Schmelzen und Erstarren von Metallen und Legierungen

Zusammenfassung

Metall-Legierungen werden häufig durch Zusammenschmelzen von mehr oder weniger reinen Metallen (den Komponenten) erzeugt. Dabei wird zunächst das Metall mit dem größten Massenanteil (Basismetall) erschmolzen. Danach erfolgt der Zusatz der vorgesehenen weiteren Legierungskomponenten. Bei etwa gleichen Anteilen zweier Metalle in einer Legierung wird erst das Metall mit dem größten Schmelzpunkt aufgeschmolzen und dann das andere in fester oder flüssiger Form zugegeben. Ist der Schmelzpunkt einer Legierungskomponente erheblich größer als der des Basismetalls oder soll es nur in kleinen Mengen zugesetzt werden, so erzeugt man zunächst geeignete niedrigschmelzende Vorlegierungen. Diese werden dann dem geschmolzenen Basismetall in fester Form zugesetzt. Bei der Legierungsherstellung wird stets eine gute Durchmischung der Schmelze angestrebt. Dies wird bei Legierungen, deren Komponenten im flüssigen Zustand völlig ineinander löslich sind, durch geeignete Bewegung der Schmelze bei Temperaturen oberhalb des Schmelzbereichs der Legierung erreicht. Das Aufschmelzen erfolgt in Tiegeln, die mit den Schmelzen nicht reagieren. Je nach Höhe der erforderlichen Temperatur werden verschiedene Tiegelmaterialien benutzt. Im Laboratoriumsmaßstab können Glastiegel bis etwa 800 °C, Tonerdesilikattiegel bis etwa 1400 °C, Oxydkeramiktiegel bis etwa 2800 °C und Kohletiegel bis zu höchsten Temperaturen verwendet werden. Die Aufheizung dieser Tiegel erfolgt in Öfen. Dabei kann es sich um elektrisch Widerstands- oder induktionsbeheizte Öfen handeln. Um während des Schmelzens eine Reaktion des Tiegelinhaltes mit der umgebenden Atmosphäre zu vermeiden, sind verschiedene Abhilfemaßnahmen möglich. Bei Metallen mit geringem Dampfdruck (vgl. Bild 1) kann z.B. die Schmelzbehandlung unter Vakuum durchgeführt werden. Bei Metallen, die keine Nitride und Karbide bilden, ist eine Abdeckung der Schmelzoberfläche mit Kohlegrieß möglich. Ferner kann man die Schmelzoberfläche mit neutralen Gasen besprühen oder mit Salzschmelzen bedecken.