Fachwörter-Lexikon
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Reduktion
Unter Reduktion verstand man ursprünglich die Entfernung von gebundenem Sauerstoff aus einer Verbindung.
MgO + Energie → Mg2+ + O2-
Die abgegebenen Elektronen des Metalls müssen von einem anderen Reaktionspartner gleichzeitig aufgenommen werden. Reduktion ist die Umkehrung der Oxidation.
Die heutige Definition ist allgemeiner und hat Bezug zu den Oxidationszahlen. Die Reduktion ist also ein Prozess, bei dem einem Atom Elektronen zugeführt werden, d.h. Reduktion ist die Aufnahme von Elektronen oder die Erniedrigung der Oxidationszahl eines Atoms. Dabei entsteht ein negativ geladenes Ion (Anion). Elektronenaufnahme geschieht bei Elementen rechts im PSE (ab 4 Valenzelektronen).
Beispiel: Reaktion von Schwefel mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid:
Die Oxidationszahl des Schwefelatoms nimmt von Null auf +IV zu, der Schwefel wird oxidiert. Die Oxidationszahl der Sauerstoffatome nimmt von Null auf –II ab, Sauerstoff wird reduziert.
Es liegt bereits eine Reduktion vor, wenn eine kovalente Bindung mit einem elektropositiveren Atom eingegangen wird.
Verschleißschutz – verschiedene Verfahren
In vielen Anwendungen wie beispielsweise bei Motoren oder beweglichen Maschinenelementen sind die Oberflächen von Bauteilen einer hohen Reibung ausgesetzt. Der Verschleiß der Oberflächen kann durch die Auftragung von Schichten unterschiedlicher Art verhindert werden. Dabei steht die Verteilung der Aufgaben bei der Auswahl der verwendeten Materialien im Vordergrund: Das Grundmaterial stellt die mechanische Festigkeit und Form, während die Oberfläche beziehungsweise die Schicht den Schutz gegen Verschleiß, Korrosion und/oder Oxidation übernimmt.
Die Effizienz von modernen Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge, insbesondere mit Hochleistungsmotoren verwenden für Kolben und Zylindern derartige Schichtsysteme. Geeignet als Schutz gegen Verschleiß sind insbesondere Chrom- und Nickel- beziehungsweise Nickeldispersionsschichten (mit Hartstoffen wie Siliziumcarbid). Die Schichten werden hierfür in Dicken zwischen 10 µm und etwa 40 µm abgeschieden. Zur Einhaltung der exakten geometrischen Form kommen einmal Honverfahren zum Einsatz. Neuere Entwicklungen arbeiten mit besonderen, angepassten Anodengeometrien, um die Stromdichtunterschiede sowie die daraus resultierenden Abweichung der Schichtdicke an Kanten zu vermeiden.
Während Kolben für Motoren wie klassische Einzelteile in einem Galvanikverfahren auf Gestellen behandelt werden, stehen für die Zylinder in den Motorblöcken Spezialanlagen zur Verfügung, bei denen nur der Zylinderbereich von Elektrolyt durchströmt wird, während der übrige Motorblock nicht mit den galvanischen Medien in Berührung kommt. Die hohen Strömungen erlauben auch die Anwendung von höheren Stromdichten, so dass die Abscheidegeschwindigkeiten auf einige Mikrometer pro Minute gesteigert werden können.
Vergleichbare Schichtsysteme können sowohl auf Stahl als auch auf Aluminium aufgebracht werden. Dadurch trägt Aluminium auch bei Motoren und sonstigen Teilen in Fahrzeugen zur Einsparung von Gewicht bei.
Kunststoffe, Thermoplaste
Thermoplaste – bestehen aus linearen oder verzweigten Molekülketten. die miteinander nicht durch chemische Bindungen vernetzt sind.
Die amorphen Thermoplaste bestehen aus regellos ineinander verschlauften und verknäuelten Makromolekülen ohne regelmäßige Anordnung und Orientierung. Es fehlt jede Art von Fernordnung, das heißt eine über den nächsten Nachbarn hinausgehende Ordnung der Makromoleküle bezüglich Abstand, Anordnung und Orientierung. Der Zusammenhalt zwischen den Molekülketten erfolgt durch mechanische Verschlaufungen und Verhakungen sowie durch sekundäre chemische Bindungskräfte (Nebenvalenzbindungen). Ihre Festigkeit erhalten diese Kunststoffe aus den Reibungskräften und der Verschlingung der Makromoleküle. Bei Raumtemperatur sind die Thermoplaste hart. Mit zunehmender Temperatur werden sie elastisch und bei weiterer Erwärmung plastisch weich und schließlich flüssig. Bei Abkühlung der heißen Kunststoffmasse verändern sie sich vom flüssigen, über den plastisch weichen und elastischen Zustand zum harten Material. Dies verleiht ihnen die Eigenschaft der Warmumformbarkeit und Schweißbarkeit. Da diese Kunststoffe beim Erwärmen weich werden, nennt man sie Thermoplaste (von griechisch thermo = Wärme). Die Erwärmung von Kunststoffen ist nur bis zu einer bestimmten Grenztemperatur (Zersetzungstemperatur) möglich, da sie sich bei Überschreiten dieser Temperatur zersetzen.
Mechanische Eigenschaften von amorphen Thermoplasten
Teilkristalline Thermoplaste enthalten neben amorphen Bereichen auch Zonen mit einer mehr oder weniger starken Ausrichtung der Makromoleküle, die kristallinen Bereiche. Stark vereinfacht kann man sich einen teilkristallinen Thermoplasten aus Bereichen hoher Ordnung (Kristallite), die in eine Matrix aus ungeordneten (amorphen) Molekülketten eingebettet sind, aufgebaut denken. Der Kristallinitätsgrad der teilkristallinen Thermoplaste beträgt bis zu 90 % und wird durch unterschiedliche Faktoren wie das Vorhandensein von Kettenverzweigungen, isotaktischen Bau und Länge der Molekülkette beeinflusst. Durch eine Erhöhung der Kristallinität nehmen die zwischenmolekularen Kräfte zu. Damit steigen Festigkeit, E-Modul und Dichte, während das Verformungsvermögen und die Transparenz abnehmen. Mit Erreichen der Zersetzungstemperatur setzt schließlich auch bei den teilkristallinen Thermoplasten der Zerfall der Molekülketten ein.
Mechanische Eigenschaften von teilkristallinen Thermoplasten
Durch gerichtete viskosplastische Deformationen oberhalb der Glastemperatur während der Verarbeitung, dem Verstrecken, kann insbesondere bei den teilkristallinen Thermoplasten ein orientierter Molekülzustand erreicht werden. Die teilkristalline Struktur wird in eine Streckrichtung orientiert. Dadurch werden in Streckrichtung eine beträchtliche Erhöhung der Zugfestigkeit sowie eine Verbesserung der Schlagzähigkeit erzielt.