Vom goldenen Reifen bis zum Wappen der amerikanischen Mannschaft ist dieses Material unverzichtbar

In „Die Reise nach Westen“ gibt es den goldenen Knüppel des Affenkönigs, der den Himmel stützt und Tausende von Feinden hinwegfegt; im Marvel-Universum gibt es Wolverines kalte, silberne Klauen; Captain Americas unzerstörbarer, glatter und leuchtender Schild; und Iron Mans majestätische, schöne und coole Rüstung, diese „handlichen Waffen“ sind die kultigsten Visitenkarten der Superhelden. Wenn man sich jedoch all diese magischen Waffen aus der Antike und der Neuzeit im In- und Ausland ansieht, haben sie eigentlich alle einen gemeinsamen Namen: Legierung .

Küchenmesser aus Legierung

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Von den Zauberwaffen der Superhelden bis zu den Küchenmessern der einfachen Leute: Warum bestehen sie alle aus Legierungen und nicht aus reinen Metallen? Welche unersetzlichen Vorteile haben Legierungen gegenüber reinen Metallen? Dies muss bereits bei der Herkunft der Legierung beginnen .

Teil 1

Legierungen, die die Entwicklung der Geschichte miterlebt haben

Unter einer Legierung versteht man ein festes Produkt mit metallischen Eigenschaften, das durch Mischen und Schmelzen eines Metalls mit einem oder mehreren anderen Metallen oder Nichtmetallen und anschließendem Abkühlen und Erstarren gewonnen wird. Aus dieser Sicht ist eine Legierung eine Mischung aus anderen Metallen oder nichtmetallischen Elementen, die einem reinen Metall hinzugefügt werden .

Materialien werden oft zum Symbol einer Epoche. Abgesehen von der Altsteinzeit ist die Verwendung von Metallen wie Aluminium in der Bronzezeit, der Eisenzeit und in den letzten hundert Jahren untrennbar mit Legierungen verbunden. Bronze ist die älteste Legierung in der Geschichte der Metallverhüttung . Es handelt sich um eine Legierung aus Zinn oder Blei, die reinem Kupfer (Rotkupfer) zugesetzt wird.

Bereits in der Xia-Dynastie vor etwa 5.000 Jahren gibt es Aufzeichnungen darüber, dass in China Menschen Bronzewaren schmolzen . Seine Blütezeit war während der Shang-Dynastie, der Westlichen Zhou-Dynastie, der Frühlings- und Herbstperiode und der frühen Zeit der Streitenden Reiche und dauerte etwa 1.600 Jahre. Die Bronzewaren dieser Zeit lassen sich hauptsächlich in Ritual- und Musikinstrumente, Waffen und sonstige Gegenstände unterteilen. Die Glockenglocken von Zenghouyi und das Schwert von Goujian, dem König von Yue, sind beides repräsentative Bronzeartefakte dieser Zeit und nationale Schätze, die von Generation zu Generation weitergegeben werden. Obwohl es seit mehr als 2.000 Jahren ruht, ist seine Glocke noch immer ergreifend und sein Schwert noch immer scharf wie ein Messer.

Glockenspiel von Zenghouyi (links) und das Schwert von Goujian, König von Yue (rechts)

Bildquelle: Veer Gallery

Mit der Übergangsperiode wird im Allgemeinen die Zeitspanne vom Ende der Zeit der Streitenden Reiche bis zum Ende der Qin- und Han-Dynastien bezeichnet. Mit dem Zusammenbruch der Rituale und der Musik zerfiel das auf Bronzewaren basierende Ritualsystem allmählich. Die wichtigsten Angelegenheiten eines Landes waren Opfer und Krieg. Mit dem Aufkommen von Eisenwerkzeugen als Waffen und Opfergaben begann für die Menschen die Eisenzeit.

Eisenwaren sind Legierungen aus metallischem Eisen und Kohlenstoffelementen. Nach dem Anteil des Kohlenstoffgehalts kann man zwischen Roheisen, Schmiedeeisen und Stahl unterscheiden . Tatsächlich sind die Eisenreserven in der Natur viel höher als die Kupferreserven. Der Grund dafür, dass Bronze früher entstand als Eisen, lag darin, dass die zum Schmelzen von Eisen erforderliche Temperatur relativ hoch war und 1500 °C erreichte. Die Menschen der Bronzezeit waren jedoch nicht in der Lage, diese Temperatur und die technologischen Anforderungen zu erfüllen.

Eisenwaren der Han-Dynastie

(Fotoquelle: Zhengzhou Guxing Han-Dynastie Eisenschmelzmuseum)

Teil 2

Warum sind Legierungen stärker als reine Metalle?

Zunächst einmal gibt es streng genommen kein 100 % reines Metall auf der Erde. Alle Metalle, mit denen wir in Kontakt kommen, gehören zur Kategorie der Legierungen. Denn aus wissenschaftlicher Sicht ist es unmöglich, dass ein Metall 100 % rein ist, und es ist unmöglich zu testen, ob es 100 % rein ist. Daher weist das sogenannte „reine Gold“ und „reine Silber“ auf den Gold- und Silbermärkten nur eine Reinheit von nahezu 100 % auf. Wenn die Nicht-Gold- und Nicht-Silberatome nicht einzeln herausgefiltert werden, kann 100 % reines Gold und Silber gewonnen werden, was jedoch offensichtlich unmöglich ist.

Allerdings können mit der aktuellen Raffinationstechnologie bereits Metalle mit einer Reinheit von 99,999 % hergestellt werden und ihre Anwendungsleistung unterscheidet sich nicht von der von 100 % reinen Metallen. Vereinfacht ausgedrückt können wir Metalle mit einem Gesamtverunreinigungsgehalt von weniger als 0,1 % als reine Metalle bezeichnen.

Bildquelle: Veer Gallery

Zweitens verfügen Legierungen über einige einzigartige Vorteile, die reine Metalle nicht haben . Beispielsweise ist die Härte einer Legierung im Allgemeinen größer als die ihrer Matrix, die sogenannte Mischkristallverfestigung. Beispielsweise ist die Härte einer Aluminiumlegierung viel größer als die von reinem Aluminium. Es gibt jedoch einige Ausnahmen, wie beispielsweise eine Natrium-Kalium-Legierung, die flüssig ist und als Wärmeleiter in Atomreaktoren verwendet wird.

Die elektrische und thermische Leitfähigkeit einer Legierung ist geringer als die der einzelnen Metallkomponenten. Diese Eigenschaft der Legierung kann zur Herstellung von Materialien mit hohem elektrischen Widerstand und hohem thermischen Widerstand sowie von Materialien mit besonderen Eigenschaften genutzt werden. Einige Legierungen weisen eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf als die Metalle, aus denen sie bestehen. So kann beispielsweise durch die Zugabe von 15 % Chrom und 9 % Nickel zu Eisen korrosionsbeständiger Edelstahl hergestellt werden.

Teil 3

Legierungswaffen mit verschiedenen magischen Kräften

Die Beschreibung des goldenen Knüppels in „Die Reise nach Westen“ lautet wie folgt: „Der Knüppel besteht aus neunfach gedrehtem Eisen und wurde von Laojun selbst in einem Ofen geschmiedet. König Yu suchte danach und nannte ihn einen göttlichen Schatz. Die vier Meere und acht Flüsse dienten als Beweis.“ Das hier gezeigte Neunwindungseisen besteht eigentlich aus rostfreiem Stahl, einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die im Iran, in Indien und anderen Ländern heimisch ist und während der Südlichen und Nördlichen Dynastien in China eingeführt wurde .

Bildquelle: TV-Serie „Die Reise nach Westen“

In der Ming-Dynastie wurden hochwertige Waffen aus rostfreiem Stahl hergestellt. Wenn seine Oberfläche poliert und dann mit ätzenden Mitteln behandelt wird, sind Muster sichtbar, und es wird „Bin Tie“ genannt . „Laojun schmiedet mit seinen eigenen Händen im Ofen“ bezieht sich auf die Schmiedetechnologie, die bei der Verarbeitung von rostfreiem Stahl von wesentlicher Bedeutung ist. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem Stahl schrittweise gehärtet wird. Und in Kombination mit dem folgenden Satz „Die vier Meere und acht Flüsse dienen als Test“ beweist dies, dass der goldene Knüppel sowohl in Süß- als auch in Salzwasser gelegt werden kann, ohne zu korrodieren oder zu rosten, was die Spekulation, dass es sich bei seinem Material um Edelstahl handelt, erneut bestätigt.

Dem Originalroman zufolge bestehen Wolverines Klauen und Captain Americas Schild beide aus „Adamantium“, obwohl diese Legierung derzeit auf der Erde nicht existiert. Unter den vielen Rüstungen von Iron Man nimmt die Rüstung aus Titanlegierung die wichtigste Stellung ein.

Wolverines Klauen (links) und Captain Americas Schild (rechts)

Bildquelle: Filme „Wolverine“ und „Captain America“

Eine Titanlegierung ist eine Legierung, die durch Zugabe von Aluminium, Vanadium und anderen Metallen zu Titan hergestellt wird . Im Vergleich zu legiertem Stahl mit ausreichender Festigkeit ist eine Titanlegierung sehr leicht; Im Vergleich zu Aluminiumlegierungen mit ausreichender Dichte und Leichtigkeit weist Titanlegierungen eine ausreichend hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit auf. Daher sind Titanlegierungen die erste Wahl in Bereichen, in denen geringes Gewicht und hohe Festigkeit erforderlich sind, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt. Darüber hinaus weist Titanlegierungen eine gute Affinität zum menschlichen Körper auf, sodass künstliche Knochen wie Prothesen und Zahnersatz ebenfalls meist aus Titanlegierungen hergestellt werden.

Bislang sind der Menschheit insgesamt nur 108 Metallelemente bekannt, und durch die Anordnung und Kombination verschiedener Metalle in unterschiedlichen Zusammensetzungen können Tausende von Legierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden . Daher verfügen Legierungen über einen größeren Gestaltungs- und Verarbeitungsspielraum und mehr Möglichkeiten, die der Entwicklung der menschlichen Zivilisation kontinuierlich gerecht werden können.

Quellen:

[1] Wu Chengen. Reise in den Westen[M].

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: XY Dalian Institute of Chemical Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften. Betreut von: China Science Expo

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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