Legierungen

Fast nichts aus Metall in deinem Alltag besteht aus einem einzigen reinen Metall. Der Fahrradrahmen, das Besteck in der Schublade, die Münze in deiner Hosentasche: Überall steckt eine Mischung drin. Der Grund ist einfach: Reine Metalle sind meist zu weich. Ein Ring aus reinem Gold verbeult im Alltag schnell, reines Eisen gibt unter Last nach. Schmilzt man aber ein zweites Element dazu, entsteht daraus ein Werkstoff, der eine ganze Brücke trägt. Solche Mischmetalle heißen Legierungen.

Was eine Legierung ist

Eine Legierung entsteht, wenn man ein Metall zusammen mit mindestens einem weiteren Element schmilzt und die Schmelze gemeinsam erstarren lässt. Die Atome der Zutaten verteilen sich dabei so fein ineinander, dass am Ende ein einziger, gleichmäßiger Werkstoff vorliegt: Einem Messingknauf siehst du nicht an, dass Kupfer und Zink darin stecken. Drei Legierungen begegnen dir ständig: Bronze aus Kupfer und Zinn, Messing aus Kupfer und Zink, Stahl aus Eisen und weniger als 2 % Kohlenstoff. Wichtig ist der Unterschied zum Beschichten: Eine verzinkte Schraube trägt nur außen eine dünne Zinkschicht, eine Legierung ist durch und durch gemischt.

Warum Legierungen härter sind

Im reinen Metall sind alle Atome gleich groß und liegen ordentlich in Schichten übereinander, fast wie Kugeln in einer Kiste. Biegst du das Metall, gleiten diese Schichten aneinander vorbei, und genau deshalb sind reines Kupfer und reines Gold so weich. Mischst du nun Atome einer anderen Sorte dazu, die etwas größer oder kleiner sind, stören sie die ordentlichen Schichten. Das Abgleiten klemmt, und der Werkstoff wird härter und fester. Bronze ist deshalb deutlich härter als das Kupfer, aus dem sie größtenteils besteht. Schon in der Bronzezeit goss man daraus Werkzeuge und Klingen, lange bevor jemand Eisen verarbeiten konnte.

Mehr als nur hart

Härte ist nicht der einzige Grund für Legierungen. Edelstahl ist Stahl mit mindestens 10,5 % Chrom: Das Chrom bildet an der Oberfläche eine hauchdünne, unsichtbare Schutzschicht, und deshalb rostet die Spüle in der Küche nicht. Lötzinn wiederum, eine Legierung aus Zinn mit etwas Silber und Kupfer, schmilzt schon bei etwa 220 °C. Damit lassen sich Bauteile auf einer Platine verbinden, ohne dass die Kupferbahnen darunter weich werden, denn Kupfer schmilzt erst über 1000 °C. Für jede Aufgabe gibt es also die passende Mischung: härter, zäher, rostfrei oder leichter schmelzend.