Was sind die Unterschiede zwischen einer Legierung und einem reinen Metall?

Metalle machen den Großteil des Periodensystems der Elemente aus. Im reinen Zustand hat jedes Metall seine eigene charakteristische Masse, seinen Schmelzpunkt und seine eigenen physikalischen Eigenschaften. Das Mischen von zwei oder mehr dieser Metalle zu einer Mischung mit neuen Eigenschaften bildet eine Legierung, ein Verbundmetall, das auffallend unterschiedliche Eigenschaften aufweisen kann.

Reine Metalle bestehen per Definition aus einem einzigen Element. Proben dieser Metalle enthalten nichts als Atome einer einzigen metallischen Substanz. Legierungen enthalten zwei oder mehr Elemente oder Legierungen, die geschmolzen und miteinander vermischt sind, sodass ihre chemischen Formeln aus mehr als einem Element bestehen. Das reine Metall Eisen besteht beispielsweise nur aus Eisenatomen. Stahl, eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, enthält hauptsächlich Eisenatome mit isolierten Kohlenstoffatomen, die ihm Festigkeit verleihen. Durch die Zugabe der Metalle Chrom oder Molybdän zum Stahl entsteht eine weitere Legierung: Edelstahl.

Ein Grund dafür, dass Hersteller reine Metalle zu Legierungen kombinieren, ist die Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Metalle. Reine Metalle sind möglicherweise zu weich, um dem regelmäßigen Gebrauch standzuhalten, aber das Legieren macht sie zäher. Als reines Metall biegt und dehnt sich Gold so leicht, dass es sich schnell verformen würde, wenn es zu einem Ring geformt und am Finger getragen würde. Schmuckhersteller legieren reines Gold mit Silber, Kupfer oder Zink, um die Haltbarkeit und Steifigkeit des Metalls zu verbessern. Das Gold trägt zu seiner Farbe und Korrosionsbeständigkeit bei; die anderen Metalle tragen ihre Stärke bei. Das Ergebnis ist ein 14-karätiger Goldring, der dem täglichen Tragen standhält.

In ihrem natürlichen elementaren Zustand reagieren einige reine Metalle stark mit ihrer Umgebung, oxidieren und korrodieren, bis sie unbrauchbar werden. Das Mischen dieser Metalle mit weniger reaktiven Metallen verändert ihre Reaktivität und verlängert die Lebensdauer des legierten Gegenstands. Edelstahl hat seinen Namen von der Tatsache, dass er nicht so leicht rostet oder rostet, wie es ein reines Eisenwerkzeug tun würde. Das Legieren von Metallen ist ein Mittel, um sie weniger reaktiv und besser an die Bedürfnisse des Herstellers anzupassen.

Leichtmetalle wie Aluminium und Titan reduzieren die Masse der reinen Metalle, mit denen sie legieren. Diese leichteren Legierungen spielen eine wichtige Rolle in der Luft- und Raumfahrtindustrie, da sie es Herstellern ermöglichen, leichtere Schiffe zu entwickeln und zu bauen. Ein leichterer Düsenjäger kann mehr Treibstoff, Ausrüstung und Kampfmittel aufnehmen als ein schwerer. Aluminium-Leichtmetallräder erleichtern das Gesamtgewicht eines Fahrzeugs, tragen zu einem besseren Benzinverbrauch bei und erhöhen die Geschwindigkeit auf der Rennstrecke.

Legierungsmetalle ändern ihre thermische Toleranz. Da sie aus zwei oder mehr reinen Metallen bestehen, haben Legierungen keinen einzigen Schmelzpunkt, sondern schmelzen über einen Temperaturbereich. Ihre molekulare Struktur kann den Gesamtschmelzbereich des Metalls über den jedes seiner Metallbestandteile anheben. Die Erhöhung des Schmelzbereichs eines Metalls hat wichtige Auswirkungen auf die industrielle und kommerzielle Nutzung. Die SR-71 Blackbird, eines der technologisch fortschrittlichsten Aufklärungsflugzeuge seiner Zeit, verließ sich auf seinen leichten Rahmen aus Titanlegierung, um der thermischen Belastung seines Überschalls standzuhalten Flüge.