Jahrelang war das Basismetall, das in den verschiedenen Industriezweigen verwendet wurde, stets Eisen, das in Form von verschiedenen Stahllegierungen eingesetzt wurde. Obwohl es viele wünschenswerte Eigenschaften hat – hohe Belastbarkeit, Elastizität und gleichzeitig relativ hohe Steifigkeit sowie Temperatur- und Abriebfestigkeit – ist es nicht in allen Bereichen gleich gut. Zu den gravierendsten Nachteilen von Stahl gehören in erster Linie seine Korrosionsanfälligkeit, die oft komplexe und kostspielige Schutzbehandlungen erfordert, und seine beträchtliche Dichte, die sich in einem hohen Gewicht niederschlägt. Diese Nachteile werden von Nichteisenmetallen wie Aluminium nicht geteilt, das in Form von verschiedenen Legierungen zunehmend verschiedene Stahlsorten ersetzt. Die Verwendung von Aluminium nimmt stetig zu und die Zahl der Anwendungen, auch im Zusammenhang mit moderner Technik, steigt. Schauen wir uns die wichtigsten Eigenschaften von Aluminium genauer an und sehen wir, in welchen Industrien es am vielversprechendsten ist.

Was ist Aluminium?

Aluminium ist ein leichtes Metall. Durch seine geringe Dichte ist es fast dreimal so leicht wie Eisen. Die Festigkeit von reinem Metall ist jedoch nicht sehr hoch, daher müssen andere Elemente wie Eisen, Kupfer, Silizium, Magnesium und Mangan hinzugefügt werden. Aluminium wird daher in Legierungen mit anderen Elementen verwendet, und durch eine geeignete Wärmebehandlung erhöhen sich seine mechanischen Parameter um ein Vielfaches. In dieser Form ist es ein äußerst vielseitiges Material. Bei den Aluminiumlegierungen können wir zwischen Gusslegierungen und Legierungen für die Kunststoffverarbeitung unterscheiden. Aluminiumlegierungen werden unter anderem in der Luftfahrt, der chemischen Industrie, der Automobilindustrie, der Lebensmittelindustrie und sogar im Schiffbau eingesetzt.

Wie wird Aluminium hergestellt?

Aluminium kommt als Oxid in anderen Erzen vor. Die höchste Konzentration von Aluminiumoxid findet sich in Bauxiterz. Reines Aluminium wird durch Extraktion von Tonerde aus Bauxit gewonnen. Bei der Elektrolyse wird ein Kilogramm reines Aluminium aus etwa zwei Kilogramm Tonerde gewonnen. Anschließend wird der Werkstoff beliebig weiterverarbeitet. Besonders häufig werden Materialien für die Bauindustrie hergestellt. Dazu gehören Aluminium Profile, Platten und Bleche aber auch Aluminium Rohre. Alurohre werde in unterschiedlichsten Profilen hergestellt. Zu den beliebtesten Aluminiumrohren gehören Rundrohre, Vierkantrohre und Sechskantrohre. Auch Aluminium Profile gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen. Häufig verwendet werden Winkel, T-Profile, U-Profile und Z-Profile.

Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Aluminium?

Aluminium ist eines der Metalle, die erst relativ spät zum Einsatz kamen. Industrielle Methoden zur Gewinnung von Aluminium wurden erst an der Wende zum 20. Jahrhundert eingeführt, und die Entdeckung seiner reinen Form erfolgte erst Mitte des 19. Es stellte sich jedoch bald heraus, dass die Bandbreite der möglichen Anwendungen sehr groß war, insbesondere in Branchen, in denen es auf hohe Festigkeit bei geringem Gewicht ankam. Es sei daran erinnert, dass reines Aluminium eine fast dreimal geringere Dichte hat als herkömmliche Stähle, was sich direkt auf das Gewicht aller daraus hergestellten Komponenten auswirkt. Wichtig ist auch, dass Aluminium, wie andere Metalle auch, in Form von Legierungen mit verschiedenen Beimischungen verwendet werden kann. Das Vorhandensein anderer Elemente kann die mechanischen Eigenschaften von Aluminium erheblich verbessern, vor allem seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Belastungen.

Gleichzeitig erreichen verschiedene beliebte Aluminiumlegierungen wie Silumin (das neben Kupfer, Magnesium, Mangan und Nickel auch Silizium enthält), Avional (das aus Kupfer plus Magnesium, Mangan und Schwefel besteht) und Duralumin (das durch die Kombination von Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium und Eisen gewonnen wird) hervorragende Festigkeitseigenschaften, wodurch sie sich bei geringem Gewicht für die anspruchsvollsten Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eignen. Aluminiumlegierungen finden sich auch in der Maschinenbauindustrie, wo sie zur Herstellung von Motoren oder Kühlsystemen verwendet werden, und im Automobilsektor.

Es sollte nicht vergessen werden, dass die Herstellung von Aluminiumlegierungen seine wichtigsten Eigenschaften nicht beseitigt. Zu den Eigenschaften gehören weiterhin der niedrige spezifische Widerstand, d.h. der Widerstand, der durch den Fluss von elektrischem Strom entsteht, und die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, die eine effiziente Energieabfuhr ermöglicht, was sowohl für fortschrittliche Kühl- als auch für Heizsysteme wichtig ist. Auch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit zählt. Auf der Aluminiumoberfläche bildet sich spontan eine sehr dünne Aluminiumoxidschicht, die den Zugang von Luft blockiert und das elektrische Potential verändert, wodurch es erheblich sinkt. Wichtige Argumente für die Verwendung von Aluminium sind auch sein günstiger Preis und die Tatsache, dass es relativ leicht recycelt werden kann, was die Anschaffungskosten reduziert und die Umwelt schont.

Mögliche Anwendungsbereiche für Aluminium und seine Legierungen

Die Liste der möglichen Anwendungen für Aluminium ist sehr lang, und die meisten von ihnen hängen mit seinen wichtigsten Eigenschaften zusammen – seinem relativ geringen Gewicht, seiner guten mechanischen Festigkeit und seiner ausgezeichneten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit sowie seiner Korrosionsbeständigkeit. Aluminiumkomponenten werden in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, um das Startgewicht deutlich zu reduzieren und damit die Tragfähigkeit der Maschinen zu erhöhen und den Treibstoffverbrauch zu senken. In der Automobilindustrie wird Aluminium aufgrund seines geringeren Gewichts hauptsächlich für Motorteile und aufgrund seines Gewichts sowie seiner Korrosionsbeständigkeit für Karosserieteile verwendet. Ähnliche Gründe liegen der Verwendung von Aluminium im Schiffbau zugrunde. Aluminium wird in der Bauindustrie sehr häufig verwendet. Aluminium wird für Bedachungen, Strukturelemente, große Glasrahmen und traditionelle Tischlerarbeiten verwendet. Aluminium ist das Material der Wahl für Isolierung und Heizungssysteme – Rohre, Heizkörper, Komponenten von Zentralheizungskesseln und extrem effiziente Wärmetauscher. Nicht zu vergessen die Verpackungsindustrie, in der Aluminium zur Herstellung von Dosen und Verpackungsschalen aus Papier und Kunststoff verwendet wird.

Aluminium wird zunehmend als das Material der Zukunft bezeichnet. Das hängt nicht nur mit seinen Leistungsmerkmalen zusammen, sondern auch mit den Ergebnissen, die damit erzielt werden. Leichtere Materialien bedeuten einen geringeren Kraftstoffverbrauch und damit eine geringere Umweltbelastung. Korrosionsbeständigkeit bedeutet eine längere Lebensdauer und damit nicht nur geringere Kosten für den Rostschutz, sondern auch weniger energieintensive Verfahren wie die Verzinkung und nicht immer umweltverträgliche Korrosionsschutzmittel. Eine längere Lebensdauer bedeutet auch eine Reduzierung der Investitionen für den Bau eines neuen Geräts und der Kosten für die Entsorgung eines abgenutzten Geräts.

Die Verwendung von Aluminium in der Konstruktion bedeutet weniger Gewicht in der Struktur und reduziert daher die Menge der anderen verwendeten Materialien. Es ermöglicht auch größere und energieeffizientere Gebäude. Aluminium ist die Grundlage für die Herstellung einer Vielzahl von Verbundwerkstoffen. In Kombination mit Graphen hilft es, modernere und effizientere Computer zu bauen. Für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie werden zahlreiche Verbundwerkstoffe aus Aluminium in Kombination mit z.B. Graphit, Magnesium oder Silizium entwickelt, z.B. für verbesserte Panzerungen, Flugzeugzellen und Motorenkomponenten. Eine interessante Anwendung sind Aluminiumschäume mit unterschiedlichen Strukturen, die z.B. auf der Basis von Titanverbindungen hergestellt werden und eine hohe Steifigkeit, Energieabsorption, aber auch isolierende Eigenschaften garantieren.

Aluminium wird bei der Herstellung verschiedener Lösungen für erneuerbare Energien verwendet. Es wird zur Herstellung von Rahmen und Abdeckungen für Solarpaneele, Windparkkomponenten und Wasserturbinen verwendet. Ein wichtiges Merkmal von Aluminium ist, dass es vollständig recycelt werden kann, was den CO2-Fußabdruck erheblich reduziert, aber auch einen positiven Einfluss auf die Kosten hat. Das Recycling von Aluminium bedeutet nur einen Bruchteil des Energieaufwands, der für die Herstellung des Rohstoffs aus natürlichem Bauxit erforderlich ist.