Beste Metalle für Hochtemperaturanwendungen
Wenn Sie kundenspezifische Metallteile benötigen, die bei hohen Temperaturen funktionieren, sollten Sie wissen, dass bestimmte Metalle für Ihre Anforderungen besonders geeignet sind. Dabei handelt es sich in der Regel um hitzebeständige Legierungen. Solche Legierungen besitzen Festigkeit und Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen, was bedeutet, dass sie sich bei extremer Hitze und Belastung nicht verformen. Die hitzebeständigen Eigenschaften von Metalllegierungen sind ein direktes Ergebnis der Wärmebehandlung und ermöglichen es ihnen, Temperaturen von bis zu 4000 °C (7232 °F) standzuhalten.
Zwei Faktoren ermöglichen es hochbeständigen Metalllegierungen, solch hohen Temperaturen standzuhalten: die Struktur der Legierungen (Komponenten) und die Bindungen zwischen den Atomen. Im Folgenden stellen wir sechs der besten Hochtemperaturmetalle vor und beschreiben ihre Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungen. Mit diesen Informationen können Sie besser entscheiden, welches dieser hitzebeständigen Metalle für Ihre Lösung geeignet ist.
Titan
Dieses silbergraue Metall wird häufig zur Herstellung von starken, leichten, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Legierungen verwendet. Mit einem Schmelzpunkt von 1668 °C (3034 °F) ist der Schmelzpunkt von Titan zwar nicht der höchste unter den hitzebeständigen Legierungen, aber immer noch recht hoch. Obwohl es als seltenes Metall gilt, wird es derzeit als Standardmaterial für die Herstellung und Konstruktion in vielen Industrie- und Verbraucheranwendungen verwendet. Titan wird typischerweise im Kroll-Verfahren hergestellt, bei dem Titandioxid Chlorgas ausgesetzt wird, um Titantetrachlorid zu erzeugen, das dann mit Magnesium reagiert, um das verbleibende Chlor zu entfernen. Titan wird oft als „schwammartig“ beschrieben, da sich während seiner Entstehung poröse Löcher in seiner Struktur bilden. Dieses Metall hat viele vorteilhafte technische Eigenschaften, von denen die häufigsten sind: Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringe Dichte, geringes Gewicht, Steifheit und Zähigkeit. Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft ist seine Fähigkeit, sich mit anderen Legierungen zu mischen, wodurch seiner reinen Form eine zusätzliche Schicht Zugfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Zähigkeit verliehen wird.Aufgrund seiner hervorragenden strukturellen Integrität wird Titan für Hochleistungsanwendungen wie Automobilteile (Ventile, Ventilfedern, Halter, Pleuelstangen), Luft- und Raumfahrtkomponenten (Rumpf, Befestigungselemente, Fahrwerk), Bauwesen (Dachmaterialien, Außenmaterialien), Sportgeräte (Golfschläger, Tennisschläger, Fahrräder), Offshore-Bohrungen (Seebrücken, Pfahlköpfe), medizinische Geräte (künstliche Knochen, Herzschrittmacher, chirurgische Instrumente) und die allgemeine Industrie (Raffinerien, Entsalzungsanlagen) verwendet. Da Titan hohen Temperaturen standhält und Korrosion verhindert, wenn es mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in Berührung kommt, hat es die meisten Aluminiumkomponenten ersetzt, die vor den 1960er Jahren hauptsächlich in Flugzeugen verwendet wurden.
Wolfram
Wie Titan ist Wolfram ein silberweißes Metall. Der Name „Wolfram“ kommt von den schwedischen Wörtern „tung“ und „sten“, was „schwerer Stein“ bedeutet. Dieser Name ist passend, da Wolfram aufgrund seiner zähen Struktur und seines hohen Schmelzpunkts eines der zähesten Materialien der Erde ist. Es hat auch den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und Elemente der Erde (3422 °C – 6192 °F) sowie die höchste Zugfestigkeit (142.000 psi). Aus diesem Grund wird es häufig zur Herstellung schwerer Metalllegierungen wie Schnellarbeitsstahl für verschiedene Schneidwerkzeuge verwendet. Reines Wolfram ist aufgrund seines zähen Aussehens und seines hohen Schmelzpunkts schwer zu formen. Daher wird es häufig zu Pulver verarbeitet und mit anderen Metallpulvern gemischt, um verschiedene Legierungen herzustellen, die dann für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Wolframpulver kann durch einen Sinterprozess mit Metallpulvern wie Nickel gemischt werden, um verschiedene Legierungen mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.Zu den wichtigsten Eigenschaften von Wolfram gehören: hohe Dichte (19,3 g/cm³), hoher Schmelzpunkt, Hochtemperaturfestigkeit, hohe Zugfestigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit (kein zusätzlicher Oxidationsschutz während oder nach der Herstellung erforderlich), das härteste reine Metall, niedriger Dampfdruck (niedrigster aller Metalle), geringe Wärmeausdehnung und Umweltfreundlichkeit (zersetzt sich nicht). Wolfram ist schwierig zu formen, daher wird es hauptsächlich als Zusatzstoff zur Herstellung verschiedener Speziallegierungen verwendet. Zu den Anwendungen gehören Luft- und Raumfahrtkomponenten, Autoteile, Glühdrähte (für Beleuchtung), Militärballistik, Mobiltelefon-Headsets, Schneid-, Bohr- und Bohrgeräte, chemische Anwendungen, elektrische Geräte und Elektrodengeräte. In seiner reinen Form wird Wolfram auch für viele elektronische Anwendungen wie Elektroden, Kontakte, Bleche, Drähte und Stäbe verwendet. Darüber hinaus verwenden Juweliere es aufgrund seiner Dichte häufig zur Herstellung von Halsketten und Ringen, die der von Gold entspricht, jedoch weniger Glanz und eine härtere Struktur aufweist.
Edelstahl
Edelstahl ist eine Legierung aus drei verschiedenen Metallen: Eisen, Chrom und Nickel. Diese drei Elemente werden in einem speziellen Wärmebehandlungsverfahren zu Edelstahl kombiniert. Dieser Prozess kann wie folgt zusammengefasst werden: Schmelzen, Stimmen/Rühren, Formen, Wärmebehandeln, Schneiden/Formen/Veredeln. Unter seinen vielen Eigenschaften sind die beiden beliebtesten technischen Eigenschaften von Edelstahl seine Korrosionsbeständigkeit und Umweltfreundlichkeit. Edelstahl wird oft als „grünes Material“ bezeichnet, da er unendlich oft recycelt werden kann. Was seine Hitzebeständigkeit betrifft, liegt der Schmelzpunkt von Edelstahl zwischen 1400 und 1530 °C (2550 und 2790 °F). Der Grund für diesen Bereich und nicht für eine genaue Zahl sind die unterschiedlichen Mengen gemischter Elemente, die sich zu unterschiedlichen Edelstahlsorten verbinden. Die drei Elemente von Edelstahl haben unterschiedliche Schmelzpunkte: Eisen (1535 °C – 2795 °F), Chrom (1890 °C – 3434 °F) und Nickel (1453 °C – 2647 °F).Je nach Menge der drei verwendeten Elemente wird der endgültige Schmelzpunkt mehr oder weniger stark beeinflusst. Der Schmelzpunkt liegt jedoch fast immer zwischen den oben genannten Durchschnittswerten. Aufgrund seiner idealen Fertigungs- und Konstruktionseigenschaften wird Edelstahl in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Niedertemperaturbeständigkeit, hohe Zugfestigkeit, Haltbarkeit (bei hohen Temperaturen und rauen Bedingungen), einfache Herstellbarkeit und Formbarkeit, geringer Wartungsaufwand, attraktives Erscheinungsbild und Umweltfreundlichkeit (unendlich recycelbar). Nach der Verwendung muss er nicht gestrichen, behandelt oder beschichtet werden, was seinen geringen Wartungsaufwand zu einer seiner beliebtesten Eigenschaften macht.Daher ist Edelstahl sehr beliebt, insbesondere für die folgenden Anwendungen: Gebäude (Außenwände, Arbeitsplatten, Handläufe, Küchenrückwände), Brücken, Stahlmesser, Kühl- und Gefrierschränke (Veredelungsmaterialien), Geschirrspüler (Veredelungsmaterialien), Lebensmittellagereinheiten, Öl-, Gas- und Chemiekomponenten (Lagertanks, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile), Kläranlagen, Entsalzungsanlagen, Schiffspropeller, Energiekomponenten (Kern-, Erdwärme-, Solar-, Wasser-, Wind-), Turbinen (Dampf-, Gasturbinen). Der hohe Schmelzpunkt und die hohe Zugfestigkeit von Edelstahl erhöhen die Spannungsbeständigkeit, strukturelle Belastung und Lebensdauer des Produkts.
Molybdän
Dieses silberweiße Metall (grau in Pulverform) ist extrem dehnbar und sehr korrosionsbeständig. Sein Schmelzpunkt und seine Hitzebeständigkeit sind ebenfalls recht hoch. Molybdän hat einen Schmelzpunkt von 2623 °C (4753 °F), den fünfthöchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Sein hoher Schmelzpunkt ermöglicht es Komponenten aus Molybdän, bei hohen Temperaturen effizient zu arbeiten, was für Produkte nützlich ist, die eine hitzebeständige Schmierung erfordern. Molybdändisulfid wird häufig als Trockenschmiermittel in Gleitlacken, Fetten und Dispersionen verwendet, um die Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus kann Molybdänpulver bei Bedarf durch Pulvermetallurgie oder Lichtbogengussverfahren in Hartmetallblöcke umgewandelt werden. Mit anderen Worten, feste Formen von Molybdän können für Anwendungen verwendet werden, die dies erfordern. Molybdän wird jedoch aufgrund seiner vielen vorteilhaften Eigenschaften, darunter hoher Schmelzpunkt, Hitzebeständigkeit, Duktilität, nicht magnetische Eigenschaften und attraktives Aussehen, immer noch hauptsächlich in Pulverform verwendet. Viele dieser Eigenschaften liegen auch in fester Form vor.Molybdän wird auch zur Herstellung von kommerziellen Legierungen verwendet, die hart, stark, leitfähig und sehr verschleißfest sind. Diese Legierungen werden in Anwendungen wie Waffen, Motorteilen, Sägeblättern, Schmiermittelzusätzen, Leiterplattentinten, elektrischen Heizdrähten, Schutzbeschichtungen (Kessel) und Erdölkatalysatoren verwendet. Obwohl Molybdän in der Natur reichlich vorhanden ist, ist es nicht frei zu finden (1,1 ppm). Daher ist sein Preis normalerweise etwas höher als bei anderen hitzebeständigen Metallen, insbesondere wenn die Nachfrage nach Stahlproduktion hoch ist, da es häufig für Stahlbeschichtungen verwendet wird.
Nickel
Wie viele andere hitzebeständige Metalle auf dieser Liste ist Nickel ein silberweißes Übergangsmetall, das für seinen hohen Schmelzpunkt (1455 °C – 2651 °F) und seine Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit eignet sich Nickel gut zum Galvanisieren und Beschichten anderer Metalle sowie zur Herstellung von Legierungen wie Edelstahl. Der hohe Schmelzpunkt von Nickel ist eine direkte Folge der Anziehung seiner positiven und negativen Ionen (Protonen und Elektronen) und der Bildung starker Bindungen, die auch unter enormem Druck und Hitze intakt bleiben. Da Nickel ein natürlich vorkommendes Metall ist, das in großen Mengen in den Lagerstätten der Erde vorkommt, wird es nicht durch einen Prozess hergestellt, sondern aus Gesteinsschichten (ultramafisches Magnesiumeisen und magmatisches mafisches Gestein) gewonnen, die hauptsächlich in tropischen Klimazonen vorkommen. Nickellegierungen hingegen entstehen durch die Kombination von Nickel mit anderen Metallen wie Aluminium, Titan, Eisen, Kupfer und Chrom in einem einfachen Wärmebehandlungsprozess. Diese Legierungen werden dann zur Herstellung verschiedener Produkte für unterschiedliche Branchen verwendet. Derzeit sind etwa 3.000 nickelbasierte Legierungen im Einsatz.Zu den gemeinsamen Eigenschaften aller Nickellegierungsvarianten gehören Festigkeit, Zähigkeit, weichmagnetische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und einfache Herstellbarkeit (gute Schweißbarkeit). Wie bereits erwähnt, werden Nickellegierungen in vielen Anwendungen in verschiedenen Branchen eingesetzt, wobei die Liste recht umfangreich ist. Sie kann wie folgt zusammengefasst werden: Elektroöfen, Toaster, Transformatoren, Induktoren, Panzerplatten, Schiffspropellerwellen, Turbinenschaufeln, Stahlbeschichtungen, Edelstahllegierungen, korrosionsbeständige Legierungen, Batterien (Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid), magnetische Verstärker, magnetische Abschirmung, Speichergeräte, Zündkerzen, Automobilelektroden. Nickel weist selbst bei extremen Temperaturen eine starke Oxidationsbeständigkeit auf.
Temperaturen und kann elektrochemische Korrosion verhindern. Daher ist es eine ausgezeichnete Wahl für die Herstellung hitzebeständiger und korrosionsbeständiger Legierungen, die für Anwendungen in korrosiven und Hochtemperaturumgebungen unerlässlich sind.
Tantal
Dieses seltene blaugraue Metall ist für seine extrem harte Struktur, seinen hohen Schmelzpunkt und seine Beständigkeit gegen fast alle Arten ätzender Säuren bekannt. Der Schmelzpunkt von Tantal (3020 °C – 5468 °F) ist der dritthöchste aller Elemente. Rohes Tantal wird normalerweise in Lagerstätten gefunden, die Columbit-Tantalit (oder Coltan) genannt werden. Nach dem Abbau wird es auf eine der drei Arten von Niob und anderen in den Mineralien enthaltenen Metallen getrennt: elektrolytische Anwendung, Reduktion von Kaliumfluorid-Tantalit mit Natrium oder Reaktion von Carbiden mit Oxiden. Der Thermit-Reduktionsprozess mit Natrium ist wahrscheinlich die beliebteste Methode zur Herstellung von Tantalpulver, einem Material, das in elektrischen Anwendungen weit verbreitet ist. Im Vergleich zu anderen Fertigungsmaterialien ermöglicht Tantal eine größere Bandbreite an Kornvariationen, was zur Kostensenkung und Verbesserung der Designmöglichkeiten und mechanischen Eigenschaften beiträgt.Tantal hat viele Eigenschaften, die seine Verwendung im 21. Jahrhundert erhöht haben, darunter hohe Stabilität, hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit (keine chemische Zersetzung bei niedrigen Temperaturen), Hitzebeständigkeit, extrem hoher Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Oxidschichtschutz (verhindert alle Formen von Korrosion, einschließlich Oxidation und Säurekorrosion), einfache Herstellbarkeit, Duktilität, Dichte und Härte. Tantal wird oft mit anderen Elementen kombiniert, um Legierungen mit höheren Schmelzpunkten und Zugfestigkeit herzustellen. In Bezug auf die Anwendungen wird Tantal hauptsächlich zur Herstellung von Komponenten für die Energiewirtschaft verwendet. Aufgrund seiner hohen Hitze- und Korrosionsbeständigkeit gilt es jedoch auch als nützliches Fertigungsmaterial in der Flugzeug-, Verteidigungs- und Chemieindustrie. Tantal wird häufig in Anwendungen wie Elektrolytkondensatoren, Vakuumofenteilen, elektronischen Komponenten (Schaltkreisen, Kondensatoren, Widerständen), Kernreaktorkomponenten, chemischen Verarbeitungsgeräten, Flugzeugteilen, Waffen, chirurgischen Instrumenten, Kameraobjektiven, Stahloberflächenbehandlung (Beschichtungen) sowie Pestiziden und Herbiziden verwendet.Unter allen aufgeführten Anwendungen wird Tantal am meisten für seine Verwendung in Elektrolytkondensatoren geschätzt, da es von allen Kondensatoren die höchste Ladung pro Einheit speichern kann.
Abschluss
Die im obigen Leitfaden genannten Metalle sind die sechs besten hitzebeständigen Materialien, die für die Herstellung kundenspezifischer Hochtemperatur-Metallteile verfügbar sind. Sie verfügen über hervorragende mechanische und technische Eigenschaften, darunter Korrosionsbeständigkeit, Zugfestigkeit, Dauerfestigkeit, hohe Duktilität, einfache Herstellbarkeit und Zähigkeit. Das geeignete hitzebeständige Metall für Ihr Projekt hängt von seinen Anforderungen ab. Die oben genannten Informationen können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Metalls helfen. Bevor Sie Ihre endgültige Entscheidung treffen, sollten Sie sich an einen Metallhersteller mit Fachwissen und Erfahrung wenden, um das geeignete Material für Ihre beabsichtigte Anwendung zu finden.
