Fachwörter-Lexikon

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Kupfer-Aluminium-Legierungen (Aluminiumbronze)

Diese Legierungen  kombinieren überdurchschnittlich gute mechanische (insbesondere hohe Festigkeiten) und gute physikalische Eigenschaften mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit in einer Vielzahl aggressiver Medien (Meerwasser, Schwefelsäure und Salzlösungen). Sie nehmen daher unter den Kupferwerkstoffen eine besondere Stellung ein. 

Ausscheidungshärtung

Die Bildung von feinen, homogen verteilten Partikeln des Legierungselements innerhalb der Grundmatrix ermöglicht bei einigen Metallen eine Festigkeits- und Härtesteigerung. Dies wird durch Phasenumwandlungen erreicht, die durch geeignete Wärmebehandlungen hervorgerufen werden. Der Begriff Härtung durch Alterung ist ebenfalls zutreffend, da sich die Festigkeit mit zunehmender Zeit entwickelt (wenn die Legierung altert). Durch Ausscheidungshärtung können beispielsweise Aluminium, Kupfer-, Kupfer-Beryllium-, Kupfer-Zinn- und Magnesium-Aluminium-Legierungen sowie einige eisenbasierte Werkstoffe verfestigt werden.

Als Voraussetzung für die Ausscheidungshärtung muss das Legierungssystems zwei Anforderungen erfüllt: eine beträchtliche maximale Löslichkeit der einen Komponente in der anderen (Größenordnung von mehreren Prozent) und eine Löslichkeit von Komponente B in Komponente A, die mit sinkender Temperatur abnimmt.

Allgemeines Phasendiagramm einer aushärtbaren Legierung (A-B) / Bildquelle: Materialwissenschaften und Werkstofftechnik/VCH-Verlag

Im ersten Schritt der Wärmebehandlung wird das Lösungsglühen durchgeführt, bei dem alle Atome in einem Mischkristall gelöst werden (einphasig). Der Prozess beinhaltet das Aufheizen der Legierung auf eine bestimmte Temperatur, die so lange konstant gehalten wird, bis die gesamte vorhandene b-Phase aufgelöst ist. In diesem Zustand besteht die Legierung allein aus der a-Phase mit der Zusammensetzung c0. Dann wird die Legierung abgeschreckt. Die Diffusion wird dadurch behindert und es entsteht ein Nichtgleichgewichtszustand, in dem ein übersättigter Mischkristall vorliegt. In diesem Zustand ist die Legierung noch relativ weich und formbar. Der zweite Wärmebehandlungsschritt dient der Erzeugung von Ausscheidungen. Bei einer Warmauslagerung wird der übersättigte Mischkristall erwärmt, so dass eine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit vorliegt. Es bilden sich fein verteilte Ausscheidungen. Dieser Prozess wird als Auslagern oder Altern bezeichnet. Nach einer entsprechenden Haltezeit wird die Legierung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erzielbaren Eigenschaften hängen von der Auslagerungstemperatur und der Haltezeit bei dieser Temperatur ab. Einige Legierungen altern sogar bei Raumtemperatur (Kaltauslagerung).

Goldschichten – Goldlegierungsschichten

Da reines Gold sehr weich ist, werden überwiegend Goldlegierungen mit deutlich höheren Härten abgeschieden. Mit den sogenannten Hartgoldschichten lassen sich bereits durch geringste Mengen (0,1 % bis 0,5 %) beispielsweise an Nickel, Indium oder Kobalt die Schichthärten von etwa 70 HV bis 90 HV für unlegiertes Gold auf etwa 150 HV bis 220 HV für Goldlegierungen steigern. Ein weiterer Grund für die verstärkte Verwendung von Goldlegierungen liegt in der möglichen Einsparung an Gold. Bis zu einem Goldanteil von etwa 85 % weisen die Schichten die typische Goldfarbe auf. Bei geringeren Goldanteilen ergibt sich je nach Legierungsbestandteil ein rötlicher (kupferfarbener) oder weißer Farbton. Wie metallurgische Legierungen können auch galvanische Legierungen mit vielen Legierungsmetallen in nahezu beliebiger Konzentration gemischt werden. Dabei bleibt die gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei nahezu allen Goldlegierungen erhalten. Als Legierungspartner finden bei der galvanischen Abscheidung vor allem Nickel, Kobalt, Indium, Palladium, Silber, Kupfer oder Eisen Einsatz. Auf die Verwendung von Kadmium, Arsen oder Thallium wird soweit als möglich verzichtet, obwohl keine gesundheitsbedenklichen Auswirkungen dieser Legierungen bekannt sind.

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