Legierung

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Einleitung

Legierung, Sammelbegriff für Gemische, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen, von denen mindestens eine ein Metall ist. Den Hauptbestandteil einer Legierung bezeichnet man als Grundmetall, die Nebenbestandteile als Zusätze. Wie reine Metalle sind die meisten Legierungen strom- und wärmeleitend. Sie enthalten häufig auch bestimmte Nichtmetalle wie z. B. Kohlenstoff. Der bedeutendste Vertreter der kohlenstoffhaltigen Legierungen ist Stahl. Einfacher Carbonstahl enthält beispielsweise etwa 0,5 Prozent Mangan und 0,8 Prozent Kohlenstoff.

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Arten von Legierungen

Eine Legierung kann aus einer intermetallischen Verbindung, einer so genannten festen Lösung bestehen. Dabei handelt es sich meist um eine Mischung winziger Kristalle der beteiligten metallischen Komponenten oder um eine Kombination aus fester Lösung und Kristallmischung. Intermetallische Verbindungen, wie z. B. NaAu₂, CuSn und CuAl₂, sind meist hart und spröde und häufig nichtstöchiometrisch (siehe Stöchiometrie) zusammengesetzt. Legierungen haben im Allgemeinen niedrigere Schmelzpunkte als ihre reinen Bestandteile. Die so genannte eutektische Mischung hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als alle anderen Mischungen der gleichen Bestandteile. Folglich besitzt das Eutektoid, der Feststoff dieser Mischung, auch andere physikalische Eigenschaften als die Legierungen in anderen Mischungsverhältnissen.

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Eigenschaften

Die Eigenschaften von Legierungen unterscheiden sich häufig sehr stark von denen ihrer Bestandteile. Eigenschaften wie Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit können bei Legierungen erheblich größer sein als bei irgendeinem einzelnen Metall. Aus diesem Grund werden Legierungen häufiger verwendet als reine Metalle. Beispielsweise ist gewöhnlicher Stahl (in einfachster Form eine Mischung aus Eisen und Kohlenstoff) fester und härter als Schmiedeeisen (fast reines Eisen). Legierte Stähle, also Mischungen aus Stahl mit Metallen wie Chrom, Mangan, Molybdän, Nickel, Wolfram und Vanadium, sind fester, härter und meist auch korrosionsbeständiger als Eisen oder gewöhnlicher Stahl. Legierungen mit hohem Schmelzpunkt enthalten u. a. hitzebeständige Metalle wie Tantal, Niob, Wolfram, Cobalt und Nickel. Diese kommen beispielsweise in Heizleitern zum Einsatz. Im Gegensatz dazu nutzt man Schmelzlegierungen (niedriger Schmelzpunkt) für Heizbäder oder in Schmelzsicherungen. So genannte Federlegierungen besitzen elastische Eigenschaften.

Darüber hinaus gibt es eine Vielfalt spezieller Legierungen für unterschiedliche Anwendungen, wie z. B. Niob-Zinn-Legierungen, die man bei extrem niedrigen Temperaturen als Supraleiter einsetzt (Supraleitfähigkeit).

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Herstellung

Früher wurden die meisten Legierungen durch das Mischen von Metallschmelzen hergestellt. Seit einiger Zeit spielt die Pulvermetallurgie eine große Rolle bei der Herstellung von Legierungen mit bestimmten Eigenschaften. Bei diesem Verfahren werden trockene Pulver der Ausgangsmaterialien unter hohem Druck verdichtet und dann bis knapp unter den Schmelzpunkt erhitzt. Auf diese Weise lässt sich eine feste, homogene Legierung erzeugen. Mit Hilfe der Pulvermetallurgie kann man u. a. auch keramische Materialien gewinnen (Siehe auch Keramik). Diese Produkte aus Metall und Kohlenstoff (Carbide), Bor (Boride), Sauerstoff (Oxide), Silicium (Silicide) oder Stickstoff (Nitride) verbinden die Vorteile der Festigkeit bei hohen Temperaturen, der Stabilität und der Oxidationsbeständigkeit der keramischen Verbindung mit der Stoßfestigkeit des Metalls.

Eine andere Legierungstechnik wurde von einem Verfahren für die Herstellung von Computerchips abgeleitet. Dabei werden ausgewählte Metalle in einer Vakuumkammer (Vakuumtechnik) mit Ionenstrahlen (z. B. Kohlenstoff- oder Stickstoffionen) behandelt. Dadurch entsteht eine feste, dünne Legierungsschicht auf der Metalloberfläche. So lässt sich z. B. aus Titan mit Stickstoffionen eine hochwertige Legierung für prothetische Implantate erzeugen.

Sterlingsilber, Weißgold und Platin-Iridium sind Beispiele für Edelmetalllegierungen. Legierungen aus Quecksilber und anderen Metallen (z. B. Silber) werden als Amalgame bezeichnet. Andere Legierungen weniger wertvoller Metalle sind u. a. Babbitt-Metall, Messing, Bronze und Lötmetall.