Eisenmetalle sind Metalle, die Eisen enthalten. Nichteisenmetalle enthalten kein Eisen.
Eisenmetalle und ihre Eigenschaften
Zu den einzigartigen Eigenschaften von Eisen zählen seine Dichte, seine Festigkeit in Verbindung mit Kohlenstoff, sein reichliches Vorkommen und seine einfache Veredelbarkeit, seine hohe Korrosionsanfälligkeit sowie seine Magnetisierung. Durch die Legierung von Eisen mit anderen Elementen in unterschiedlichen Anteilen lassen sich eine oder mehrere dieser Eigenschaften verringern oder beseitigen.
Es sind Hunderte von Eisenlegierungen bekannt. Sie werden durch die Anteile der einzelnen Elemente in ihrer Zusammensetzung sowie durch die Vorgaben zu ihrem Schmelzverhalten und ihrer Oberflächenbeschaffenheit definiert. Kohlenstoffhaltige Eisenlegierungen werden im Allgemeinen als Eisen oder Stahl bezeichnet und können je nach ihren Spezifikationen eine Reihe weiterer Elemente enthalten, von Aluminium bis Vanadium. Diese Metalle werden in der Regel aufgrund ihrermechanischen Eigenschaften ausgewählt. Ingenieure und Konstrukteure interessieren sich insbesondere für ihre Festigkeit, Zähigkeit, Duktilität, Schweißbarkeit, Elastizität, Scherfestigkeit und thermische Ausdehnung, die beschreiben, wie sich ein Werkstoff unter bestimmten Belastungsbedingungen verhält.
Diese charakteristischen Eigenschaften von Eisen lassen sich in Legierungen verändern, bei denen Eisen mit anderen Elementen gemischt wird. Rostfreier Stahl ist ein gutes Beispiel dafür, da bestimmte Edelstahllegierungen sowohl nichtmagnetisch als auch korrosionsbeständig sind. Eine gängige Methode, um festzustellen, ob es sich bei einem Metall um Stahl handelt, besteht darin, einen Magneten daran zu halten, da das Eisen in der Legierung den Magneten anziehen lässt; Allerdings wissen diejenigen, die schon einmal versucht haben, Magnete an ihrem Kühlschrank aus Edelstahl anzubringen, dass dies kein unfehlbarer Test ist. Obwohl in dieser Eisenlegierung immer noch Eisen vorhanden ist, kann ein hoher Nickelanteil die Mikrostruktur des Stahls so stark verändern, dass keine magnetische Reaktion mehr auftritt. Zudem korrodiert Edelstahl dank des Chromzusatzes nicht wie andere Eisenlegierungen. Chrom schützt vor Rost durch einen Prozess namens Passivierung, bei dem die obersten Moleküle des Metalls oxidieren, aber fest mit dem darunterliegenden Metall verbunden bleiben und so eine undurchdringliche Struktur bilden.
Nichteisenmetalle und ihre Verwendungszwecke
Eines der ersten Nichteisenmetalle, die der Mensch entdeckte, war Kupfer, was den Beginn der Kupferzeit markierte. Um dieses Metall optimal nutzen zu können, musste der Mensch zudem die Kunst des Schmiedens und Gießens erlernen. Der niedrige Schmelzpunkt und die einfache Verarbeitbarkeit machten Kupfer zum bevorzugten Metall des Menschen.
Auf die Kupferzeit folgte rasch die Bronzezeit, als die Menschen entdeckten, dass sie Kupfer mit Zinn legieren konnten, um Bronze herzustellen. Nichteisenmetalle werden schon länger genutzt als Eisenmetalle. Tatsächlich entwickelten die Menschen um 5000 v. Chr. eine Technik zur Herstellung von Bronze. Diese Technik umfasste das Schmelzen und Legieren von Kupfer mit anderen Metallen wie Zinn und Arsen. Der Beginn dieser Schmelz- und Legierungsphase beendete die Steinzeit und markierte den Beginn der Bronzezeit.
Weitere Nichteisenmetalle, die entdeckt wurden, sind Gold und Silber. Diese Metalle haben Holz und Stein als Schmuckmaterialien abgelöst. Da diese Metalle jedoch selten sind, werden sie zur Herstellung von Luxusartikeln verwendet.
Heute verwenden wir Nichteisenmetalle zur Herstellung von Werkzeugen, Fahrzeugmotoren, Rohrleitungen, Besteck, Elektrokabeln, Schmuck und vielem mehr.
Alle Nichteisenmetalle weisen bestimmte gemeinsame Eigenschaften auf.
Betrachten wir diese Eigenschaften:
- Hohe Korrosions- und Rostbeständigkeit: Nichteisenmetalleweisen keinen nennenswerten Eisengehalt auf, wodurch sie sehr rost- und korrosionsbeständig sind. Daher eignen sie sich ideal für die Herstellung von Dachrinnen, Dächern und anderen Anwendungen, bei denen sie den Witterungseinflüssen ausgesetzt sind.
- Nichtmagnetisch:Diese Metallart ist nichtmagnetisch, wodurch sie sich ideal für Verkabelungen und Elektronik eignet.
- Geringes Gewicht:Diese Metalle sind oft leichter als Eisenmetalle. Der Gewichtsunterschied ist auf den unterschiedlichen Kohlenstoffgehalt der beiden Metallarten zurückzuführen. Sie sollten jedoch beachten, dass nicht alle Nichteisenmetalle leicht sind. Einige Metalle wie Osmium, Blei und Wolfram sind schwerer und haben eine höhere Dichte als Eisenmetalle wie Stahl.
- Preis:Wenn Sie Nichteisenmetalle für die Fertigung verwenden möchten, sollten Sie wissen, dass diese teurer sind als ihre Eisenmetalle. Es gibt zwei Hauptgründe, warum sie so teuer sind. Der erste Grund ist das Verhältnis von Angebot und Nachfrage bei diesen Metallen. Die Nachfrage nach Nichteisenmetallen ist größer als das Angebot, was ihre Beschaffung recht kostspielig macht. Der andere Grund ist, dass sie in verschiedenen Branchen Anwendung finden, von der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie bis hin zum Maschinenbau und zum Bauwesen. Das bedeutet, dass viele Branchen nach diesen Metallen suchen, deren Angebot begrenzt ist, was sie verteuert.
- Recycelbarkeit:Alle Metallarten sind recycelbar. Nichteisenmetalle können im Vergleich zu Eisenmetallen einzeln recycelt werden, wobei das Risiko einer Qualitätsminderung minimal ist. Außerdem behalten sie während des Prozesses ihre chemischen Eigenschaften bei. Es ist wichtig, diese Metalle zu recyceln, da sie nicht ohne Weiteres verfügbar sind. Ein weiterer Grund für das Recycling ist, dass dieser Prozess Abfall reduziert und die Umwelt schützt. Dabei wird Energie bei der Gewinnung aus natürlichen Vorkommen eingespart und die Emissionen von Gasen verringert, die während des Abbauprozesses entstehen würden.