Welke chemische formule krijg je bij het mengen van koper en aluminium?

Koper en aluminium kunnen worden gecombineerd tot een koper-aluminiumlegering. Een legering is een mengsel en heeft daarom geen chemische formule. Onder zeer hoge temperatuur kunnen koper en aluminium echter een vaste oplossing vormen. Wanneer deze oplossing afkoelt, kan de intermetallische verbinding CuAl2 of koperaluminide zich vormen als een neerslag.

Een verbinding heeft een vaste verhouding tussen de samenstellende elementen. Het maakt niet uit hoeveel van een verbinding je hebt, de verhouding tussen de verschillende atomen is hetzelfde. Aan de andere kant kan een mengsel verschillende hoeveelheden van de samenstellende elementen bevatten. Een metaallegering is een mengsel van twee of meer metalen in elke verhouding. Daarom heeft een legering geen chemische formule. In plaats daarvan worden legeringen beschreven in termen van percentages. Deze percentages kunnen veranderen wanneer meer van een van de metalen wordt toegevoegd.

Wanneer koper en aluminium worden verwarmd tot 550 graden Celsius (1.022 graden Fahrenheit), zal vast koper oplossen in het aluminium en een oplossing vormen. Bij deze temperatuur kan de koper-aluminiumoplossing tot 5,6 gew.% koper bevatten. Deze oplossing is verzadigd; het kan geen koper meer vasthouden. Naarmate een verzadigde koper-aluminiumoplossing afkoelt, neemt de oplosbaarheid van koper af en wordt de oplossing oververzadigd. Wanneer het koper uiteindelijk uit de oplossing neerslaat, vormt het de intermetallische verbinding CuAl2.

De intermetallische verbinding CuAl2 vormt zich langzaam nadat de initiële oplossing is gemaakt. Na verloop van tijd kunnen koperatomen door diffusie door de legering bewegen. Deze beweging leidt tot de vorming van CuAl2-kristallen. Deze verbinding bevat altijd twee aluminiumatomen voor elk koperatoom; het is 49,5 gewichtsprocent aluminium. Vanwege deze vaste verhouding heeft de verbinding een duidelijke chemische formule.

De bijzondere oriëntatie van de atomen in aluminium leidt tot uitglijden tussen atomen. Dit vertaalt zich in een verminderde sterkte. Wanneer de CuAl2-kristallen zich vormen, wordt deze slip verminderd. Dit proces wordt precipitatieharding genoemd en helpt de sterkte van een koper-aluminiumlegering te vergroten. Fabrikanten kunnen de temperatuur in de loop van de tijd regelen om deze uitharding te maximaliseren.

CuAl2 is de dominante intermetallische verbinding van koper en aluminium. De twee metalen kunnen echter ook de intermetallische verbindingen CuAl en Cu9Al4 vormen. Deze verbindingen kunnen zich in de loop van de tijd vormen na de initiële vorming van CuAl2. De vorming van deze andere verbindingen hangt af van de temperatuur, tijd en plaats van koperprecipitatie.