Mit Google fortfahren
Legierungen: Aufbau, Eigenschaften und Beispiele
Eine Legierung ist ein Stoffgemisch aus mindestens zwei chemischen Elementen. Mindestens eines davon ist ein Metall. Durch die Mischung entsteht ein Werkstoff mit eigenen Eigenschaften. Er kann zum Beispiel härter oder korrosionsbeständiger sein als ein Ausgangsstoff – dafür kann eine andere Eigenschaft, etwa die elektrische Leitfähigkeit, abnehmen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was macht ein Stoffgemisch zur Legierung?
Mindestens zwei Elemente werden miteinander kombiniert, und mindestens eines davon ist ein Metall. Das zweite Element muss kein Metall sein: Stahl verbindet zum Beispiel Eisen mit dem Nichtmetall Kohlenstoff.
Legierung
Eine Legierung ist ein Stoffgemisch mit metallischem Charakter aus mindestens zwei Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist. Das Metall mit dem größten oder bestimmenden Anteil heißt Basismetall; zugesetzte Stoffe heißen Legierungselemente.
Häufig werden die Bestandteile erhitzt, zusammengeschmolzen und beim Erstarren zu einem Werkstoff. Daneben können Legierungen auch durch Diffusion oder durch Sintern innig gemischter Pulver entstehen.
Typische Beispiele sind:
- Bronze: Kupfer und Zinn
- Messing: Kupfer und Zink
- Stahl: Eisen und Kohlenstoff
Eine Legierung ist kein einzelnes chemisches Element und auch kein Name für eine Bindungsart. Der Begriff beschreibt einen metallischen Werkstoff aus mehreren Elementen.
Warum werden Metalle legiert?
Beim Legieren werden Eigenschaften gezielt verändert. Je nach Zusammensetzung und Herstellung können Härte, Festigkeit, Elastizität, Verformbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit steigen. Auch Schmelztemperatur und elektrische Leitfähigkeit können sich ändern.
Reines Kupfer ist weich und sehr gut elektrisch leitfähig. Wird Kupfer mit Zinn zu Bronze legiert, kann der Werkstoff härter und stabiler werden. Gleichzeitig kann die elektrische Leitfähigkeit sinken. Die Wahl ist also eine Abwägung: Entscheidend ist, welche Eigenschaften ein Bauteil braucht.
Nicht jede Eigenschaft wird automatisch „besser“. Eine Legierung besitzt ein eigenes Eigenschaftsprofil. Außerdem bestimmen nicht nur die enthaltenen Elemente das Ergebnis, sondern auch ihre Anteile, die entstehenden Phasen und die Verarbeitung.
Woran erkennst du eine oder mehrere Phasen?
Eine Phase ist ein Bereich eines Werkstoffs mit einheitlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Phasen können sehr klein sein; oft erkennt man sie erst unter dem Mikroskop.
Homogene und heterogene Legierung
Eine homogene Legierung besteht im betrachteten Zustand aus einer einheitlichen Phase. Bei einer heterogenen Legierung liegen mehrere Phasen nebeneinander vor.
In einem homogenen Mischkristall können Fremdatome Atome im Metallgitter ersetzen. Kleinere Atome können auch Zwischenräume im Gitter besetzen. Bei mehreren Phasen entstehen dagegen Bereiche mit unterschiedlicher Zusammensetzung oder Struktur.
Ähnliche Atomgrößen und passende Kristallstrukturen können eine gleichmäßige Mischung begünstigen. Ob wirklich eine oder mehrere Phasen vorliegen, hängt jedoch auch von Zusammensetzung und Temperatur ab. Darum reicht die bloße Zutatenliste nicht immer für eine sichere Einordnung.
Wie liest du eine Legierungsbezeichnung?
Legierungsbezeichnungen können Bestandteile und ihre Massenanteile angeben. Bei $\mathrm{CuZn37}$ steht Cu für Kupfer und Zn für Zink. Die Zahl 37 bedeutet: 37 % der Masse sind Zink. Der Rest, also 63 %, ist Kupfer.
Eine Probe aus $200\,\mathrm{g}$ $\mathrm{CuZn37}$ enthält:
$$m(\mathrm{Zn}) = 200\,\mathrm{g} \cdot \frac{37}{100} = 74\,\mathrm{g}$$
$$m(\mathrm{Cu}) = 200\,\mathrm{g} \cdot \frac{63}{100} = 126\,\mathrm{g}$$
Kontrolle: $74\,\mathrm{g} + 126\,\mathrm{g} = 200\,\mathrm{g}$. Die Teilmassen ergeben wieder die Gesamtmasse.
Gehe in drei Schritten vor:
- Lies den angegebenen Massenanteil ab.
- Berechne die Teilmasse mit
Gesamtmasse · Prozentanteil / 100. - Prüfe Einheit und Summe der Teilmassen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
$\mathrm{CuZn37}$ besteht zu aus Zink und zu aus Kupfer. In $200\,\mathrm{g}$ der Legierung sind daher Zink enthalten.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Legierung
- Zusammensetzung
- mindestens zwei Elemente
- mindestens ein Metall
- Struktur
- homogen: eine Phase
- heterogen: mehrere Phasen
- Eigenschaften
- gezielt veränderbar
- mögliche Zielkonflikte
- Beispiele
- Bronze: Kupfer und Zinn
- Messing: Kupfer und Zink
- Stahl: Eisen und Kohlenstoff
- Zusammensetzung
Abschluss-Check
Prüfe jetzt, ob du Definition, Struktur, Nutzen und Kennzeichnung miteinander verbinden kannst.