und wird daher als Bestandteil von Leistungsschaltern verwendet.

- Mit Quecksilber gemischt wird ein Amalgam mit 50% Hg und einem geringeren Prozentsatz an Kupfer und Zinn erhalten, das zum Füllen von Zahnfehlern verwendet wird.

- Seine Legierung mit Kupfer verleiht ihm einen solchen Widerstand, dass Metallschneidscheiben und Sägen entstehen.

-In Schmuck wird es in einer Legierung aus Palladium und Platin verwendet, die kratzfest und glänzend ist.

Magnesium

Sie sind dichter als Aluminium, aber ansonsten sind ihre Eigenschaften ähnlich. Sie halten den atmosphärischen Bedingungen gut stand und wurden daher zur Herstellung von Autoteilen, in Getrieben, Rädern, Raketen, kurz gesagt, in Hochgeschwindigkeitsmaschinen (sowie in Fahrrädern) verwendet.

Beryllium

-Ihre Be-Cu-Legierung wird für elektronische Komponenten für kleine Geräte wie Smartphones, iPads, Armbanduhren, Tablets usw. verwendet.

-Keramiken (gemischt mit Gallium, Arsen oder Indium) werden in elektronischen Schaltkreisen mit hoher Stromdichte verwendet.

- In der Medizin schmieden Berylliumlegierungen viele ihrer Instrumente und Geräte, wie Herzschrittmacher, Laserskalpelle, Scanner und den Rahmen von Kernspinresonanzgeräten.

-Es schmiedet auch einen Teil der Militär- und Atomwaffen, es hat auch Spiegel für Satelliten mit Berylliumlegierungen hergestellt.

- Mit diesen Legierungen geschmiedete Werkzeuge erzeugen bei hoher Reibung keine Funken.

Beispiele

Einige spezifische Beispiele für Nichteisenlegierungen sind:

-Monel und Constantán, beide Nickel-Kupfer-Legierungen, jedoch mit einer Zusammensetzung von 2: 1 bzw. 45% (55% Kupfer).

-Cromel, dessen Zusammensetzung 90% Nickel und 10% Kupfer ist. Es wird als Teil des elektrischen Systems von Industrieöfen verwendet, die hohen Temperaturen standhalten können.

-Ti-6Al-4V, eine Titanlegierung mit Vanadium, Aluminium und anderen Metallen, die insbesondere für biologische Zwecke verwendet wird.

-Stelit, eine Legierung aus Kobalt und Chrom.

-Magnalium, Aluminiumlegierung mit einem geringen Anteil an Magnesium (kleiner oder gleich 10%). Es handelt sich praktisch um Aluminiumbleche, die widerstandsfähiger gegen Zugkraft und zäher sind.

-Weißgold, dessen Zusammensetzung aus 90% Gold mit 10% Weißmetall wie Silber oder Palladium besteht.

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