Metalle

Metalle: chemische Elemente und im weiteren Sinne auch deren Gemische (Legierungen), die sich physikalisch durch starke Lichtreflexion (Glanz) und gute bis sehr gute Leitfähigkeiten für Elektrizität und Wärme auszeichnen, was darauf beruht, dass in den Metalle ein Teil der Elektronen frei beweglich ist (siehe auch metallische Bindung). Aus chemischer Sicht sind die Metalle elektropositive Elemente, das heißt sie gehen unter Elektronenabgabe leicht in positive Ionen über. Dies erfolgt bei der Reaktion mit Nichtmetallen, welche die Elektronen unter Bildung negativer Ionen aufnehmen (siehe auch heteropolare Bindung), oder auch bei elektrochemischen anodischen Vorgängen. Von den natürlichen chemischen Elementen gehören 67 zu den Metallen, ferner alle bekannten Transurane. Die elementaren Metalle sehen mit Ausnahme von Kupfer, Gold und Zäsium grau bis silberweiß aus. Außer Quecksilber (-39°C) sind alle Metalle bei Zimmertemperatur fest; ihre Schmelzpunkte liegen zwischen 29,8°C (Gallium) und 3400°C (Wolfram), ihre Dichten zwischen 0,534 g/cm3 (Lithium) und 22,65 g/cm3 (Iridium). Leichtmetalle haben eine geringere, Schwermetalle eine größere Dichte als 4,5 g/cm3. Letztere werden in Schwarzmetalle (Eisen und seine Legierungen) und Buntmetalle (zum Beispiel Kupfer und Blei, benannt nach ihren farbigen Erzen) unterteilt. Nichteisenmetalle (NE-Metalle) sind alle Metalle außer Eisen und seinen Legierungen. Edelmetalle sind wegen ihres positiven Standardpotentials sehr beständig; siehe auch elektrochemische Spannungsreihen. Technisch erzeugt werden die Schwermetalle vorwiegend durch thermische Reduktion (häufig mit Kohlenstoff als Reduktionsmittel) aus den Oxiden, die Leichtmetalle durch kathodische Reduktion bei der Schmelzflusselektrolyse. Technisch verwendet werden vor allem Metalle, die gegenüber Sauerstoff und Wasser relativ beständig sind, was zum Teil auf Bildung widerstandsfähiger Oxidschichten beruht, zum Beispiel bei Zink, Chrom, Aluminium; andere Metalle, vor allem Eisen und seine Legierungen, müssen durch Anstriche beziehungsweise Überzüge geschützt werden. Durch Legierungszusätze können Härte, Verformbarkeit, Korrosions- und Verschleißfestigkeit der Metalle stark beeinflusst werden. Die Verarbeitung von Metalle erfolgt durch Gießen, spannendes und spanloses Formen (Walzen, Schmieden, Pressen, Ziehen, Tiefziehen) sowie durch Sintern von Metallpulver.

Metalleffektlacke: wärmehärtende, jedoch auch lufttrocknend herstellbare, im Spritzverfahren zu verarbeitende Anstrichstoffe, zum Beispiel auf Basis Akryl- oder Aminoharz mit Metallpigmenten. Metalleffektlacke bilden Anstriche mit metallisch-opaleszierendem Aussehen.

Metallleichtbau: Stahlbau mit dünnwandigen Profilen und Rohren, zum Beispiel Raumtragwerke und Fassaden.

Metallfärben: chemisches, seltener elektrochemisches Behandeln von Metalloberflächen zum Erzeugen dekorativer farbiger oder schwarzer Oberflächenschichten. Wichtigstes Verfahren ist das Brünieren (Schwärzen), bei dem durch Tauchen in eine heiße, alkalische, oxydierende Lösung die Oberfläche von Eisen- oder Stahlteilen in eine Schutzschicht aus schwarzem Eisenoxid umgewandelt wird. Einen Altsilbereffekt erzeugt man durch Graufarben von Silber mittels einer verdünnten Lösung von Eisen(III)-chlorid und Natriumsulfid.

Metallbearbeitungsfluids: wässrige, meist 1- bis 5%ige Lösungen anorganische oder organische Substanzen, die bei der spanenden Metallbearbeitung angewendet werden, um Reibung und Verschleiß an der Werkzeugschneide zu reduzieren, die Aufbauschneidenbildung zu verhindern, die Benetzung zu verbessern, die Schaumbildung zu verringern und einen temporären Korrosionsschutz zu bewirken.

Metallfaserstoffe, Zeichen MT: aus Metall (zum Beispiel Edelstahl, Kupferlegierungen) bestehende oder durch Umwinden beziehungsweise Aufdampfen metallisierte Fasern und Seiden. Metallfaserstoffe werden für Tressen, Schnüre, Effektfäden und technischen Textilien (Filter) eingesetzt; in Mischung mit anderen Faserstoffen vermeiden sie deren elektrostatische Wirkung.

Metallholz: durch Tränken zerstreut poriger Hölzer mit Metallen niedrigen Schmelzpunktes (zum Beispiel Blei, Wismut, Zinn) oder deren Legierungen vergütetes Vollholz; verwendet unter anderem als Werkstoff für Lagerschalen.

Metallhütte: Betrieb für die Gewinnung von Nichteisenmetallen aus Erzen, Konzentraten und Sekundärrohstoffen. Metallhütten werden nach dem jeweiligen Hauptprodukt benannt (zum Beispiel Kupferhütte). Die Gewinnung der Metalle ist je nach Ausgangsrohstoff und Energieträger sehr unterschiedlich. Man unterscheidet bei den Gewinnungsverfahren Pyrometallurgie und Hydrometallurgie.

Metallindikator: in der Komplexometrie verwendeter organischer Farbstoff, der mit Metallionen unter Farbänderung Chelatkomplexe bildet. So nimmt der blaue Metallindikator Eriochromschwarz durch die Metallbindung eine weinrote Farbe an, während die Farbe des Metallindikator Murexid von Purpurrot nach Gelb umschlägt.

Metallische Bindung: Art der chemischen Bindung zwischen Metallatomen, bei der die Valenzelektronen über den gesamten vom Gitter der positiv geladenen Metallionen («Atomrümpfe») eingenommenen Raum verteilt sind. Diese Elektronen können keinem bestimmten Atom zugeordnet werden; sie bilden ein sogenannt «Elektronengas», welches die Metallionen umgibt (Metallgitter). Letztere beanspruchen nur einen geringen Teil des Gesamtvolumens (beim Magnesium zum Beispiel etwa 14%). Die hohe Beweglichkeit der Elektronen im sogenannten Leitungsband ist die Ursache für die gute Elektro- und Wärmeleitfähigkeit, den Glanz sowie die leichte Verformbarkeit reiner Metalle. Siehe auch Bändermodell.

Metallische Gläser, glasig erstarrte Metalle, amorphe Legierungen (amorphe Stoffe), deren gegenwärtig wichtigste Vertreter (stoffmengenanteilig) aus etwa 80% Übergangsmetallen, wie Eisen, Kobalt, Nickel, und 20% Nichtmetallen, wie Bor, Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, bestehen. Metallische Gläser sind Ferromagnetika. Sie besitzen ungewöhnliche Eigenschaftskombinationen und weisen bei großer Festigkeit sehr gute weichmagnetische Eigenschaften auf. Chromhaltige Systeme haben einen hohen Korrosionswiderstand.

Metallisieren: Aufbringen einer Metallschicht auf ein anderes Metall oder Nichtmetall (meist Plast, dann Plast-Metallisieren genannt) zur Erhöhung der Korrosions- und Verschleißfestigkeit, zur Erzielung elektrischer Leitfähigkeit oder dekorativer Effekte. Man unterscheidet Schmelztauchverfahren (Feuer-Metallisieren), bei denen der Werkstoff in ein schmelzflüssiges Bad des Beschichtungsmetalls getaucht wird, wobei meist noch Legierungszwischenschichten entstehen; Metallspritzverfahren (Metallspritzen); Diffusionsverfahren (Verchromen, Verzinken); Aufdampfverfahren l Aufdampfen) und Reduktionsverfahren, bei denen das Metallisieren durch Reduktion von Metallionen in der Gasphase oder aus Elektrolyten auf elektrochemischen Wege an einer Kathode (Galvanotechnik) oder chemisch durch ein Reduktionsmittel (stromloses oder chemisches Metallisieren) erfolgt.

Metallkleben: modernes wirtschaftliches Fertigungsverfahren, Metallteile miteinander oder mit Teilen aus Nichtmetallen durch hochmolekulare synthetische Stoffe (Epoxid-, Phenol-, Polyesterharze, Akrylsäure Derivate oder Polyurethane) fest zu verbinden. Je nach Art des Klebstoffs geschieht dessen Verfestigung und damit das Herstellen der Verbindung bei Raum- oder erhöhter Temperatur. Die Festigkeit einer Metallklebverbindung wird im Wesentlichen von der Haftung des Klebstoffs am Metall (Adhäsion) und seiner Eigenfestigkeit (Kohäsion) bestimmt. Dazu ist eine Vorbereitung der Klebflächen (trocken, rost- und staubfrei) erforderlich. Bei neueren Entwicklungen erfolgt diese Vorbehandlung durch den Klebstoff selbst. Anwendungsgebiete sind unter anderem das Verbinden von Rohren, Feinblechen (zum Beispiel im Flugzeugbau) und Metall-Plast-Kombinationen (zum Beispiel im Fahrzeugbau).

Metallklemmschienen-Bindeverfahren: Buchbinderei maschinelles Bindeverfahren, bei dem Bogen oder Blätter einschließlich Deckel am Rücken durch zangenartiges Zusammenpressen einer Metallschiene verbunden werden.

Metallogenie, Minerogenie: Wissenschaft von den Entstehungsursachen und -bedingungen der Lagerstätten natürlicher mineralischer Rohstoffe sowie von den Gesetzmäßigkeiten ihrer räumlichen Verbreitung und des zeitlichen Ablaufs ihrer Bildung. Aus den Ergebnissen metallogenetische Untersuchungen werden metallogenetische Karten unterschiedliche Maßstäbe entwickelt. Metallogenetische Erkenntnisse sind Grundlage für eine wissenschaftlich begründete Prognose, Suche und Erkundung von Lagerstätten. Die Metallogenie fußt auf Ergebnissen vieler geowissenschaftlichen Disziplinen und wendet diese gezielt zur Feststellung der Gesetzmäßigkeiten der Bildung von Lagerstätten an.

Metallogie: Wissenschaft vom Aufbau und den Eigenschaften der Metalle und Legierungen, insbesondere in Bezug auf die Kristallisationserscheinungen bei der Erstarrung, die Umwandlungs- und Ausscheidungsvorgänge bei der Wärmebehandlung, das Verhalten bei Verformungen und die Prüfung der Eigenschaften. Siehe auch Metallographie.

Metallographie: Teilgebiet der Metallogie, bei dem an Hand polierter und geätzter Schliffe mit dem Licht- oder Elektronenmikroskop das Gefüge metallischer Werkstoffe untersucht wird.

Metallometrie: Arbeitsgebiet der geochemischen Prospektion, das sich mit dem Aufsuchen von Lagerstätten mit Hilfe der Analyse bestimmter chemischer Elemente (zum Beispiel Kupfer, Zinn, Quecksilber), vor allem in Böden, befasst.

Metalloproteine: Eiweiße, die in ihrer natürlichen Form Metallionen gebunden enthalten.

Metalloptik: Teilgebiet der Optik, das sich mit den optischen Eigenschaften der Metalle beschäftigt. Die Erscheinungen der Metalloptik beruhen auf dem Mitschwingen freier Elektronen im Feld der Lichtwelle. Metalle zeigen starke Absorption, so dass nur sehr dünne Schichten transparent sind. Reflexion und Transmission sind wellenlängenabhängig und führen im Allgemeinen zu elliptisch polarisiertem Licht.

Metallorganische Verbindungen, Organometallverbindungen: organische Verbindungen mit (mindestens) einer Metall-Kohlenstoff-Bindung, zum Beispiel magnesium-, blei-, quecksilberorganische Verbindungen. Die metallorganischen Verbindungen bilden zusammen mit entsprechenden Bor- und Siliziumverbindungen die elementorganische Verbindungen. Die meisten niedermolekularen metallorganischen Verbindungen sind sehr giftige, flüchtige, zum Teil wasserempfindliche oder selbstentzündliche, zum Teil aber auch (wie Tetraäthylblei) beständige Substanzen.

Metallothermie: metallurgisches Reduktionsverfahren zur Metallgewinnung, das bei hohen Temperaturen abläuft. Die Metallothermie beruht auf der unterschiedlichen Sauerstoffaffinität der Metalle, die pulver- oder grießförmig als Reduktionsmittel den zu reduzierenden Metalloxiden beigemischt werden. Nach der Art des Reduktionsmittels unterscheidet man Aluminothermie und Silikothermie (Verwendung von Aluminium oder Silizium).

Metallphysik: Teilgebiet der Kristallphysik, das die Struktur und physikalische Eigenschaften der Metalle und Legierungen untersucht, um den Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften aufzuklären. Wichtig sind Untersuchung der Elektronenstruktur der Metalle und Legierungen unter verschiedenen Bedingungen (hohe Drücke, tiefe Temperaturen), Aufklärung des Zusammenhangs zwischen makroskopischen Eigenschaften (Plastizität, Bruch, Verfestigung) und der mikroskopischen Struktur, um neue Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen mit gewünschten Eigenschaften entwickeln zu können.

Metallpigmente: als Farbkörper verwendete Metallpulver, zum Beispiel Aluminium-, Silber-, Goldbronze. Die einzelnen Körnchen haben Schuppenform, damit der Untergrund gut abgedeckt wird. Man verwendet die Metallpigmente für Metalleffektlacke und temperaturbeständige Anstrichstoffe.

Metallseifen: Salze der höheren Fett-, Naphthen- und Harzsäuren mit allen Metallen außer Natrium und Kalium; letztere bilden die Seifen. Reine Metallseifen sind kristallin; die technischen Produkte haben oft salbenartige Konsistenz. Die meisten Metallseifen sind in Wasser schwer, in organischen Lösungsmitteln, auch Fetten und Ölen, leicht löslich. Blei-, Kobalt- und Manganseifen dienen als Sikkative für Firnis; Kalzium- und Magnesiumseifen sind Gleitmittel für Plaste, Lithiumseifen sind in Schmiermitteln enthalten, Aluminiumseife dient zum Wasserdichtmachen von Geweben.

Metallspritzen: Verfahren zur Herstellung von Metallschichten, wobei mit einer Spritzpistole zum Teil bereits anoxidierte Metalltröpfchen auf die vorher aufgeraute Werkstückoberfläche geschleudert werden. Das Beschichtungsmetall (insbesondere Zink, Aluminium) wird der Pistole als Draht, seltener als Pulver mechanisch zugeführt und nachgeschoben, in einer Brenngas-Sauerstoff-Flamme, im elektrischen Licht- oder Plasmabogen geschmolzen und die Schmelze durch erzwungene Gasströmungen auf das Werkstück gespritzt. Metallspritzen wird überwiegend zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit beziehungsweise zur Regenerierung von Bauteilen angewendet.

Metallurgie: 1. Industriebereich, unterteilt in die Industriezweige Eisenmetallurgie (Schwarzmetallurgie) und Nichteisenmetallurgie.

2. Wissenschaft von der Technik und Technologie der Gewinnung, Verarbeitung und Veredelung von Metallen und Metalllegierungen.

Metallzement: dem Eisenkitt ähnliche Mischung aus leicht schmelzenden Metallverbindungen, Schwefel und Graphit, zum Eingießen von Stahlankern, -schrauben unter anderem; ersetzt Blei.