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Metalle machen den größten Teil des Periodensystems der Elemente aus. In ihrem reinen Zustand hat jedes Metall seine eigene charakteristische Masse, seinen eigenen Schmelzpunkt und seine eigenen physikalischen Eigenschaften. Das Mischen von zwei oder mehr dieser Metalle zu einer Mischung mit einem neuen Satz von Eigenschaften bildet eine Legierung, ein Verbundmetall, das auffallend unterschiedliche Eigenschaften haben kann.
Chemische Zusammensetzung
Per Definition bestehen reine Metalle aus einem einzigen Element. Proben dieser Metalle enthalten nur Atome einer einzigen Metallsubstanz. Legierungen enthalten zwei oder mehr Elemente oder Legierungen, die geschmolzen und miteinander vermischt sind, sodass ihre chemischen Formeln aus mehr als einem Element bestehen. Beispielsweise besteht das reine Metall Eisen nur aus Eisenatomen. Stahl, eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, enthält hauptsächlich Eisenatome mit isolierten Kohlenstoffatomen, die ihm Festigkeit verleihen. Durch Zugabe der Metalle Chrom oder Molybdän zum Stahl entsteht eine weitere Legierung: Edelstahl.
Formbarkeit und Duktilität
Ein Grund, warum Hersteller reine Metalle zu Legierungen kombinieren, ist die Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Metalle. Reine Metalle sind möglicherweise zu weich, um sie für den normalen Gebrauch zu halten. Durch das Legieren werden sie jedoch härter. Als reines Metall biegt und dehnt sich Gold so leicht, dass es schnell aus der Form gerät, 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 der Metalle zu verbessern. Das Gold trägt zu seiner Farbe und Korrosionsbeständigkeit bei. Die anderen Metalle tragen ihre Stärke bei. Das Ergebnis ist ein 14-Karat-Goldring, der dem täglichen Verschleiß standhält.
Reaktivität
In ihrem natürlichen Elementarzustand reagieren einige reine Metalle stark mit ihrer Umgebung, oxidieren und korrodieren, bis sie unbrauchbar werden. Das Mischen dieser Metalle mit weniger reaktiven Metallen ändert ihre Reaktivität und verlängert die Lebensdauer des legierten Gegenstands. Edelstahl verdankt seinen Namen der Tatsache, dass es nicht so leicht rostet oder gräbt wie ein reines Eisenwerkzeug. Das Legieren von Metallen ist ein Mittel, um sie weniger reaktiv und besser auf die Bedürfnisse des Herstellers abzustimmen.
Masse
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 Fahrzeuge zu konstruieren und zu bauen. Ein leichter Düsenjäger kann mehr Treibstoff, Ausrüstung und Kampfmittel aufnehmen als ein schwerer. Aluminiumlegierungsräder erleichtern das Gesamtgewicht eines Fahrzeugs, tragen zu einer besseren Laufleistung bei und erhöhen die Geschwindigkeit auf der Rennstrecke.
Wärmetoleranz und Schmelzpunkt
Legierte Metalle verändern ihre thermische Toleranz. Da sie aus zwei oder mehr reinen Metallen bestehen, haben Legierungen keinen einzigen Schmelzpunkt, sondern schmelzen über einen Temperaturbereich. Durch ihre Molekülstruktur kann der Gesamtschmelzbereich des Metalls über den eines seiner Metallbestandteile angehoben werden. Die Erhöhung des Schmelzbereichs eines Metalls hat wichtige Auswirkungen auf die industrielle und kommerzielle Verwendung. Die SR-71 Blackbird, eines der technologisch fortschrittlichsten Aufklärungsflugzeuge ihrer Zeit, verließ sich auf ihren leichten Rahmen aus Titanlegierung, um den thermischen Belastungen ihrer Überschallflüge standzuhalten.