Kupfer und Aluminium können zu einer Kupfer-Aluminium-Legierung kombiniert werden. Eine Legierung ist ein Gemisch und hat daher keine chemische Formel. Bei sehr hohen Temperaturen können Kupfer und Aluminium jedoch eine feste Lösung bilden. Beim Abkühlen dieser Lösung kann sich die intermetallische Verbindung CuAl2 oder Kupferaluminid als Niederschlag bilden.
Compounds und Legierungen
Eine Verbindung hat ein festes Verhältnis zwischen ihren Bestandteilen. Egal wie viel von einer Verbindung Sie haben, das Verhältnis zwischen den verschiedenen Atomen ist gleich. Andererseits kann eine Mischung unterschiedliche Mengen ihrer Bestandteile enthalten. Eine Metallegierung ist eine Mischung aus zwei oder mehr Metallen in jedem Verhältnis. Daher hat eine Legierung keine chemische Formel. Stattdessen werden Legierungen in Form von Prozentsätzen beschrieben. Diese Prozentsätze können sich ändern, wenn mehr eines der Metalle hinzugefügt wird.
Feste Lösung
Wenn Kupfer und Aluminium auf 550 Grad Celsius (1.022 Grad Fahrenheit) erhitzt werden, löst sich festes Kupfer im Aluminium auf und bildet eine Lösung. Bei dieser Temperatur kann die Kupfer-Aluminium-Lösung bis zu 5,6 Gewichtsprozent Kupfer enthalten. Diese Lösung ist gesättigt; es kann kein Kupfer mehr halten. Wenn eine gesättigte Kupfer-Aluminium-Lösung abkühlt, nimmt die Löslichkeit von Kupfer ab und die Lösung wird übersättigt. Wenn das Kupfer schließlich aus der Lösung ausfällt, bildet es die intermetallische Verbindung CuAl2.
Intermetallische Verbindungen
Die intermetallische Verbindung CuAl2 bildet sich langsam, nachdem die anfängliche Lösung erzeugt wurde. Im Laufe der Zeit können sich Kupferatome aufgrund von Diffusion durch die Legierung bewegen. Diese Bewegung führt zur Bildung von CuAl2-Kristallen. Diese Verbindung enthält immer zwei Aluminiumatome für jedes Kupferatom; es besteht aus 49,5 Gewichtsprozent Aluminium. Aufgrund dieses festen Verhältnisses hat die Verbindung eine bestimmte chemische Formel.
Ausscheidungshärtung
Die besondere Orientierung der Atome im Aluminium führt zum Gleiten zwischen den Atomebenen. Dies führt zu einer verringerten Festigkeit. Wenn sich CuAl2-Kristalle bilden, wird dieser Schlupf verringert. Dieser Vorgang wird als Ausscheidungshärten bezeichnet und hilft, die Festigkeit einer Kupfer-Aluminium-Legierung zu erhöhen. Hersteller können die Temperatur im Laufe der Zeit regulieren, um diese Aushärtung zu maximieren.
Andere Verbindungen von Kupfer und Aluminium
CuAl2 ist die dominierende intermetallische Verbindung von Kupfer und Aluminium. Die beiden Metalle können aber auch die intermetallischen Verbindungen CuAl und Cu9Al4 bilden. Diese Verbindungen können sich im Laufe der Zeit nach der anfänglichen Bildung von CuAl2 bilden. Die Bildung dieser anderen Verbindungen hängt von der Temperatur, dem Zeitpunkt und dem Ort der Kupferausfällung ab.