Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Nichteisenmetalle – Schwer- und Leichtmetalle (3)
Zu den Nichteisenmetallen zählen Werkstoffe wie z. B. Kupfer und Aluminium, die speziell in der Elektrotechnik eine große Rolle spielen. In diesem Beitrag wird die Unterscheidung von Schwer- und Leichtmetallen vorgenommen und deren Besonderheiten aufgezeigt. Einen besonderen Schwerpunkt bilden erste Betrachtungen zum Leichtmetall Aluminium.
Leichtmetalle
Für die Einordnung der Leichtmetalle gibt es – wie für den Bereich der Schwermetalle – eine Vielzahl von Definitionen und Festlegungen. In Analogie zur Festlegung anhand einer Dichtegrenze gilt hier:
Als Leichtmetalle bezeichnet man Metalle mit einer Dichte nicht größer als ρ < 5 kg/dm3.
Als Leichtmetalle werden allgemein Metalle und Legierungen bezeichnet, deren Dichte nicht über 5 g/cm3 liegt. Alle anderen Metalle sind Schwermetalle, von denen Europium mit einer Dichte von 5,244 g /cm3 das leichteste ist. Im Bereich technischer Nutzung kommen vor allem Aluminium, Magnesium, Titan (Tabelle 3) sowie in geringem Umfang Beryllium und Lithium in Einsatz – sowie weitere Elemente als Legierungselemente in geringer Konzentration. Die Verarbeitung metallischer Werkstoffe erfolgt bei Leichtmetallen grundsätzlich so wie bei anderen Metallen auch.
Brandgefahr
Besondere Aufmerksamkeit erfordert die spanende Verformung von Leichtmetallen. Aufgrund der Reibungswärme, die z. B. beim Drehen und Bohren entsteht, besteht speziell am Ende der Standzeit des Werkzeugs (stumpfe Schneide) die Gefahr, dass sich Späne entzünden. Der so bestehenden Brandgefahr muss man sich bewusst sein und entsprechende Vorsichtsmaßnahmen ergreifen. Beim Löschen von Bränden von Leichtmetallen muss beachtet werden, dass dazu kein Wasser verwendet werden darf. Im Falle eines Löschversuchs mit Wasser könnte sich der freiwerdende Wasserstoff entzünden und es käme unter Umständen zu Explosionen (Knallgasbildung mit Luftsauerstoff). Zudem verbrennen viele Leichtmetalle, z. B. Magnesium und Aluminium, bei sehr hohen Temperaturen. Wasser zersetzt sich hierbei thermisch zu Wasserstoff und Sauerstoff, was ebenfalls zu einer explosionsartigen Brandausbreitung führt. Auch wasserhaltige Löschmittel, wie etwa Löschschaum, verbieten sich aus diesen Gründen. Andere Löschmittel zeigen bei Leichtmetallbränden häufig keine Wirkung, denn Magnesium brennt auch unter Kohlendioxidatmosphäre weiter, indem es dem Kohlenstoffdioxid den Sauerstoff entzieht. Normale Löschpulver eignen sich ebenfalls nicht für Leichtmetallbrände. Als Löschmittel können dienen:
- Metallbrandpulver
- trockener Zement, Sand oder Salz
- Edelgase
Leichtmetall Aluminium
Auch im Bereich der Leichtmetalle kommt ein wichtiger Leiterwerkstoff für die Elektrotechnik vor. Aluminium (Bild) hat gegenüber Kupfer als Leitermaterial durchaus einige Vorteile. Die sehr viel geringere Dichte von Aluminium macht sich z. B. im Freileitungsbau positiv bemerkbar. Etwas pauschalisiert kann man behaupten: Überall dort, wo große Leiterquerschnitte eingesetzt werden, ist die Realisierung mit Aluminium kostengünstiger als mit Kupfer. Allerdings kann Aluminium kaum in reiner Form eingesetzt werden. Aluminium mit großem Reinheitsgrad ist mechanisch kaum belastbar und wird daher meistens als Legierungen verwendet. Das verschlechtert zwar die Leitfähigkeit, verbessert aber unter Umständen die mechanischen Eigenschaften deutlich. Das ist dort, wo ein größerer Querschnitt kein Problem darstellt, häufig die kostengünstigere Variante gegenüber Kupfer.
Autor: K.-H. Bleiß
Der vollständige Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.