Metalle und Legierungen: Gewinnung und Eigenschaften

Gewinnung und Verarbeitung von Eisen und Stahl

Eisen und Stahl sind bereits seit der Antike bekannt und werden heute in Hochöfen (Hornos) hergestellt. Die Wissenschaft, die sich mit den Prozessen der Metallgewinnung befasst, wird Metallurgie genannt. Metalle – mit Ausnahme von Gold, Silber und Kupfer – werden in der Natur meist als Bestandteil von Mineralien gefunden. Der nützliche Teil des Minerals, der das Metall enthält, wird Erz genannt. Der Rest, der nicht verwertbar ist, heißt Gangart. Das Erz wird von der Gangart durch einfache Methoden wie Waschen oder die Verwendung von Magneten getrennt. Das Erz wird in einen Hochofen gegeben; da Eisen eine sehr hohe Dichte aufweist, sammelt es sich als Schicht am Boden des Ofens an.

Eigenschaften von Stahl und Spezialstählen

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffanteil etwa 2 % bis 3 % beträgt. Es gibt zudem Spezialstähle, wobei Edelstahl besonders hervorzuheben ist; dies ist eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff, Chrom und Nickel.

Wichtige Nichteisenmetalle und ihre Vorteile

Obwohl Eisen weit verbreitet ist, gibt es Anwendungen, bei denen leichtere oder besser leitfähige Metalle bevorzugt werden:

• Kupfer: Ein rötliches Metall, das korrosionsbeständig sowie ein hervorragender Leiter für Wärme und Strom ist. Es kommt in der Natur in reinem Zustand vor und lässt sich leicht zu Drähten verarbeiten. Wenn Kupfer mit Zinn gemischt wird, erhält man eine Legierung namens Bronze; zudem entstehen weitere Legierungen, wenn man dickere Mischverhältnisse wählt.
• Zinn: Es wird häufig zum Löten elektronischer Bauteile verwendet, da es einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt. Zudem wird es in der Konservenindustrie zur Herstellung von Metallverpackungen eingesetzt.
• Aluminium: Es kommt in der Natur sehr häufig vor und findet vielfältige Anwendung. Es ist leicht und wird für den Bau von Flugzeugen und Schiffen sowie für Heizkörper, Getränkedosen, Türen und Fenster verwendet. Aluminium rostet nicht, da es eine schützende Selbst-Schutzschicht bildet.
• Magnesium: Magnesium ist das leichteste Material und wird oft zur Herstellung von Legierungen mit anderen Metallen verwendet. Magnesiumlegierungen sind extrem leicht und werden in der Rennwagen-Industrie sowie in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
• Titan: Titan besitzt noch bessere Eigenschaften als Aluminium und Magnesium. Es wird im Schiffsbau verwendet, da es nicht rostet. Zudem findet es Verwendung für Prothesen, da es eine geringe Abstoßungsrate aufweist und gut am Knochen haftet.