Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste. Bei Raumtemperatur bildet sich auf seiner Oberfläche eine dünne Schicht, die Tonerde. Sie schützt das Metall vor Korrosion und Oxidation. Die Oxidationszeit des Metalls nimmt mit steigender Temperatur rasch zu, weshalb beim Schmelzen von Aluminium oder seinen Legierungen die Oberfläche der Schmelze schnell mit einer Oxidschicht überzogen wird.
Schmelzpunkt von Aluminium
Aluminium ist in der Natur sehr häufig. Es steht an vierter Stelle aller Elemente und an erster Stelle der Metalle (8,8 % des Gewichts der Erdkruste), aber es kommt nicht in reiner Form vor. Es wird hauptsächlich aus Bauxit gewonnen, obwohl mehrere hundert Aluminiumminerale bekannt sind (Alumosilikate, Allite usw.), von denen die meisten für die Herstellung dieses Metalls nicht geeignet sind.
Die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des Metalls ermöglichen seine Verwendung in verschiedenen Bereichen der industriellen Produktion, und seine Fähigkeit, stabile Verbindungen mit anderen chemischen Elementen einzugehen, erweitert sein Anwendungsspektrum erheblich. Eine andere Frage ist, wie Aluminium geschmolzen werden kann.
Aluminium wird geschmolzen, indem man ihm Wärmeenergie von außen oder direkt in sein Volumen (Induktionserwärmung) zuführt. Der durchschnittliche Schmelzpunkt von Aluminium liegt bei 660 Grad Celsius oder 993,5 Grad Kelvin. Der Schmelzpunkt hängt von der chemischen Reinheit des Materials, dem Druck und anderen Faktoren ab.
- Der Schmelzpunkt von 99,996% reinem Aluminium liegt bei 660,37 Grad Celsius. Bei einem Aluminiumgehalt von 99,5% beginnt das Schmelzen bei 657 Grad Celsius.
- Bei einem Aluminiumgehalt von 99,0 % beginnt das Schmelzen bei 643 Grad Celsius.
Während des Schmelzens nimmt das Volumen des Metalls zu. Die schnelle Volumenzunahme erfolgt unter dem Einfluss eines Prozesses, der als latente Schmelzwärme bezeichnet wird. Die Atome verlieren ihre dichte und geordnete ursprüngliche Kristallstruktur. Dieser Prozess ist reversibel - er funktioniert sowohl beim Erhitzen als auch beim Abkühlen.
Anfangs- und Endtemperaturen beim Schmelzen
Um zu verstehen, wie Aluminium geschmolzen wird, müssen wir die Anfangs- und Endschmelztemperaturen kennen. Die spezifische Schmelzwärme von Aluminium bestimmt seine physikalische Eigenschaft - den Übergang von einem Zustand in einen anderen. Die Temperatur, bei der Aluminium und seine Legierungen zu schmelzen beginnen, wird als Soliduspunkt bezeichnet. Die Solidustemperatur bedeutet, dass sich die Legierung noch im festen Zustand befindet. Der endgültige Schmelzpunkt ist der Liquiduspunkt. Der Temperaturbereich bedeutet, dass sich die Verbindung in einem Zwischenzustand befindet - halbflüssig, halbfest, breiig.
Aluminiumschmelzen - die Auswirkungen von Verunreinigungen und Legierungszusätzen auf den Prozess
Die Zugabe von Zusatzstoffen, einschließlich Legierungszusätzen, zu einem chemisch reinen Metall (Primäraluminium) senkt den Anfangsschmelzpunkt. So wird beispielsweise der Schmelzpunkt von Aluminium in einer Legierung, die Magnesium (Mg) und Silizium (Si) enthält, auf fast 500 °C gesenkt. Beim Gießen von Aluminium in Form einer Legierung gibt es praktisch keine spezifische Schmelztemperatur. Der Schmelz- und Erstarrungsprozess einer Aluminiumlegierung findet innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs statt. Die Liquidus- und Solidus-Temperaturen der am häufigsten verwendeten industriellen Aluminiumlegierungen für die Umformung variieren je nach dem spezifischen Volumen des reinen Metalls.
Bei einigen Verbindungen von Aluminium mit anderen chemischen Elementen gibt es keinen Abstand zwischen den Temperaturindikatoren für den Übergang vom festen in den geschmolzenen Zustand. Solche Legierungen werden als eutektisch bezeichnet. So hat z. B. Aluminiumguss mit 12,5 % Silizium eine konstante Temperatur von 577 °C. Mit steigendem Siliziumgehalt nimmt der Liquidusgradient von dem für das reine Metall charakteristischen Höchstwert ab. Unter den anderen Legierungszusätzen reduziert Magnesium den Temperaturgradienten auf 450°C. In Verbindung mit Kupfer liegt die eutektische Temperatur bei 548°C, mit Mangan bei 658°C. Die meisten Aluminiumlegierungen sind nicht einmal binär, sondern dreifach oder vierfach. Durch den kombinierten Einfluss mehrerer Legierungselemente können die Solidus-Liquidus-Verhältnisse also noch niedriger sein.
