Aluminium

Aluminium ist ein sehr leichtes Metall und daher für den Flug- und Fahrzeugbau von besonderem Interesse. 1994 war der Automobilhersteller Audi einer der ersten, der in einem Serienfahrzeug eine Aluminiumkarosserie einsetzte. Die ersten A4-Modelle liefen vom Band, und es war noch sehr schwierig, den Werkstoff komplikationsfrei zu verarbeiten, da beim Schweißen starker Verzug auftrat. Heute werden die Techniken beherrscht und Aluminium hat sich zu einem der bedeutendsten technischen Materialien überhaupt entwickelt.

Die Aluminiumerzeugung ist sehr energieaufwendig. Für die Herstellung einer vergleichbaren Menge Kupfer wird etwa nur 1 % der Energie benötigt. Ein Teil der Aluminium produzierenden Industrie hat sich daher in den letzten Jahren auf Island fokussiert, wo Erdwärme und Wasser für die Stromerzeugung in großer Menge vorhanden sind. Die Energiekosten sind für die wirtschaftliche Aluminiumgewinnung so entscheidend, dass es sich rechnet, das Rohmaterial Bauxit zur Energiequelle zu bringen. Mittlerweile machen Aluminiumprodukte etwa 20 % des gesamten isländischen Exportvolumens aus. 2002 hat die isländische Regierung sogar dem Bau der größten Aluminiumhütte Europas zugestimmt. Die Energie soll aus einem Staudamm kommen, der das Schmelzwasser des Gletschers Vatnajökull auffängt. Was ein Segen für die Wirtschaft zu sein scheint, wird langsam zu einer Bedrohung für die einzigartige Natur einer Atlantikinsel. Ein Großteil der deutschen Aluminiumproduktion wird daher in Deutschland bereits seit Jahren aus recyceltem Sekundäraluminium gewonnen. Für die Aufbereitung aus Schrott fällt etwa nur 10 % der Energiemenge der Erstgewinnung an.

Eigenschaften

Neben Magnesium und Titan gehört Aluminium mit einer Dichte von lediglich 2,7 g / cm³ zur Gruppe der Leichtmetalle. Es ist das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste. Etwa 7,5 % des Krustenmaterials bestehen aus Aluminium. Reinaluminium weist nur wenige Spuren anderer Elemente auf. Es hat einen Reinheitsgrad zwischen 98 % und 99,9 %, ist weich und hat nur eine geringe mechanische Festigkeit allerdings bei hoher chemischer Beständigkeit. Diese Aluminiumsorten finden im Verpackungswesen, bei Küchengeräten oder im chemischen Apparatebau Anwendung.

Charakteristisch ist die weiß-silbrige Farbe. An der Luft bildet Aluminium eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche aus. Sie schützt das Metall vor Korrosion und Verwitterung. Aluminium leitet Wärme und elektrischen Strom gut. Es ist geschmacksneutral und für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen. Da dünne Al-Folien nur wenig durchlässig sind für Gase, werden sie gerne zur Frisch-Aufbewahrung und zum Transport von Lebensmitteln verwendet.

Neben Reinaluminium unterscheidet man Reinstaluminium mit einem Reinheitsgrad zwischen 99,9 % und 99,99 %. Um die sehr guten Eigenschaften von Aluminium, also geringe Dichte bei sehr hoher Korrosionsbeständigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit, für technische Anwendungen nutzen zu können, werden verschiedene Legierungselemente wie Magnesium, Kupfer, Mangan und Zink zugeführt, die die mechanische Festigkeit erhöhen. Außerdem verbessern Zusätze die Verarbeitbarkeit von Aluminiumwerkstoffen. So können Al-Knetlegierungen besonders gut bei niedrigen Temperaturen verformt werden. Al-Gusslegierungen weisen durch Zusatz von 5-20 % Silizium oder 1-3 % Magnesium sehr gute Gießeigenschaften auf.

Anwendung

Aufgrund seines geringen Gewichts bei gleichzeitig guter Festigkeit wird Aluminium im Verkehrswesen, in Flugzeugen, Schienen- und anderen Kraftfahrzeugen verwendet. Die niedrige Dichte wird im Transportwesen geschätzt, und seine Korrosionsbeständigkeit macht es für den Bau interessant. Weitere Einsatzgebiete liegen in der Verpackungs- und Elektroindustrie. Da Aluminium das günstigste Verhältnis von elektrischer Leitfähigkeit zu Dichte aufweist, hat es Kupfer als Werkstoff für Überlandleitungen weitestgehend ersetzt. Im Haushaltsbereich werden beispielsweise Kaffeemaschinen oder Bügeleisen mit Aluminium ummantelt. Der Werkstoff ist eines der wichtigsten Materialien für Einwegverpackungen wie z. B. Getränkedosen, Konserven oder Aluminiumfolie zum Frischhalten von Lebensmitteln. Gebürstete Aluminiumoberflächen sind im Möbel- und Accessoiresbereich seit einigen Jahren beliebt. Im optischen Bereich werden Al-Oberflächen auf Grund ihres hohen Reflexionsvermögens als Spiegelelemente oder für Scheinwerfer verwendet. Radfahrer schätzen das geringe Gewicht eines Aluminiumrahmens.

Verarbeitung

Aluminiumlegierungen lassen sich in der Regel sehr leicht umformen, biegen, pressen und schmieden. Bei Treibarbeiten mit dem Hammer sollte die hohe Rückfederung des Werkstoffs berücksichtigt werden. Scharf gebogene Kanten reißen leicht ein. Daher sollte möglichst gegen die Walzrichtung des Blechmaterials gearbeitet werden.

Al-Gusslegierungen können mit den üblichen Gießtechniken Sand-, Druck-, Fein-, Band- und Kokillengießen formgebend verarbeitet werden. Bei der zerspanenden Bearbeitung werden gute Ergebnisse mit hoher Schnittgeschwindigkeit und großem Spanwinkel erzielt. Bohrer sollten enge Wendeln besitzen. Eine Schmierung und Kühlung mit Bohremulsion oder Seifenwasser ist vorteilhaft. Da beim Zerspanen die Gefahr von Aufbauschneiden droht, ist Schleifen nur mit speziellen Schleifscheiben möglich. Vor dem Löten bzw. Schweißen müssen Aluminiumformteile von ihrer Oxidationsschicht befreit und die Neubildung verhindert werden. Hierzu kommen Flussmittel und Spezial-Lote zum Einsatz.

Beim Schweißen ist die Verwendung eines Schutzgases wie Argon oder Helium zu empfehlen. Einfache Verbindungen können auch beim Kleben erzeugt werden. Hier eignen sich Reaktionsklebstoffe auf der Basis von Epoxidharz, Polyurethan oder Cyanacrylat ganz besonders. Stabilere Klebungen ergeben sich durch leichtes Aufrauen der Klebefläche. Reaktionsklebstoffe sind selbstverständlich auch geeignet, Aluminium mit anderen Materialien zu verbinden.

Aluminiumoberflächen können leicht geschliffen und poliert werden. Der entstehende Glanz wird nach der Bearbeitung mit einem Klarlacküberzug fixiert. Ein Bad in 15-prozentiger Soda- oder einer Kochsalzlösung wirkt ähnlich konservierend. Vor einer Lackierung muss nur dann eine Grundierung angebracht werden, wenn der Lack allein nicht ausreichend deckt. Dekorative Oberflächen in den unterschiedlichsten Farben werden an Aluminiumteilen auch durch elektrolytische Oxidation in schwefel- oder chromsauren Bädern aufgebracht. Das Verfahren nennt sich Anodisieren, ist aber auch unter dem Begriff Eloxieren bekannt. Eloxalschichten können transparent oder dicht ausgeführt sein. Sie lassen sich mit dem Laser gravieren. Zur Dekoration wird vielfach anodisiertes Folienmaterial als Geschenkband oder Flitter verwendet.

Lieferformen

Aluminiumhalbzeuge werden in Form von Bändern, Blechen, Stangen, Rohren und Profilen vertrieben. Drähte und Drahgewebe sind in unterschiedlichen Durchmessern vorhanden. Für Verpackungen werden Aluminiumfolien mit Dicken bis in den Mikrometerbereich gefertigt.

Alternativen

Magnesium, Stahl, glas- und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (GFK, CFK), Kupfer