Metalleigenschaften

Buntmetalle und Leichtmetalle

Buntmetalle bezeichnen eine Untergruppe der Nichteisenmetalle, die Edelmetalle wie Gold und Silber nicht mit einschließen. Zu den typischen Vertretern gehören Cadmium, Cobalt, Kupfer, Nickel, Zinn und Zink. Legierungen wie Messing (Kupfer-Zink-Legierung) und Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung) werden ebenfalls als Buntmetalle angesehen, da sie farbig sind. Buntmetalle sind unedle Schwermetalle, die oft in elektronischen Bauteilen eingesetzt werden, da sie besondere Eigenschaften aufweisen, die sie in vielen Fällen unersetzbar machen. Buntmetalle sind auch relativ umweltfreundlich, da sie recycelbar sind und oft einen geringeren Energieaufwand bei der Herstellung benötigen.

Leichtmetalle hingegen sind unedle Metalle oder Legierungen, die eine Dichte von weniger als 5g/cm³ aufweisen. Bekannte Beispiele sind Aluminium, Magnesium und Titan. Sie sind bekannt für ihre geringe Dichte und werden in der Industrie für ihre Leichtbauweise und ihre gute Formbarkeit eingesetzt.

Legierungen aus Buntmetallen und Leichtmetallen können verschiedene faszinierende Eigenschaften aufweisen, die je nach verwendeten Elementen variieren. Zum Beispiel besteht Messing aus Kupfer und Zink und wird für seine Korrosionsbeständigkeit und seine elektrischen Eigenschaften eingesetzt. Der Schmelzpunkt von Legierungen hängt von den verwendeten Metallen ab. Hier habe ich mal eine bunt zusammengetragene Liste der für mich wichtigsten Legierungen und deren Schmelzpunkte zum Nachschlagen zusammengetragen. Sie ist keinesfalls vollständig und ich gebe keine Garantie auf Richtigkeit oder Genauigkeit.

Aluminium: 100Mg - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 660,32°C.

Magnesium: 100Mg - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 650°C.

Titan: 100Ti - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 1668°C.

Lithium:: 100Li - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 180,54°C.

Beryllium: 100Be - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 1287°C.

Natrium: 100Na - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 97,72°C.

Kalium: 100Ka - Leichtmetall mit einer geringen Dichte und einem Schmelzpunkt von etwa 63,38°C.

Kupfer: 100Cu - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von etwa 1084,62°C.

Cadmium: 100Cd - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von 321°C.

Kobalt: 100Co - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von 1.495°C.

Zink: 100Zn - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von etwa 419,53°C.

Gallium: 100Ga - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von etwa 29,8 °C. Es ist damit nach Quecksilber und Caesium das Metall mit dem niedrigsten Schmelzpunkt, der auch deutlich unter denjenigen der benachbarten Elemente Aluminium und Indium liegt.

Nickel: 100Ni - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von 1455 °C, bekannt für seine hohe Hitzebeständigkeit und seine Fähigkeit, bei hohen Temperaturen seine Struktur und Festigkeit beizubehalten, was es für viele industrielle Anwendungen äußerst nützlich macht.

Indium: 100In - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von 157°C, was es zu einem Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt macht.

Zinn: 100Sn - Buntmetall mit einen Schmelzpunkt von 231,9°C.

Blei: 100Pb - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von 327,5 °C. Es ist wichtig zu beachten, dass die Verwendung von Blei in vielen Anwendungen zunehmend eingeschränkt oder verboten wird, da Blei giftige Eigenschaften hat und bei unsachgemäßer Verwendung und Entsorgung eine Gefahr für die Gesundheit und die Umwelt darstellen kann.

Kupfer-Zink-Legierungen (Messing)

Messing: CuZn37 - Buntmetall-Kupferlegierung mit Massenanteilen von mindestens 50 % Kupfer und bis zu etwa 40 % Zink und weitere Metalle wie Blei, Nickel, Aluminium, Eisen oder Mangan enthalten kann.Es hat einem Schmelzpunkt von etwa 900 bis 950 Grad Celsius. Steigt der Zinkgehalt, sinkt der Schmelzpunkt des Messings. Messing mit einem Zinkanteil von 37 Prozent (CuZn37) schmilzt zwischen 902 und 920 Grad Celsius, während Messing mit einem Zinkgehalt von fünf Prozent (CuZn5) erst bei 1.050 bis 1.065 Grad Celsius schmilzt.

Armaturenmessing: CuZn39Pb3 - Buntmetall-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt von 902-920°C.

Nordisches Gold: Legierung auf Kupferbasis, die 89 % Kupfer, 5 % Aluminium, 5 % Zink und 1 % Zinn enthält und einen Schmelzpunkt von etwa 940 °C hat. Sie wird hauptsächlich zur Herstellung von Euromünzen verwendet.

Kupfer-Zinn Legierungen (Bronze)

Guss-Zinnbronze: 88Cu22Sn - Buntmetall-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt von 950°C.

Phosphorbronze: 87Cu22Zn0,5Ph - Buntmetall-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt von 950°C. Phosphor reduziert dabei das Kupferoxid und verbessert die Gießbarkeit.

Rotguss: 87Cu7Sn9Zn6Pb - Buntmetall-Kupferlegierung, die Zinn, Zink und Blei enthält. Die genaue Zusammensetzung kann variieren, aber typischerweise besteht sie aus 80 bis 90% Kupfer, 1,5 bis 11% Zinn, 1 bis 9% Zink und nach Bedarf bis zu 8% Blei. Der Schmelzpunktintervall liegt bei etwa 900 bis 925°C.

Stahlbronze: 92Cu7Sn10Zn2Pb - Buntmetall-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunktintervall von 840°C bis 1000°C. Diese Legierung, ist eigentlich nur eine andere Rotguss-Variante und wurde oft in der Vergangenheit für Maschinenteile verwendet.

Niedrigschmelzende Legierungen

Niedrigschmelzende Legierungen sind Metall-Legierungen, deren Schmelzpunkt deutlich unterhalb von dem des Zinns (232 °C) liegt. Diese Legierungen basieren häufig auf Metallen wie Bismut, Indium und in einigen Fällen Gallium. Die traditionellen blei- oder zinnhaltigen Typen werden auch als Weissmetall bezeichnet. Sie werden in der Industrie für verschiedene Anwendungen verwendet, darunter Elektroden, Wärmeleitpasten und als Kühlmittel. Beispiele für niedrigschmelzende Legierungen sind das Woodsche Metall mit einem Schmelzpunkt von etwa 70 °C und das Fieldsche Metall mit einem Schmelzpunkt von etwa 62 °C.

Legierungen auf Indiumbasis

Indium-Bismut-Eutektikum: 66,3In33,7Bi - Buntmetall-Legierung mit einer Schmelztemperatur von ca. 72 °C. Ein unbedenklicher Ersatz für die Woodsche Legierung (ähnlicher Schmelzpunkt) ohne Blei und Kadmium und ist RoHs kompatibel..

Fieldsches Metall: 51In32,5Bi16,5Sn - Buntmetall-Legierung mit einer Schmelztemperatur von ca. 62 °C. Etwas günstiger als das Indium-Bismut-Eutektikum mit einer geringeren Dichte. Sie wird ebenfalls häufig als Ersatz zur Woodschen Legierung verwendet.

Indium-Zinn-Eutektikum: 52In48Sn - Buntmetall-Legierung mit einer Schmelztemperatur von ca. 118 °C. Diese klassische Lot-Legierung, die auch als Material für Wärmeleitfolien verwendet wird, ist weniger spröde als Indium-Bismuth Legierungen, hat aber einen etwas höheren Schmelzpunkt.

Indalloy 117: 44,7Bi22,6Pb19,1In8,3Sn5,3Cd - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 47°C (117°F).

Indalloy 136: 49Bi21In18Pb12Sn - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 58°C (136°F).

Indalloy 19: 51In32,5Bi16,5Sn Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 60°C (140°F).

Indalloy 158: 50Bi26,7Pb13,3Sn10Cd - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 60°C (140°F).

Indalloy 281: 58Bi42Sn - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 138°C (281°F).

Legierungen auf Bismutbasis

Woodsches Metall / Woodsche Legierung: 50Bi25Pb12,5Cd12,5Sn - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 70-74 °C. Das Woodsche Metall ist eine der am längsten verwendeten niedrigschmelzenden Legierungen. Die Zusammensetzung dieser Legierung liegt in der Nähe des Eutektikums Bismut-Blei-Cadmium-Zinn, hat einen Schmelzbereich um die 70 °C und ist vergleichsweise kostengünstig, da sie hohe Anteile der günstigen Legierungsbestandteile Blei und Cadmium enthält und auf teure Zusätze wie etwa Indium volsltändig verzichtet. Obwohl immer noch häufig im Einsatz wird das Woodsche Metall allerdings zunehmend aufrgund von gesundheitlichen Bedenken gegenüber dem Bestandteil Cadmium und der damit zusammenhängenden hohen Toxitizät für Mensch und Natur durch unbedenklichere Alternativen ersetzt. Nicht für die Verwendung bei Privatpersonen!

Roses Metall: 52Bi32Pb16Sn - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 94°C. Roses Metall ist in vielen Berreichen eine Alternative zur Woodschen Legierung, da es kein gesundheitsschädliches Cadmium enthält.

Bismut-Zinn-Eutektikum: 58Bi42Sn - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 138 °C. Kostengünstig mit einer höheren Schmelztemperatur und vergleichsweise Spröde. Sie ergibt feingliedrige Abgüsse, die auch in den filigranen Bereichen recht stabil sind. Sie ist gesundheitlich unbedenklich.

Bismut-Zinn-Silber: 57Bi42Sn1Ag - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 138 °C. Durch den geringen Silberanteil ist dieser Werkstoff etwas geschmeidiger als das Bismut-Zinn-Eutektikum.

Bismut-Indium-Eutektikum: 67Bi33In - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 109 °C. Dank des geringeren Indiumanteils deutlich kostengünstiger, ebenfalls gesundheitlich unbedenklich, aber mit etwas höherem Schmelzpunkt.

Cerrolow 136: 49Bi18Pb12Sn21In - Buntmetall-Legierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 58 °C

Legierungen auf Galliumbasis

Gallium-Indium-Legierung: 76Ga 24In - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von etwa 16-17 °C. Diese Legierung neigt zur Oxidschichtbildung und läuft schwarz an. Außerdem reagiert sie sehr aggressiv mit den meisten Leichtmetallen.

Gallium-Indium-Zinn-Legierung: 62Ga22In16Sn - Buntmetall mit einem Schmelzpunkt von etwa 11-13 °C. Es hat die niedrigste Schmelztemperatur. Eine Zugabe von Zink in kleinen Mengen kann die Erstarrungstemperatur sogar noch etwas weiter senken. Die Oxidationsneigung wird durch allerdings noch verstärkt.