Werkstoffe 9 - Nichteisenmetalle

WERKSTOFFE 9 Dr. Bernd Stange-Grneberg, Mai 2014

2
9. NICHTEISENMETALLE
9.1. ALUMINIUM UND ALUMINIUMLEGIERUNGEN
9.2. KUPFER UND KUPFERLEGIERUNGEN
9.3. MAGNESIUM UND MAGNESIUMLEGIERUNGEN
9.4. TITAN UND TITANLEGIERUNGEN

3
Als Nichteisenmetalle (NE-Metalle) werden alle Metalle auer Eisen
bezeichnet, sowie alle Legierungen, in denen Eisen nicht als Basiselement
enthalten ist bzw. der Anteil an Reineisen 50% nicht bersteigt.
Reinmetalle Edelmetalle
Schwermetalle
Leichtmetalle
Knetlegierungen
Gulegierungen

4
Aluminium und Aluminium-legierungen

5
Employ another metal instead of iron. Copper? said Morgan.
No! That would be too heavy. I have better than that to
offer. What then? asked the major.
Aluminium! replied Barbicane. Aluminium? cried his three
colleagues in chorus. Unquestionably, my friends. This valuable
metal possesses the whiteness of silver, the indestructibility of
gold, the tenacity of iron, the fusibility of copper, the lightness
of glass. It is easily wrought, is very widely distributed, forming
the base of most of the rocks, is three times lighter than iron,
and seems to have been created for the express purpose of
furnishing us with the material for our projectile.
JULES VERNES, From the Earth to the Moon (1865)

6

7
Aluminium in Zahlen

8
Kennzahlen

9
Kennzahlen

10
Kennzahlen

11
Kennzahlen

12
Geschichte

13
Geschichte
Aluminium ist unter Bercksichtigung seiner Hufigkeit ein Metall
mit relativ kurzer Geschichte
erstmalige Erwhnung von Alaun in der Historia naturalis bei
PLINIUS d.. (23-79) unter der lat. Bezeichnung alumen
1807: Versuche von H. DAVY zur Darstellung von Aluminium durch
Schmelzfluelektrolyse

14
Geschichte
1825: Erstsynthese durch H.C. RSTED
1827: Reindarstellung durch F. WHLER
Al ist zu dieser Zeit teurer als Gold:
NAPOLEON III. pflegte mit seinem Hofstaat mit
Aluminiumbesteck von Aluminiumtellern zu
speisen (weniger angesehene Gste muten
sich ordinrem Gold und Silber begngen!)

15
Geschichte
1855: Weltausstellung in Paris LArgent de largile
1859: SAINTE-CLAIRE DEVILLE verffentlicht erstes Verfahren zur tech-
nischen Darstellung von Al Preis sinkt um 90%
1886: C.M. HALL und P. HROULT verffentlichen unab-
hngig voneinander Patente zur Schmelzfluelek-
trolyse von Al2O3

1888: $ 10,40
1894: $ 1,64
1939: $ 0,40
16
Geschichte
1887: C.J. BAYER entwickelt Verfahren zur grotechnischen Dar-
stellung von Al2O3 aus Bauxit
1906: Entwicklung von Duraluminium durch A. WILM
1911: Eloxal-Verfahren
Preisentwicklung

17
Geschichte
Einflu der Verfahren von DEVILLE und HALL-HROULT auf den Al-Preis:

18
Vor-kommen

19
Vor-kommen
dritthufigstes Element in der Erdkruste (7,57 Gew.-%), hufigstes Metall
gediegene Vorkommen sehr selten, aber bekannt (RUS, CHN, AZE)
grte Menge in Form von Alumosilicaten (Tone, Gneise, Granite)
einziges wirtschaftlich bedeutendes Gestein ist Bauxit:
benannt nach Les Baux-de-Provence (Sdfrankreich), bestehend aus: Gibbsit, -Al(OH)3 Bhmit, -AlO(OH) Diaspor, AlO(OH)
Hmatit, Fe2O3 Goethit, -FeO(OH)
Kaolinit, Al2Si2O5(OH)4 Anatas, TiO2

20
Vor-kommen
dotierte Korunde (-Al2O3) als Schmucksteine:
Fe2+/Ti3+: blau
Fe3+: gelb/grn
V4+: violett
Cr3+: rot
Saphire Rubin

21
Vor-kommen
Hauptfrderlnder:
Jahresfrderung:

22
Vor-kommen
Entwicklung des Aluminiumpreises in neuerer Zeit:

23
Dar-stellung

24
Dar-stellung
Bauxitabbau
Gewinnung von Al2O3
BAYER-Verfahren
Schmelzfluelektrolyse von Al2O3
HALL-HROULT-Verfahren
Einzelschritte der Aluminium-Gewinnung

25
Dar-stellung
Prozebersicht
Bauxit Aluminiumoxid Aluminium

26
Dar-stellung
BAYER-Verfahren
Na[Al(OH)4]
KristallisationAl(OH)3

27
Dar-stellung
BAYER-Verfahren
Aufschlu von Bauxit mit Natronlauge bei 7 bar und 180 C:
Bauxit + NaOH Na[Al(OH)4] + Fe2O3 + TiO2 usw.
unlslicher Rotschlamm ( Ga)
Verdnnung der Aluminatlauge mit folgender Kristallisation von Al(OH)3:
Na[Al(OH)4] Al(OH)3 + NaOH
Brennen zu Al2O3 in Drehfen/Wirbelschichtanlagen bei 1200-1300 C:
2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O

28
Dar-stellung
Schmelzfluelektrolyse

29
Dar-stellung
Elektrolyse einer eutektischen Schmelze von 10% Al2O3 in
90% Kryolith (Senkung des Fp. von 2045 C auf ca. 960 C)
Elektrodenvorgnge:
Kathode: 4 Al3+ + 12 e- 4 Al Reduktion
Anode: 6 O2- 3 O2 + 12 e- Oxidation
Graphit-Elektroden reagieren mit O2 zu CO/CO2 regelmiger Ersatz
Summengleichung: 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2
Reinheit: >99%

30
Dar-stellung
Pre-bake-Technologie: Anoden wer-
den separat hergestellt (emissions-
arm, 83% Verbreitung)
Anodenersatz

31
Dar-stellung
SDERBERG-Technologie: Anoden wer-
den whrend der Elektrolyse ge-
backen (geringere Qualitt)
Anodenersatz

32
Dar-stellung
kobilanz kobilanz
Stoff- und Energiebilanz fr die Erzeugung von 1 t Aluminium:

33
Dar-stellung
Einsatz von Sekundraluminium aus Recycling-Prozessen
kobilanz
360-800 kg Rotschlamm ( Deponie)
15700 kWh ( Wasserkraft)
kobilanz

34
Dar-stellung
kobilanz Recycling

35
Eigen-schaften

36
Eigen-schaften
13Al
Aluminium * Wegen der geringeren Dichte wiegen Al-Leitungen
nur halb so viel wie vergleichbare Cu-Leitungen!
physikalische Eigenschaften:
silberweies Leichtmetall
Fp.: 660 C, Kp.: 2467 C
= 2,70 g cm-3
Kristallgitter: kfz, a = 405,0 pm
= 37,7 m -1 mm-2 *
= 235 W m-1 K-1

37
Eigen-schaften
chemische Eigenschaften:
Hauptgruppenelement (IIIa/13, Erdmetalle bzw. Bor-Gruppe)
Elektronenkonfiguration: [Ne] 3s2 3p1
Oxidationszahlen: (+I), +III
unedler Charakter: 0 (Al/Al3+) = - 1,66 V
Passivierung an der Luft (Al2O3-Schicht, die durch anodische Oxida-
tion bis auf 0,02 mm verstrkt werden kann) Eloxal-Verfahren
Verbindungen nur des dreiwertigen Ions wichtig:
Korund (-Al2O3) Zeolithe Alaun [KAl(SO4)2 12 H2O]

38
Eigen-schaften
Entwicklung 1911 durch DE SAINT-MARTIN
Methode der Oberflchentechnik zur Erzeugung einer oxidischen Schutz-
schicht auf Al durch anodische Oxidation
kein galvanisches berzugsverfahren (Aufbringen einer Schutzschicht), son-
dern Umw

Werkstoffe 9 - Nichteisenmetalle

Documents

Transcript of Werkstoffe 9 - Nichteisenmetalle

3. Werkstoffe - OpenEdition

Fortschrittliche Technologien für Le · PDF file 2017. 9. 11. · FKV-Analytik“ + „PUR-Werkstoffe ... Integrationstechnologien für smarte und bionische Bauteile Alleinstellungsmerkmale

Neue Werkstoffe - d-nb.info

Thyssen Krupp Werkstoffe

Werkstoffe 6 - Wärmebehandlung Der Stähle

Werkstoffe f¼r Gleitlager

Cochius_Normen-Richtlinien-Hinweise Nichteisenmetalle Alu Legierungen

Neue Werkstoffe für Inlays, Onlays, Teilkronen und Kronen · PDF file 2017-11-26 · Neue Werkstoffe – Mai 2014 . Neue Werkstoffe für Inlays, Onlays, Teilkronen und Kronen . Stand:

1 Werkstoffe aus der Sicht der Strukturlehre Amorphe Werkstoffe Nur lokale atomare Anordnung Gleiche Abstände zwischen den Nachbaratomen Kristalline Werkstoffe

THINK Werkstoffe und Verfahren

Elektrische Kontakte, Werkstoffe unddownload.e- · PDF fileElektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen. Eduard Vinaricky (Hrsg.) Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen

04 Werkstoffe

Keramische Werkstoffe - tf.uni-kiel.de 1-12.pdf · PDF fileKeramische Werkstoffe 3

Werkstoffe 13 - Korrosion

Werkstoffe 2 - Vorlesung 1: Legierungselemente

Metallische Werkstoffe

Zusammenfassung : · PDF fileZusammenfassung : Keramik 1 Begriffe aus der Werkstoffkunde: 1.1 Einteilung der Werkstoffe: ! metallische Werkstoffe ! anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe

RWTH-Themen Werkstoffe

Werkstoffe 4 - Legierungsbildung und Zustandsschaubilder

Bezeichung Nichteisenmetalle - Google Search