Legering

Voor de legering van gewassen, zieLegeren

Eenlegeringis eenvast,op enkele uitzonderingen na kunstmatig bereid,homogeenmengselvan eenmetaalmet een of meer andere, toegevoegdeelementen.Vaak bestaat deze toevoeging uit een of meer andere metalen, maar de in de economische praktijk meest gebruikte legering,staal,is een legering op basis vanijzer,waaraankoolstofis toegevoegd. Een legering is scheikundig gezien een mengsel, maar in demateriaalkundeworden legeringen tot de metalen gerekend. Het specifieke vakgebied binnen de materiaalkunde dat zich bezig houdt met de bereiding en de bestudering van legeringen, is demetallurgie.Voorbeelden vannatuurlijk voorkomendelegeringen zijnelektrumennikkelijzer.

Microstructuurvan eenpolykristallijnroestvast staal.Het kleurverschil tussen dekorrelsgeeft een verschil in elementen in de korrels aan.

Vrijwel alle metalen die in het dagelijks leven voorkomen, zijn legeringen. Zo is een gouden trouwring in Nederland meestal 14karaat,wat wil zeggen dat het een legering is met 58,5% zuiver gouden 41,5% andere metalen, zoals koper, nikkel, zink en zilver. De kleur van het goud kan hierdoor sterk variëren. Ook pannen zijn legeringen, vaakroestvast staal.

Door het mengen van verschillende metaalsoorten worden deeigenschappenveranderd. De legering is bijvoorbeeld harder, of beter bestand tegencorrosiedan de basismetalen.

Metaallegeringen

In strikte zin is een legering een homogene,vaste oplossingvan een of meer metalen in een ander metaal. Het woord legering wordt bij uitbreiding ook gebruikt voor materialen (metaalmengsels) waarvan de samenstellende metalen bijafkoelenuit desmeltgedeeltelijkefasenscheiding(ontmenging) ondergaan en die dus geen homogeen mengsel vormen.

Veel metalen zijn in gesmolten toestand,smeltgenoemd, met elkaarmengbaar.Zelfs invaste vormis de onderlingeoplosbaarheidvaak groot. In het geval van elektrum, de legering vanzilvermetgoud,is de vaste oplosbaarheid zelfs over het hele interval van 0-100%.

In demetallurgiewordt onderscheid gemaakt tussenkneed-engietlegeringen.

Puntdefecten

Een ander onderscheid wordt gemaakt op het typepuntdefecten van een legering; oftewel tusseninterstitiëlelegeringen ensubstitutionelelegeringen. Bij interstitiële legeringen bevindenatomenvan het legeringselement zich alsinterstitieel-defectin de holtes van hetkristalroostervan het basismateriaal. Bij substitutionele legeringen vervangen de atomen van het legeringselement de atomen van het basismateriaal in hun kristalrooster. Beide legeringsvormen komen ook voor bij legeringen met meer dan één legeringselement.

Enkele legeringen

Voorbeelden van legeringen zijn:

• Alpaca(koper, zink en nikkel), ook genoemd:nieuwzilver,hotelzilver,nikkelzilver,armeluiszilver,Berlijns zilver,maillechortenargentaan.
• Babbittmetaalof witmetaal (aluminium, antimoon, koper, tin en zink)
• Brons(koper en tin)
• Constantaan(koper, nikkel en mangaan)
• Cortenstaal(ijzer, koper, fosfor, silicium, nikkel en chroom)
• Duraluminium(aluminium en koper)
• Dzekshim(koper, zilver, goud en andere metalen)
• Gietijzer(ijzer, koolstof, mangaan en silicium)
• Invar(ijzer en nikkel)
• Koperlegeringen
• Magnalium(aluminium en magnesium)
• Mangaanstaal(ijzer en mangaan)
• Messing(koper en zink)
• Monel(nikkel, koper en kleine percentages ijzer, mangaan, silicium, koolstof, aluminium)
• Roestvast staal(ijzer en chroom, nikkel, koolstof en/of mangaan, molybdeen, vanadium, titanium)
• Sieradengoud ofelektrum(goud en zilver)
• Silumin(aluminium en silicium)
• Soldeertin(tin en lood)
• Witgoud(goud en palladium of nikkel)
• Woodsmetaal(bismut, lood, tin en cadmium)
• Zamak(zink, aluminium, magnesium en koper)
• Zilversoldeer(bv. zilver, koper, zink, tin)
• Berylliumkoper(beryllium met koper)

Soms is de toegevoegde gerichte verontreiniging niet zelf een metaal. Zo wordt bijvoorbeeld de slijtvastheid van ijzer verbeterd door koolstof toe te voegen, wat vanzelf gebeurt tijdens de productie vangietijzerenstaalboven een kolenvuur.

Reden voor legeren

Zuivere metalen, zoalsweekijzer,worden zelden op grote schaal toegepast omdat ze voor veel doeleinden doorgaans niet de gewensteeigenschappenhebben.Constructiestaalbevat bijvoorbeeld altijd een minimale hoeveelheidkoolstofen andere verontreinigingen die bijvoorbeeld dehardheidverhogen en daardoor het aantal mogelijke toepassingen.

Een legering is slechts zinvol als ze betere eigenschappen heeft dan de twee afzonderlijke legeringselementen. De ionen van een gegeven metaal zijnniet rechtstreeksaan elkaar gebonden en kunnen daardoor over elkaar heen schuiven. Daarom wordt nasmeltenaan een metaal kleine hoeveelheden van een ander metaal toegevoegd, waarvan de atomen kleiner of groter zijn dan die van het basismetaal. Hierdoor wordt het verschuiven van de lagen over elkaar bemoeilijkt en ontstaat een legering die sterker, harder en minder buigzaam is dan het zuivere (basis)metaal.Staalbijvoorbeeld bestaat uitijzerenkoolstofen is veel sterker dan zuiver ijzer. Om het staal beter bestand te maken tegencorrosie(roest) kan erchroombij-gelegeerd worden. Dat zou het weer veel te bros maken, dus wordtnikkeltoegevoegd. Zo ontstaatroestvast staal(RVS). In zeewater of in zwembaden, zalchloorook dit roestvast staal corroderen. Daarom wordtmolybdeenbij-gelegeerd. Omdat het koolstof nog een bron van corrosie vormt, wordttitaniumbij-gelegeerd om dit te binden.

Halfgeleiderlegeringen

In dehalfgeleidertechnologiegebruikt men de term legering bij uitbreiding om een vaste oplossing van twee halfgeleiders aan te duiden. Er is grote belangstelling voor dit soortsystemen,omdat men de belangrijkste eigenschap van de halfgeleider, deband gap,kan veranderen door van twee halfgeleiders een vaste oplossing te maken. Het is zelfs mogelijk, bijvoorbeeld doorzwavelin CuInSe₂te latendiffunderen,om eengradiëntin de band-gap te maken. Een dergelijk materiaal is een soort foton-fuik. Diep in het materiaal worden delen van hetspectrumgeabsorbeerd waar de bovenlaag transparant voor is omdat de bandgap daar groter is.

Een typisch voorbeeld is GaAlAsgalliumarsenidemetaluminiumvoor toepassing inledsendiodelasers.

Een vaste oplossing tussen twee vaste materialen is overigens, op enkele uitzonderingen na, slechts mogelijk in het geval van verwantestructurenmet dezelfdesymmetrie.

Legering en bimetaal

Een legering is iets anders dan eenbimetaal.Bij het laatste heeft geen vermenging plaatsgevonden, maar zijn twee stukken van verschillende metalen op elkaar gewalst.

Zie ook

• Intermetallische verbinding

Bronnen, noten en/of referenties