Daten und Fakten rund um Aluminium
1. Geschichte 2. Vorkommen 3. Herstellung 4.Verwendung 5. Aluminiumlegierungen 6. Ökologie 7. Al-Schweißen 8. Aluminiumoxid 9. Aluminiumlöten 10. Eloxiertes Aluminium
1. Geschichte:
Aluminium ist ein unreines Metall, das erstmals vor ca. 200 Jahren durch den Physiker und Chemiker Hans Christian Ørsted entdeckt wurde. Allerdings wurde erst 1886 ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid entwickelt, das dem heutigen Aluminium entspricht.
2. Vorkommen:
Aluminium ist das dritthäufigste Element der Erdkruste. Es kommt in der Natur nicht in seiner reinen Form vor und muss daher aufwendig aus Bauxit gewonnen werden.
3. Herstellung:
Aluminium hat eine silbrig-weiße Farbe und gehört zu den häufigsten Metallen der Erdkruste. Für die Gewinnung von Aluminiumoxid im sogenannten Bayer-Verfahren wird hauptsächlich der Rohstoff Bauxit verwendet.
Bei der Herstellung werden als erstes die Mineralien von dem sogenannten Aluminiumhydroxid abgetrennt. Dabei wird der gemahlene Bauxit mit Natronlauge unter Druck bei ca. 120 bis 230°C aufgeschlossen. Dadurch entsteht eine Natriumaluminatlösung, die später abgekühlt und anschließend mit festem Aluminiumhydroxid als Kristallisationskeim versetzt wird um die Kristallisation des Produktes in Gang zu setzen. Das gelöste Aluminat fällt dabei als Aluminiumhydroxid wieder aus.
Das Aluminiumhydroxid wird gewaschen, in einer Schmelze bei ca. 1200 bis 1300 °C erhitzt und durch Schmelzfluss-Elektrolyse zum Metall reduziert. Das flüssige Aluminium sammelt sich dann unter der Schmelze und wird schließlich durch ein Vakuum abgesaugt.
4. Verwendung:
Aluminium punktet durch sein geringes Gewicht und seine dennoch sehr hohe Stabilität, die es fast mit Stahl aufnehmen kann – bei jedoch wesentlich geringeren Gewicht.
Daher erfreut es sich auch seit Jahren zunehmender Beliebtheit in der Verpackungs- Luftfahrt- und Fahrzeugindustrie. Um seine positiven EIgenschaften zu verstärken, wird es vielfach in Form von Legierungen verwendet.
5. Aluminiumlegierungen:
Beim Herstellen von Aluminium werden verschiedene Metalle beigemischt, beispielweise Magnesium, um Gewicht einzusparen und dadurch gewünschte Eigenschaften zu bestimmen.
Das hat allerdings Nebenwirkungen: Magnesium hat nämlich einen niedrigeren Schmelzpunkt als Aluminium, was das Schweißen und Hartlöten an den Gusswerkstücken nahezu unmöglich macht. In vielen Fällen ist jedoch eine Bearbeitung im Weichlötverfahren möglich. Ist der Magnesium-Anteil allerdings zu hoch, ist dies das K.O.-Kriterium für jede Art der Verarbeitung.
Eine Legierung mit Silizium-Anteilen begünstigt spezifisch bei Aluminium-Gussteilen die Gießbarkeit und erreicht hohe Härtegrade.
6. Ökologie:
Trotz der Umweltbeeinträchtigungen durch die Bauxit-Förderung im Tagebau, kann Aluminium dennoch mit einer positiven Öko-Bilanz aufwarten:
Aluminium ist zum einen recyclebar, zum anderen ist es ein wahres Leichtgewicht, durch das gerade zum Beispiel in der Automobilindustrie große Mengen von Treibstoff eingespart werden können.
Dennoch bemängeln Kritiker gerne den hohen Stromverbrauch bei der Herstellung von Aluminium. Dies macht umso deutlicher, dass auch hier nachhaltig gewirtschaftet werden muss, auch wenn der Rohstoff in großen Mengen vorhanden ist.
Eine immer größere Rolle spielt daher auch die Reparatur von Aluminium mit Hilfe von Schweiß- oder Lötverfahren.
7. Aluminiumschweißen:
Aluminum kann durch verschiedene Methoden wie MiG, MAG und WIG geschweißt oder neuerdings auch gelötet werden.
7.1 MIG-Schweißen:
Bei der MIG oder Plasma-Schweißmethode wird mit Schutzgas gearbeitet. Mithilfe einer stromführenden Elektrode wird die Schweißstelle mit Schutzgas (einer Mischung aus Helium, Stickstoff und Argon) von der Außenluft isoliert. Dabei entsteht ein Lichtbogen. Durch diese Isolation während des Arbeitsprozesses ist dieses Verfahren für die Verbindung zwischen Aluminium, Aluminiumlegierungen und anderen Nichteisenmetallen geeignet.
7.2 MAG Schweißen:
Die MAG Schweißmethode ist eine andere Form des Lichtbogenschweißens und wird hauptsächlich bei unlegiertem Aluminium angewendet. Die Anwendung bleibt gleich, es wird hier jedoch mit einem anderem Schutzgasgemisch (Kohlendioxid, Sauerstoff und Argon) gearbeitet.
7.3 WIG Schweißen:
Im Gegensatz zu den anderen Schweißverfahren lässt sich jeder schmelzschweißgeeignete Werkstoff schweißen. Hier wird nicht mit einer abschmelzenden Elektrode gearbeitet und es wird nur so viel Schweißzusatz verwendet wie wirklich nötig ist. Der Schweißer kann seinen Schweißstrom auf das Werkstück anpassen.
7.4 Löten mit dem aluAgent:
Im Gegensatz zum Schweißen entsteht beim Löten mit dem aluAgent (früher AL85PLUS von RSI) keine Schweißnaht, sondern eine nahezu unsichtbare Verbindung, die perfekt verschliffen werden kann. Zudem wird kein Flussmittel und keine Spezialausrüstung benötigt, sodass auch der Heimanwender ohne große Vorkenntnis professionelle Ergebnisse erzielen kann.
8. Aluminiumoxid:
Die natürliche Oberfläche von Aluminium besteht aus Aluminiumoxid.
Zur Versiegelung der Oberfläche wird daher gerne Eloxal eingesetzt.
In Verbindung mit Sauerstoff oxidiert Aluminium an der Oberfläche und bildet so eine natürliche Schutzschicht vor Korrosion. Härter und stabiler ist allerdings eine eloxierte Oberfläche.
9. Aluminiumlöten:
Beim Löten von Aluminium besteht die größte Herausforderung darin, die Aluminiumoxid-Schicht an der Oberfläche zu öffnen, da sonst keine Verbindung zustandekommt. Dafür gibt es unterschiedliche Ansätze:
9.1 Aluminium eloxieren:
Lesen Sie mehr unter Eloxal.
9.2 Aluminium-Hartlöten
Ein normales Zinn-Blei-Lot kann man an ein Aluminiumwerkstück anlöten, wenn man eine sogenannte Verzinnung auf die Aluminiumoberfläche aufbringt. Als Flussmittel eignet sich z.B. Kolophonium aber nur begrenzt, da es schon bei niedrigen Temperaturen verdampft und daher den angestrebten Löttemperaturen nicht standhalten kann. Deswegen sind giftige Spezialflussmittel oder sogar eine Ultraschall-Lötung nötig, um die sich schnell wieder neu bildende Oxidschicht zu öffnen. Zum Schluss sollte man Flussmittelreste entfernen, da sie gesundheitsschädlich sind.
9.3 Aluminium-Weichlöten
Anstatt auf die chemische Öffnung der Oxidschicht setzt das Weichlötverfahren mit aluAgent (früher AL85PLUS von RSI) auf die mechanische Zerstörung der Oxidschicht. Diese findet in Form von Kratzen per (z.B.) Schraubendreher direkt in der Schmelze statt, so dass gar kein Sauerstoff zur Oberfläche durchdringen kann. So kann auf giftige Flussmittel verzichtet werden.
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Aluminiumweichlöten: Die häufig gestellten Fragen
1. Mit welchen Aluminium-Legierungen geht das Lot eine Verbindung ein?
Auf Nummer sicher können Sie mit allen DIN genormten Aluminium-Legierungen gehen. Verbindungen anderer Legierungen sind möglich, aber können von uns aus rechtlichen Gründen leider nicht garantiert werden.
Im Zweifelsfalle empfehlen wir Ihnen die Bestellung einer 1m Testrolle aluAgent (früher AL85PLUS von RSI), mit der Sie in aller Ruhe Ihr Material auf Tauglichkeit prüfen können.
2. Mit welchen Metallen geht der aluAgent keine Verbindung ein?
Das Weichlöten von Aluminium ist mit Buntmetallen und Stahl nicht möglich. Diese Werkstoffe können zwar im Hartlötverfahren verarbeitet werden, der Nachteil ist allerdings, dass beim Hartlöten giftige Zusätze / Flussmittel zum Einsatz kommen.
3. Wie stabil ist eine Aluminium-Lötverbindung mit aluAgent (früher AL85PLUS von RSI)?
Eine korrekt ausgeführte Verbindung mittels aluAgent (früher AL85PLUS von RSI) ist stabiler als Aluminium selbst. Die Zugfestigkeit des Lots ist um ein ca. 2,3 bis 2,6- faches stabiler als das Aluminium selbst.
4. Kann man mit Acetylenflamme löten?
Nein, denn es besteht die Gefahr einer Verunreinigung durch die zu harte Flamme. Besser geeignet sind ein Butan-Propangas-Brenner oder ein Industrie-Heißluftfön!
5. Wie verhält sich die Oxidschicht nach dem Löten?
Das Lot schließt sich wieder und baut eine eigene Oxidschicht auf.
6. Lagerung, Verfallsdatum?
Da der aluAgent (früher AL85PLUS von RSI) keine chemischen Zusätze / Flussmittel enthält, gibt es hier kein Verfallsdatum.
7. Kann man eloxiertes Aluminium Löten?
Speziell für eloxiertes Aluminium haben wir die aluAgent Modelling Edition weiterentwickelt, der seit Oktober 2013 neu auf dem Markt ist. Bitte beachten Sie die Hinweise zur Verarbeitung.
8. Kann man Grauguss löten?
Nein, denn Grauguss zählt zu den Eisenmetallen und enthält jede Menge Kohlenstoff in Form von Graphit. Daher kann Grauguss leider nicht weichgelötet werden. Auch das Hartlöten empfiehlt sich für Grauguss nicht, da die hohen Temperaturen (über 600 °C) Verzug am Werkstück verursachen würden.
Reparaturarbeiten an Grauguss können gegebenenfalls durch Schutzgas-Schweissen realisiert werden, da die Erhitzung des Werkstücks damit nur sehr punktuell erfolgt.
9. Sind die Lote von RSI elektrisch leitfähig?
Ja, die elektrische Leitfähigkeit ist mit der von Kupfer zu vergleichen.
Bedeutungen und Definitionen:
Borgruppen „Erdmetalle“:
Aluminium (Al)
Gallium (Ga)
Indium (In)
Thallium (Tl)
und Ununtrium (Uut)
sind elektrisch leitfähig und gehören zu den seltenen Erdmetallen.
Bauxit
Bauxit ist ein Aluminiumerz und der weltweit meistgeförderte Rohstoff für die Aluminiumproduktion. Die größten Vorkommen existieren in Australien, China und Brasilien.
Gefördert wird Bauxit im Tagebau – eine Vorgehensweise, die tiefe Wunden in der Landschaft hinterlässt und eine Renaturierung oft schwierig macht. Bauxitvorkommen existieren zwar in großem Umfang, allerdings ist die Aluminiumproduktion aus Bauxit sehr energieaufwändig.
Dies verdeutlicht die Notwendigkeit, sparsam mit den Ressourcen unseres Planeten umzugehen, und auch Gegenstände aus Aluminium häufiger zu reparieren anstatt wegzuwerfen.
Eloxal, Eloxieren:
Aluminium oxidiert grundsätzlich an der Oberfläche. Leider wird das Material dadurch unansehnlich matt und färbt bei Berührung schwarz ab. Das ist meist unerwünscht, und wird daher durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung (das sogenannte Eloxieren) verhindert.
Fast jedes Aluminiumprofil o.ä., das Sie aus dem Baumarkt beziehen, ist mit einer Eloxalschicht veredelt.
Um auch die Arbeit an Werkstücken dieser Art zu ermöglichen, bietet die Firma RSI neuerdings den aluAgent Modelling Edition an, der speziell für den Modellbaubereich weiterentwickelt wurde.
Dichte:
Dichte (das Verhältnis Masse zum Volumen) wird in Gramm pro Kubikzentimeter (oder Kilogramm pro Liter) angegeben.
Festigkeit:
Eine mechanische Spannung wird als Festigkeit bezeichnet und stellt die Eigenschaft eines Werkstoffes dar. Sie ist die Spannung der Kraft auf den unverformten und unbeanspruchten Querschnitt des Werkstoffes, die maximal erreicht werden kann.
Härte:
Die Maßeinheit für Härte aller technischen Werkstoffe wird Rockwell genannt und wird mit HR abgekürzt und steht für „Hardness Rockwell“. Als Härte wird der mechanische Widerstand eines Werkstoffes bezeichnet. Man kann zwischen verschiedenen Arten von Härte je nach Art der Einwirkung unterscheiden. (Brinell HBW 2,5/62,5), Mittelwert 93 bis 113 nach DIN EN ISO 6506-1, dies sind die Parameter von aluAgent (früher AL85PLUS von RSI).
Gefüge und Ausdehnungen:
Ein Gefüge ist eine Mischung von meist festen Stoffen, deren Zusammenhalt allerdings nicht auf einer chemischen Verbindung beruht. Charakteristisch wird es durch seine Form, Art, Verteilung, Größe und Orientierung der Bestandteile, die oft sehr klein sind. Aluminium hat einen Ausdehnungskoeffizienten von 23,1 K-1 (pro Kelvin). Das heißt im praktischen Sinne, dass beim Erhitzen von Aluminium über ca. 450°C eine Ausdehnung einsetzt.
Beim Hartlöten wird allerdings eine Mindesttemperatur von ca. 575°C benötigt, beim Aluminiumschweißen sind es sogar ca. 2015°C.
Unter ca. 450°C entsteht im Aluminium und Gussaluminium eine geringe Ausdehnung und dadurch geringe Verzüge. Hier setzt der aluAgent Lötdraht (früher AL85PLUS von RSI) an, der im Weichlötverfahren bei einer Arbeitstemperatur von nur ca. 380°C bis 420°C verarbeitet werden kann, folglich entstehen kein Verzug und keine Spannungsrisse am Werkstück.
Recycling:
Aluminiumrecycling ist das Wiederverwerten von Alt-Aluminium, Aluminiumlegierungen und Aluminiumabfällen. Ökonomisch und ökologisch ist dies sehr sinnvoll, da für den Recyclingvorgang nur noch ca. 5% der Energiemenge für die Neuproduktion benötigt wird. Auch die Kosten betragen so nur noch einen Bruchteil.
Legierungen:
Legieren stammt aus dem lateinischen „ligare“ und bedeutet zusammenbinden. Legierungen sind also Werkstoffe, die aus mehreren, miteinander verbundenen metallischen Elementen bestehen. Die Eigenschaften von Legierungen werden in Art, Anzahl der Legierungspartner und ihrer Temperatur unterschieden. Je nach mechanischem Anspruch und Eigenschaften können dem Aluminium Metalle wie Magnesium, Kupfer, Silicium, Zink und Beryllium hinzugefügt werden.
Elektrolyse:
Eine Elektrolyse ist ein Schmelzprozess bei dem mit elektrischem Strom eine chemische Reaktion erzeugt wird. Es wird zur Gewinnung von Metallen oder zur Herstellung von Stoffen, wie zum Beispiel Aluminium, verwendet. Elektrolysen übertragen während dem Oxidieren (zum Beispiel von Aluminium) die Elektronen und sorgen für einen Schmelzprozess.
Schutzgas:
Schutzgas ist ein Gas oder Gasgemisch, das die Umgebungsluft verdrängt, um ein problemloses Schweißen zu ermöglichen. Der Lichtbogen und das Schmelzbad wird auf diese Weise vor Sauerstoff und anderen Gasen geschützt. So entsteht ein geschützter Raum, in dem keine ungeplanten Reaktionen möglich sind. Das verhindert Verbrennungen, Korrosionen und Verunreinigungen im Schmelzgut.
Aluminium-Schweißarten:
Für das Aluminiumschweißen gibt es verschiedene Schweißmethoden wie die MIG- MAG- und MSG- sowie die Plasma-, Lichtbogen-, Elektroden und Schutzgasmethode.
Rein-Aluminium:
Wenn ein Aluminiumstück den Aluminiumanteil von 99.5% erreicht und ein Gewicht von 2,7 kg/dm hat, dann spricht man von Rein-Aluminium.
Butan und Propan:
Butan und Propan sind Flüssiggase mit gesättigten Kohlenwasserstoffen. Sie werden in Gasflaschen oder in Gaskartuschen aufbewahrt und für das Aluminium-Weichlöten verwendet.
Butan und Propan sind deswegen für das Weichlöten gut geeignet, da durch die niedrige Temperatur nur eine weiche Flamme entsteht, die das Löten mit aluAgent (früher AL85PLUS von RSI) vereinfacht. Es sind also keine Hochtemperatur-Brenner (mit Sauerstoff-Zufuhr), z.B. wie beim Hartlötverfahren nötig.
Kohlenstoffe:
Kohlenstoffe sind chemische und organische Verbindungen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Sie sind geruchslos, und haben eine grau-schwarze Farbe.
Plasmaschweißen:
Plasma ist ein elektrisch leitendes Gas das durch einen Lichtbogen hocherhitzt wird. Bei einem Plasmabrenner wird ein Hilfslichtbogen gezündet und durch das durchströmende Plasmagas ionisiert.
Das heißt, es wird eine elektrische Leitfähigkeit hergestellt, damit der Strom fließen kann. Dies ermöglicht erst das Schweißen
Argon:
Argon ist das häufigste von verschiedenen Edelgasen und der dritthäufigste Bestandteil der Erdatmosphäre. Es ist ein farbloses, reaktionsträges und einatomiges Gas, dass bei dem MIG Schweißverfahren und in der Produktion von manchen Metallen angewendet wird.
Flüssiggas:
Flüssiggase sind durch Kühlung und Kompression verflüssigte Gase, die klimaschonend und emissionsarm sind. Sie werden als Feuerzeuggas, zu Heizzwecken in Flüssigtanks, in Camping Gasflaschen oder auch als LPG (Liquefied Petroleum Gas), benutzt. Es ist ein natürliches Nebenprodukt, das bei der Erdölförderung und in der Raffinierung von Erdöl zu Sprit genommen wird.
