Beständigkeit von Legierungen
Es gibt viele Metalle und viele weitere Legierungen mehrerer Metalle.
Die frühesten künstlichen Legierungen aus menschlichen metallurgischen Experimenten wurden (basierend auf archäologischen Überresten) zwischen etwa 3000 und 2500 v. Chr. hergestellt.
Es handelt sich in erster Linie um Bronze, da die Metalle, aus denen es besteht (Kupfer und Zinn), in ihrem ursprünglichen Zustand (in Hülle und Fülle) vorhanden sind und nicht aus dem Erz gewonnen werden müssen.
Gold und Silber sind Metalle, die in der Natur reichlich vorkommen und aus diesem Grund seit dem 5. Jahrtausend v. Chr. bekannt sind. Daher werden sie auch sehr oft gemischt, insbesondere um die Farbe oder Härte von Gold zu verändern.
Theoretisch gibt es unendlich viele Legierungen. Der Grundprozess ist einfach: Erhitzen Sie einfach zwei oder mehr Metalle, bis sie den entsprechenden Schmelzpunkt erreichen, mischen Sie sie dann entsprechend der richtigen Dosierung und beginnen Sie mit dem Abkühlen.
Somit reicht es aus, die Dosierung der Inhaltsstoffe auch nur geringfügig zu ändern, um eine neue Legierung mit einzigartigen Eigenschaften zu schaffen.Darüber hinaus sind auch die Herstellungsbedingungen der neuen Legierung entscheidend: Es reicht beispielsweise aus, den Schmelzpunkt, die Brennbedingungen oder auch die Abkühlzeit zu ändern.
Die Abhängigkeit der Beständigkeit von Legierungen von ihrer Zusammensetzung hat einen ganz anderen Charakter. In manchen Fällen handelt es sich bei der Legierung um eine Ansammlung sehr kleiner Kristalle der beiden Metalle, aus denen die Legierung besteht. Jedes Metall kristallisiert unabhängig voneinander, danach werden ihre Kristalle gleichmäßig und eher zufällig in der Legierung vermischt.
Dabei handelt es sich um Blei, Zinn, Zink und Cadmium, die beliebig gemischt sind. Der Widerstand solcher Legierungen bei unterschiedlichen Konzentrationen liegt zwischen den Extremwerten des Widerstands reiner Metalle, ist also immer geringer als der größere von ihnen und größer als der kleinere.
Details zur Metallbeständigkeit: Was bestimmt den Widerstand eines Leiters?
Ein weiterer nützlicher Artikel: Grundlegende Eigenschaften von Metallen und Legierungen
Die folgende Abbildung zeigt grafisch die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands einer Zink-Zinn-Legierung von der Volumenkonzentration der beiden Metalle.
Die Abszisse zeigt die Volumina von Zinn in Prozent des Volumens der Legierungseinheit, d. h. Abszisse 60 bedeutet, dass eine Volumeneinheit Legierung 0,6 Volumenteile Zinn und 0,4 Volumenteile Zink enthält. Die Ordinate zeigt die Widerstandswerte der Legierung multipliziert mit 106.
Da reine Metalle Temperaturkoeffizienten des Widerstands Sind Größen gleicher Größenordnung nahe dem Ausdehnungskoeffizienten von Gasen, ist es offensichtlich, dass die Legierungen der betrachteten Gruppe Koeffizienten gleicher Größenordnung haben.
In vielen anderen Fällen handelt es sich bei den Legierungen der beiden Metalle um eine homogene Masse aus kleinen Kristallen, die aus Atomen der beiden Metalle bestehen.
Manchmal können solche Mischkristalle aus Atomen der beiden Metalle in jedem beliebigen Verhältnis entstehen, manchmal sind solche Bildungen nur in bestimmten Konzentrationsbereichen möglich.
Außerhalb dieser Bereiche ähneln die Legierungen denen der gerade betrachteten ersten Gruppe, mit der Ausnahme, dass es sich um eine Mischung aus Kristallen des reinen Metalls und Kristallen einer gemischten Art handelt, die aus Atomen beider Arten besteht.
Der spezifische Widerstand solcher Legierungen ist normalerweise größer als der spezifische Widerstand der beiden Metalle.
Die folgende Abbildung zeigt grafisch die Konzentrationsabhängigkeit des spezifischen Widerstands einer Legierung aus Gold und Silber, die bei jeder Konzentration Mischkristalle bildet. Die Methode zum Erstellen der Kurve ist die gleiche wie bei der Kurve in der vorherigen Abbildung.
Der Widerstand von reinem Silber in der Grafik beträgt 1,5 * 10-6, von reinem Gold 2,0 * 10-8... Durch Legieren gleicher Volumina der beiden Metalle (50 %) erhalten wir eine Legierung mit einem Widerstand von 10,4 * 10- 6.
Die Temperaturkoeffizienten des Widerstands für Legierungen dieser Gruppe sind im Allgemeinen niedriger als für jedes der Metalle, aus denen die Legierung besteht.
Die folgende Abbildung zeigt grafisch die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten einer Legierung aus Gold und Silber von der Goldkonzentration.
Im Konzentrationsbereich von 15 % bis 75 % überschreitet der Temperaturkoeffizient des Widerstands nicht ein Viertel des gleichen Koeffizienten reiner Metalle.
Einige Legierungen aus drei Metallen sind von technischer Bedeutung.
Die erste dieser Legierungen, Manganin, hat bei richtiger Verarbeitung einen Temperaturkoeffizienten von Null, weshalb Manganindraht zur Herstellung von Präzisionswiderstandsmagazinen verwendet wird.
Eine Legierung aus Nickel, Chrom mit Zusätzen von Mangan, Silizium, Eisen, Aluminium (Nichrom) ist das gebräuchlichste Material für die Herstellung verschiedener Heizelemente.
Weitere Details zu dieser Art von Legierungen: Nichrome: Sorten, Zusammensetzung, Eigenschaften und Merkmale
Die übrigen Legierungen (Konstantan, Nickelin, Neusilber) werden für die Herstellung von Regelwiderständen verwendet, da sie eine beträchtliche Beständigkeit aufweisen und an der Luft bei den recht hohen Temperaturen, denen Rheostatdrähte häufig ausgesetzt sind, relativ wenig oxidieren.
Weitere Einzelheiten zu den in der Elektroindustrie am häufigsten verwendeten ternären Legierungen finden Sie hier:Hochbeständige Materialien, hochbeständige Legierungen
Spezifische Widerstandswerte verschiedener Legierungen sollte man am besten in speziellen Fachbüchern nachschlagen oder experimentell ermitteln, da diese stark variieren können.
Als Beispiel geben wir die Werte des elektrischen Widerstands und der Wärmeleitfähigkeit von Mg-Al- und Mg-Zn-Legierungen an:
In dieser Arbeit werden der elektrische Widerstand und die Wärmeleitfähigkeit von Mg-Al- und Mg-Zn-Binärlegierungen im Temperaturbereich von 298 K bis 448 K untersucht und der Zusammenhang zwischen der entsprechenden elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit der Legierungen analysiert.
Siehe auch: Die am häufigsten verwendeten leitfähigen Materialien in Elektroinstallationen