metalenmetalen en legeringen een metaal is een materiaal dat doorgaans goed elektriciteit geleidt, taaie breuk vertoont en middels gieten vervormd kan worden na verwarming. metalen zijn vaak zwaar, glimmen, en kunnen na enige tijd corrosieverschijnselen vertonen. er zijn zeer goedkope metalen zoals ijzer, maar ook zeldzame, dure metalen zoals goud en platina. metalen die bestaan uit twee of meer elementen, worden legeringen genoemd. enkele voorbeelden van metalen zijn ijzer, koper, aluminium en tin. enkele voorbeelden van legeringen zijn staal, brons en messing. ijzer

van alle bekende metalen wordt ijzer het meest gebruikt, tegenwoordig vooral in de vorm van staal. omdat het goedkoop en sterk is wordt het gebruikt voor bijvoorbeeld auto's, schepen en voor het bouwen van grote constructies. andere toepassingen van ijzer zijn: in transformatoren (als ijzer of als ferriet). , waarbij het gesmolten ijzer in een vuurvaste vorm wordt gegoten. zie ook: ijzeroer. , ook wel getrokken ijzer genoemd. ijzerwerk, vroeger ambachtelijk vervaardigd door een smid in een smederij.

goud

toepassingen als zuiver metaal is goud vrijwel onbruikbaar voor industrile toepassingen doordat het erg zacht is. in plaats daarvan wordt het veelvuldig gebruikt in legeringen omdat het element over uitstekende elektrische eigenschappen beschikt en zeer corrosiebestendig is. sinds de 20e eeuw is goud praktisch onmisbaar in de industrie. enkele toepassingen zijn: kwalitatief hoogwaardige elektrische schakelaars, connectoren,

etc. in de ruimtevaart als coating voor kunstmanen omdat goud ultraviolette straling goed reflecteert. hoewel het veelal is vervangen door andere metalen wordt in sommige monetaire stelsels goud (nog) gebruikt voor muntgeld. in veel elektronische componenten wordt goud gebruikt. de radioactieve isotoop 195au wordt gebruikt bij kankeronderzoek . het dekken van papier- en muntgeld (zilver wordt daarbij ook gebruikt) in de geschiedenis van de mens was goud vanwege zijn glans en schaarsheid altijd een symbool van weelde. huishoudelijke voorwerpen werden dan ook soms van goud gemaakt of verguld. hetzelfde gold voor kunstwerken. de mooie glans en de goede corrosiebestendigheid maken goud een gewild metaal voor sieraden. 80% van al het goud wordt hiervoor gebruikt.

metallisch goud heeft een gele glanzende kleur. zeer fijn verdeeld kan het ook andere kleuren zoals zwart of donkerpaars aannemen. van alle bekende metalen is goud het makkelijkst te buigen en te vervormen. een blokje goud van 1 gram kan worden geplet en gewalst tot een plaat met een oppervlakte van 1 vierkante meter. goud is een zeer goede elektrische en thermische geleider en vrijwel inert. platina

platina vindt veel toepassing in juwelen en apparatuur die hoge temperaturen moet kunnen doorstaan, zoals chemische smeltkroezen en ovens. fijn verpoederd platina kan dienst doen als katalysator. andere toepassingen van platina zijn: van 1889 tot 1960 bestond de standaardmeter in parijs uit een legering van platina en iridium. later kreeg de meter een andere definitie (zie krypton). als definitie van de standaardwaterstofelektrode. omdat het grote hoeveelheden waterstofgas kan absorberen die het bij verhoogde temperatuur weer vrijlaat, is platina mogelijk bruikbaar als opslagmedium in brandstofcellen. bij de productie van kunstmest, explosieven en salpeterzuur

wordt platinagaas gebruikt voor de oxidatie van ammoniak. in de petrochemische industrie wordt platina gebruikt bij o.a. de raffinage van ruwe olie en de productie van brandstoffen met hoge octaangehalten. de uitzettingscoffint van platina is vrijwel gelijk aan die van sommige glassoorten, waardoor het wordt toegepast bij het sealen van glas-elektroden. platinadraad wordt in de industrie veelvuldig gebruikt als temperatuurhyperlink "/wiki/sensor"sensor in pt100- en pt1000elementen vanwege de nauwkeurigheid en het grote temperatuurbereik. in legeringen met kobalt krijgt platina goede magnetische eigenschappen. met osmium kunnen legeringen worden vervaardigd welke bruikbaar zijn in pacemakers en andere chirurgische implantaten. de verbinding ptcl2(nh3)2 kan een effectief medicijn zijn tegen sommige vormen van kanker, zoals leukemie en prostaatkanker. platina is een buigzaam en kneedbaar metaal dat over een mooie zilverwitte glans beschikt en is goed bestand tegen corrosie door cyaniden, halogenen, zoutzuur en oxideert niet aan de lucht. omdat het metaal onschadelijk is voor mensen en niet snel dof wordt, is het zeer geschikt om juwelen van te vervaardigen. verder zijn de goede bestendigheid tegen hoge temperaturen en de stabiele elektrische eigenschappen opmerkelijk, waardoor platina op industrile basis veelvuldig wordt toegepast. het enige zuur waarin platina oplost is koningswater. de meest voorkomende oxidatietoestanden van platina zijn +2, +3 en +4. nikkel

toepassingen het grootste deel van het wereldwijd geproduceerde nikkel wordt gebruikt in bij de productie van roestvrij staal en allerlei legeringen. andere toepassingen zijn: oplaadbare (nikkel-cadmium) batterijen muntgeld (euromunten, alleen 1 en 2) als katalysator (zogenaamd "raneynikkel") voor vetharding en de ontzwaveling van aardolie. nikkel werd vaak voor koper aangezien, maar het is geen koper. het is een metaal apart.

koper

toepassingen omdat koper buigzaam en eenvoudig te vervormen is, wordt het op grote schaal in de industrie gebruikt. enkele belangrijke toepassingen zijn: koperdraad elektromagneten muntgeld kunstwerken en standbeelden, bijvoorbeeld het vrijheidsbeeld

bevat negentigduizend kilo koper vacumbuizen en magnetronovens elektrische circuits muziekinstrumenten geveldelen van gebouwen voor het zuiveren van water wordt koper in de vorm van koper (ii) sulfaat gebruikt (cuso4). onder invloed van de atmosfeer krijgt koper een groenige oxidelaag. het element komt als zodanig in de natuur voor, hoewel het meer in gebonden toestand als sulfide of als oxide aangetroffen wordt. koperhoudende mineralen zijn o.a. covelliet en malachiet. op het veel duurdere zilver na, is koper de beste geleider van elektriciteit. om die reden wordt het veel gebruikt in elektronische componenten. de elektronenconfiguratie van het element is [ar]3d104s1 aluminium

toepassingen + bewerkingen het metaal is nu iets meer dan een eeuw beschikbaar, en in die tijd heeft het op stormachtige wijze de wereld veroverd. het is economisch een bijzonder belangrijk metaal. aluminium is licht (slechts een derde van het gewicht van staal of brons), en met 4% cu 1%mg 1% mn 0,5% si even sterk, slijtvast en bestendig tegen corrosie, behalve spanningscorrosie. het is een goede geleider, het is niet magnetisch, het vonkt niet, en het laat zich gemakkelijk vormen. aluminium is daarmee het constructiemateriaal bij uitstek voor de vliegtuig- en ruimtevaartindustrie, maar niet voor motoren, want het wordt zachter bij verwarmen. het metaal heeft een plasmonfrequentie van 15ev en is daarmee een uitstekende spiegel voor alle straling in het infrarode,

zichtbare, en nabij-ultraviolette gebied; vooral als wordt voorkomen dat het spiegelend oppervlak aan oxidatie blootgesteld wordt. het valt gemakkelijk op te dampen en aluminium spiegels worden wel in de astronomie gebruikt. het metaal wordt vaak door lasersnijden bewerkt. enige toepassingsgebieden: bijna alle niet ecologische deodorants : aluminiumfolie verpakkingen (alle blikjes waar je uit drinkt: bierblikje, colablikje, enz.) speelgoed (dinky toys) vervoer (auto, vliegtuig, ruimtevaartuig, trein, schip, enz.) huishoudapparatuur (kookpannen, bestek,zool van het strijkijzer enz.) kampeeruitrusting (vouwstoel, tent,pannen, tentstokken enz.) elektrische hoogspanningsleidingen (geleidbaarheid is 63% van die van koper, maar weegt een derde) constructiebouw (kozijn, deuren) velgen (aluminium autovelgen) aluminium daken en gevelbekleding ladders (zie hoogwerker) jachtbouw licht en geluidsindustrie (maken van constructies) bewerkingstechnieken in aluminium buigen zetten gieten graveren bedrukken

tin

toepassingen tin hecht zich gemakkelijk aan ijzer en wordt daardoor vaak gebruikt als roestwerende coating ( blik). andere toepassingen zijn: legering met lood voor orgelpijpen. in bronshyperlink "/wiki/legering"legeringen voor kerkklokken. als zachte soldeertin voor de productie van elektronische schakelingen en loodgieterswerk. het zout tinchloride wordt gebruikt als bijtmiddel. om glas een glad oppervlak te geven wordt het vaak in vloeibare vorm op tinnen platen gegoten (het proces van pilkington). gesmolten tin wordt door een tingieter in vormen gegoten voor

de vervaardiging van gebruiksvoorwerpen (oud bestek) of siervoorwerpen (tinnen soldaatjes). in vroeger eeuwen werd tin vaak gebruikt om borden, bekers, kannen e.d. te maken. (sinds de 18e eeuw is het tinnen tafelgerei wat in onbruik geraakt en vervangen door aardewerk en glas). de naam tin wordt in het engels soms foutief gebruikt voor dunbladige metalen. het tinnen blikje is daar het beste voorbeeld van omdat blikjes worden vervaardigd van aluminium of van staal dat met een dun laagje tin tegen roestvorming wordt beschermd. opmerkelijke eigenschappen tin is een buigzaam, kneedbaar en zeer kristallijn zilverachtig-wit metaal dat bij buiging een karakteristiek geluid geeft dat wordt veroorzaakt door de brekende kristallen. het metaal is bestand tegen zee- en kraanwater, maar is oplosbaar in de meeste zuren. bij standaarddruk komen er twee allotropen van tin voor. bij lage temperatuur komt het voor als grijs - alfa - tin met een kubische kristalstructuur vergelijkbaar met die van silicium en germanium. bij temperaturen boven de 13,2c verandert het naar wit - beta - tin. in deze vorm heeft het een tetragonale structuur. bij afkoeling keert het weer terug naar de kubische vorm. vroeger werd dit proces wel tinpest genoemd; het kan worden voorkomen door toevoeging van antimoon of bismut. staal (legering) staal is een legering bestaand uit ijzer en koolstof. de term staal wordt met name gebruikt voor ijzerlegeringen met een zodanig beperkt koolstofgehalte (typisch minder dan 1,9%) of gehalte aan toevoegingen als chroom, dat ze warm vervormd kunnen worden. hierin onderscheidt staal zich van bijvoorbeeld gietijzer, dat meestal een hoger koolstofgehalte heeft. er zijn veel verschillende legeringen met deze twee elementen, meestal ook met andere bestanddelen. de wereld kent vandaag de dag ongeveer 2500 verschillende soorten staal. mede hierdoor en door de uitstekende bewerkbaarheid is staal een veel gebruikt constructiemateriaal. het koolstof wordt gebruikt om een hoge treksterkte en hardheid te verkrijgen. wereldwijd wordt er jaarlijks ongeveer 900 miljoen ton staal geproduceerd, corus nederland (hoogovens ijmuiden) neemt hiervan bijna zeven miljoen voor haar rekening.

staal valt in drie groepen in te delen aan de hand van de hoeveelheid toegevoegde elementen (legeringselementen): ongelegeerd staal, laaggelegeerd staal hooggelegeerd staal. bij ongelegeerd staal praten we over ijzer met maximaal 1,5% aan legeringselementen. laaggelegeerd staal bevat tussen 1,5% en 5% legeringselementen en hooggelegeerd staal is alles wat meer dan 5% aan legeringselementen bevat. koolstof is bij staal geen legeringselement. als er meer dan 2% koolstof in ijzer zit spreken we over gietijzer. ongelegeerd staal onder ongelegerd staal valt het staal dat maximaal 1,5% aan legeringselementen (exclusief koolstof (c)) bevat. veel gebruikte legeringselementen zijn onder andere mangaan (mn) en silicium (si). net als koolstof worden mangaan en silicium gebruikt om de sterkte en hardheid te verhogen. silicium is tevens een bijproduct van het staal bereidingsproces, het wordt gebruikt om zuurstof aan het staal te onttrekken. ongelegeerd staal is het meest gebruikte staal ter wereld. dit komt omdat het relatief goedkoop is en erg goed bewerkbaar. laaggelegeerd staal deze groep bevat tussen de 1,5 en 5% legeringselementen (exclusief koolstof). net als bij ongelegeerd staal zijn mangaan en silicium veel voorkomende legeringselementen. maar ook chroom (cr), vanadium (v), nikkel (ni) en molybdeen (mo) zijn in deze groep veel voorkomende legeringselementen. de invloeden van deze elementen zijn bij gebruik van verschillende elementen in n soort staal niet zo makkelijk te bepalen daar sommige van deze elementen elkaar tegenwerken en andere elkaar juist weer versterken. chroom wordt vaak gebruikt om staal oxidatie- en corrosiebestendig te maken. ook van de harde en slijtvaste eigenschappen van chroom wordt veel gebruikgemaakt in de staalindustrie. chroom wordt veel gebruikt in combinatie met nikkel of molybdeen. chroom in combinatie met molybdeen (het zogenaamde chromonen staal) maakt het staal uitstekend bestand tegen hoge temperaturen en ook erg sterk. vanadium wordt ook veel gebruikt in combinatie met chroom en molybdeen daar het ongeveer dezelfde eigenschappen geeft aan staal. ook in gereedschapsstaal wordt veel vanadium gebruikt, het maakt het

staal ook een stuk taaier wat erg gunstig is voor gereedschap. nikkel heeft gunstige invloed op staal bij heel hoge en heel lage temperaturen. en het wordt ook veel gebruikt om een aantal ongunstige eigenschappen van chroom tegen te gaan. hooggelegeerd staal hooggelegeerd staal bevat meer dan 5% aan legeringselementen bevat. de bekendste die hieronder valt is roestvast staal (rvs). een ander hooggelegeerd staal is gereedschapsstaal. hoofdlegeringselementen in rvs zijn chroom (cr) en nikkel (ni). chroom kan alleen gebruikt worden om staal roestvast te maken maar meestal wordt er een combinatie van chroom en nikkel gebruikt, omdat nikkel een aantal ongewenste effecten van chroom tegenwerkt (bijvoorbeeld 18% cr en 8% ni). zoals de naam al doet vermoeden is rvs bestand tegen oxidatie en corrosie. deze eigenschap is te danken aan de chemische verbinding die chroom aangaat met zuurstof. door die chemische verbinding vormt er zich een oxidehuid op het staal. de oxidehuid is heel dun en daardoor doorzichtig. ze bestaat uit een netwerk van chroom (iii)oxyde, dat wel elektronen kan geleiden maar geen ionen. daardoor is het metaal tegen corrosie bestand mits de oxidehuid intakt blijft. dat is helaas niet het geval in een chloride oplossing, zoals zeewater of in gechloreerd zwemwater. het resultaat is dan gelokaliseerde putvormige corrosie die heel moeilijk te stoppen is, omdat het chlorideion zich vooral in de corrosieputten verzamelt. een toeslag van molybdeen kan wel bestendigheid tegen chloor opleveren, bij voorbeeld voor gebruik in zwembaden. om de eigenschappen te verbeteren is dan of wel een laag koolstofgehalte wenselijk, maar dan is de verspaanbaarheid slechter, ofwel een toeslag van titanium, maar dan is de lasbaarheid slechter. brons (legering) brons is een legering van koper en ca. 10 tot 30% tin. traditioneel is brons het derde edelmetaal. wanneer iemand een derde plaats behaalt krijgt deze de bronzen medaille uitgereikt. de periode waarin veel metalen voorwerpen uit brons werden gemaakt, heet de bronstijd. brons is het eerste metaal (op enkele eerdere voorwerpen van koper uit het neolithicum na) dat in de lage landen door de mens werd gebruikt, ter vervanging van steen. het is een taai en corrosiebestendig materiaal, dat zich goed leent bewerkt te worden. bronzen voorwerpen, van heel kleine tot heel grote, worden

meestal gegoten. kerkklokken zijn altijd van brons, net als veel standbeelden. brons wordt wel verward met messing, vooral wanneer het materiaal verweerd is. nieuwe bronzen objecten zijn gemakkelijker te onderscheiden aan de kleur. messing is wat geel van kleur en brons is meer rood/roze van kleur. messing (legering) messing, "geelkoper", in de vorm van folie ook wel latoen of latoenkoper genoemd, is een legering van koper en zink. de naam geelkoper is afgeleid van de kleur wanneer het materiaal lang is blootgesteld aan de buitenlucht. het is dan duidelijk geler dan zuiver koper of brons. messing is een waardevol materiaal, vanwege zijn hardheid en goede smeedbaarheid. er bestaan drie types messing: alfamessing, met minder dan 40% zink, is flexibel en kan koud gesmeed worden btamessing, met meer zink naar verhouding, kan alleen heet gesmeed worden. maar dit type messing is harder en sterker. witte messing, met meer dan 45% zink, is te bros om algemeen bruikbaar te zijn. messing is bekend bij de mensheid sinds prehistorische tijden, lang voordat het metaal zink was ontdekt. het werd gemaakt door koper samen met calamiet te smelten. calamiet is een zinkerts. tijdens dit proces wordt het zink uit het calamiet onttrokken en mengt dit direct met het koper. zuivere zink is echter te reactief om te produceren met deze oude technieken. tegenwoordig wordt bijna 90% van messing legeringen hergebruikt. dat wil zeggen dat messingschroot verzameld wordt en teruggaat naar de gieterij waar het gesmolten wordt tot het gewenste eindproduct. dit zijn meestal gietbillets of palen. deze worden later gextrudeerd tot de juiste vorm en maat. veel kan gedaan worden om de eigenschappen van het normale messing te verbeteren. een element als aluminium maakt het messing sterker en corrosiebestendig. het aluminium zorgt voor een zeer dun en doorzichtig, hard laagje dat zelfherstellend is. het element tin heeft een soortgelijk effect en vindt men terug in legeringen die toegepast worden in zeewatermilieus (de z.g. naval brasses). combinaties van elementen als ijzer, aluminium, silicium en mangaan kunnen - mits in de juiste combinatie en hoeveelheid aanwezig - voor messingen zorgen met een hoge slijtweerstand. een bekend voorbeeld hiervan is de legering ldm c673 waar een juiste combinatie van mangaan en silicium

tot een sterk en slijtvaste legering leidt die zijn weg gevonden heeft in toepassingen in de automobielindustrie. er bestaan ook zogenaamde ontzinkingsbestendige messingen. deze messingen worden toegepast in situaties waarbij grote kans is op corrosie bij gebruik van normale messingen. dit kan optreden als de watertemperatuur te hoog is, er chloriden aanwezig zijn of bij afwijkende waterhardheid (te lage hardheid). als voorbeeld een toepassing in een warmwaterboilersysteem. in een dergelijke omgeving zou een standaardlegering snel falen. dit messing wordt op een speciale wijze geproduceerd waarbij grote aandacht is voor een gebalanceerde samenstelling en juiste temperatuuromstandigheden. het niet aanhouden van een dergelijke gebalanceerde procesvoering geeft een afwijkende kwaliteit die in geschetste omstandigheden op den duur zeker tot falen van de constructie leidt. in drunen is neerlands enige bedrijf actief in de productie van hoogwaardige messing legeringen voor high end toepassingen zoals hierboven