Wie man Aluminiumlegierungen herstellt

Der natürliche Reichtum und die geringe Dichte von Aluminium inspirieren Designer dazu, viele Verwendungsmöglichkeiten dafür zu finden. Durch die Beimischung kleiner Mengen anderer Metalle wird es hart genug, um als Konstruktionsmaterial verwendet zu werden.

Viele Jahre lang haben Flugzeughersteller Aluminium verwendet. Die Materialien sollten nicht nur leicht sein, sondern auch steif und temperaturbeständig. Lithium, das leichteste metallische Element, kann als Substitutionsverunreinigung in einem Aluminiumkristall wirken. Es hat sich gezeigt, dass Kupfer die Festigkeit von Aluminium-Lithium-Legierungen erhöht. Auch Magnesium kann als Legierungselement anstelle von Lithium verwendet werden. Die Legierungen sind nicht ganz so korrosionsbeständig. Auf der Oberfläche von reinem Aluminium bildet sich Aluminiumoxid, das eine Schutzschicht bildet, die jedoch durch Verunreinigungen unterbrochen wird.
Die einfache Mischung von Lithium oder Magnesium mit Aluminium reicht nicht aus, um ein steifes Metall zu erhalten. In Bronze erschweren die großen Zinnatome den Kupferatomen das Gleiten entlang ihrer Gleitebenen. In Stahl füllen die kleinen Kohlenstoffatome die Zwischenräume im Eisengitter und verhindern so das Gleiten der Eisenebenen. Lithium und Magnesium sind nicht größer als Aluminium, und wenn sie sich an Gitterplätzen befinden, können sie das Gleiten der Atome nicht verhindern.
Ein Verfahren namens Ausscheidungshärtung verringert die Verformbarkeit einer Aluminiumlegierung. Das Material wird auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts erhitzt. Dadurch erhöht sich die Menge der Verunreinigung, die sich in Aluminium auflöst. Die Legierung wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgekühlt und mehrere Tage lang gealtert.

Obwohl ein Lithium- oder Magnesiumatom in das Aluminiumgitter passt, ist es nicht so stark an die umgebenden Aluminiumatome gebunden, wie es ein passendes Aluminiumatom sein würde. Das Gitter wird dadurch etwas belastet und verzerrt. Durch die Wärme können die Fremdatome im Kristall umherwandern. Wenn einige Lithiumatome aufeinander treffen, verbinden sie sich und bilden einen Niederschlag, eine Ansammlung von Atomen mit einem anderen (kleineren) Gittermuster. Die Ausscheidungen blockieren die Gleitebenen des Aluminiumgitters. Das Material mit Ausscheidungen ist wesentlich härter.
Aluminiumlegierungen können auch kaltverformt werden. Durch Walzen und Pressen werden die Körner verformt und ihre Größe verringert.