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Metalle

Definition

 

Ca. 4/5 aller bekannten Elemente sind Metalle. Im Periodensystem findet man sie links von den Elementen Bor, Silicium, Germanium, Antimon und Astat. Die Abgrenzung zu den Nichtmetallen ist jedoch nicht scharf. Elemente im Übergangsbereich, mit weniger typischen metallischen Eigenschaften, werden als Halbmetalle bezeichnet. Die technisch wichtigsten Metalle sind: Aluminium, Blei, Chrom, Eisen, Gold, Kadmium, Kobalt, Kupfer, Magnesium, Nickel, Platin, Plutonium, Quecksilber, Silber, Titan, Uran, Wolfram, Zink, Zinn.

 

 

Eigenschaften

 

Metalle bilden Kristallgitter aus, wobei die Gitterplätze durch positive Ionen besetzt sind. Die Elektronen sind delokalisiert. Das heißt: die Elektronen der Metallatome können sich im gesamten Metallgitter frei bewegen (so wie sich ein Gasteilchen frei im Raum bewegen kann). Das erklärt die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen. Legt man z.B. Spannung an, können die Elektronen ungehindert zur Anode wandern.

Freie Elektronen können Licht aller Wellenlängen absorbieren, daher sind Metalle undurchsichtig. Außerdem können sie fast die gesamte auftreffende Strahlung wieder emittieren, so entsteht der für Metalle typische Glanz.

In Metallgittern können Gitterebenen leicht gegeneinander verschoben werden, ohne dass sich die Struktur des Gitters verändert (die Bindungskräfte bleiben erhalten). Das erklärt warum Metalle sehr duktil (plastisch verformbar) sind. Baut man Fremdatome ein, können Gitterebenen nichtmehr so leicht gleiten und die Duktilität wird vermindert. Legierungen sind daher meist härter als das Ausgangsmetall, oft sogar spröde oder brüchig.

Bis auf Quecksilber sind alle Metalle bei Zimmertemperatur fest. Die Schmelzpunkte sind jedoch sehr unterschiedlich (zwischen -39° C bei Quecksilber und 3410° C bei Wolfram).

 

 

Einteilung

 

Man kann Metalle anhand ihrer Dichte oder anhand ihrer Reaktivität einteilen.


Metalle mit einer kleineren Dichte als 5 g/cm³ werden als Leichtmetalle bezeichnet. Dazu gehören die Alkali- und Erdalkalimetalle sowie Scandium, Yttrium, Titan und Aluminium. Da Leichtmetalle mit Wasser zu Alkalimetallhydroxiden und Wasserstoff reagieren, ist es sehr wichtig Leichtmetallbrände keinesfalls mit Wasser oder wasserhaltige Löschmittel wie Löschschaum zu bekämpfen. Wenn sich das entstehende Wasserstoff-Sauerstoffgemisch (Knallgas) entzündet kommt es zu einer Explosion. Metalle mit einer Dichte über 5 g/cm³ nennt man Schwermetalle.


Metalle mit einem positiven Standardpotential werden als Edelmetalle bezeichnet. Sie stehen in der elektrochemischen Spannungsreihe unterhalb von Wasserstoff und können sich daher nicht in Säuren unter Wasserstoffentwicklung lösen (sie sind z.B. in HCl unlöslich). Typische Edelmetalle sind Gold, Silber und Platin. Metalle mit einem negativen Standardpotential werden als unedle Metalle bezeichnet. Sie stehen in der elektrochemischen Spannungsreihe oberhalb von Wasserstoff und können daher von nichtoxidierenden Säuren angegriffen werden. Typische unedle Metalle sind Eisen, Aluminium und Blei.

 

Die gebräuchlichsten Verfahren zur Metallbearbeitung für den Heimwerker

Gusseisen oder Stahl schneiden

Insbesondere beim Schneiden oder Sägen von Schmiedeeisen und Gusseisen müssen Sie  die unterschiedlichen Eigenschaften berücksichtigen. Gusseisen ist porös und brüchig, also nicht verformbar. Schmiedeeisen dagegen ist geschmeidig und verformbar. Gerade beim Sägen kann ein Gusseisen-Werkstück schnell abbrechen, wenn Sie zu viel Druck beim Schneiden ausüben.Zum Einsatz kommen der Handsägebogen und der Winkelschleifer.Für Edelstahl wird eine extra dünne Trennscheibe verwendet.Nach dem Trennen muss das Metall meistens noch bearbeitet werden.Wichtig den Grat zu entfernen.Dies geht am besten mit der Feile

Die richtige und optimale Arbeitstechnik beim feilen

 Eine  Arbeitserleichterung stellt das Angewöhnen der richtigen und optimalen Arbeitstechnik beim Feilen dar, Man arbeitet grundsätzlich nur mit dem vorderen Drittel einer Feile, eine Hand übt am Griff, die andere am vorderen Feilende Druck aus. Die Hand, die auf das vordere Ende der Feile drückt, darf dabei nie über das Werkstück hinausragen.

Am effektivsten arbeitet man, wenn Feile und Unterarm exakt eine Linie bilden. Die Feile muss dabei immer waagerecht bleiben. Wer immer die gesamte Oberfläche des Werkstücks mit der Feile bearbeitet, stellt auch sicher, dass er sich später langwierige (und kaum je wirklich erfolgreiche) Ausgleichsarbeiten erspart.

Radien feilen.Beim Feilen eines Radius wird die Feile mit schauckelnden Bewegungen geführt.Dazu gehört natürlich Übung.Aber wenn man das mehrmals gemacht hat,kann man ansehnliche Resultate erzielen 

Eisen bohren

Das Bohren von Eisen ist grundsätzlich nicht schwierig, vorausgesetzt, Sie haben das notwendige Werkzeug zur Hand. Nachfolgend zeigen ich Ihnen, wie Sie in Eisen bohren und was dabei zu beachten ist.
Eisen ist nicht immer wirklich Eisen
Bei Eisen müssen Sie zunächst bedenken, was genau damit gemeint ist.  „Eisen“ wird umgangssprachlich auch für andere Metalle verwendet, vornehmlich für Legierungen. Tatsächlich können Sie Eisen folgendermaßen unterteilen:eisenhaltige Legierungen (Stähle)
Gusseisen

 


Unterschiede beim Bohren von Eisenguss und Eisenstahl


Gusseisen ist weniger geschmeidig, weshalb es auch nicht geschmiedet werden kann. Diese Brüchigkeit kann beim Bohren von Gusseisen problematisch werden. Bei eisenhaltigen Legierungen kommt es auf die konkreten Eigenschaften des Stahls an. So kann dieser weich, aber auch besonders hart sein. Sie müssen den Metallbohrer also entsprechend auswählen (anstelle eines herkömmlichen HSS-Bohrers zum Beispiel einen mit Kobalt beschichteten Bohrer).

Das Vorbohren beim Bohren von Eisen

Bei Bohrungen mit einem Durchmesser ab 5 mm sollten Sie vorbohren. Der Bohrer zum Vorbohren sollte in der Größe zwischen 3 und 5 sein. Entsprechend benötigen Sie die folgenden Hilfsmittel und Werkzeuge zum Bohren von Eisen:

  • Körner mit Hammer
  • gegebenenfalls einen kleinen Bohrer zum Vorbohren
  • einen HSS-Bohrer in der gewünschten Größe
  • eine Standbohrmaschine
  • ein für das Werkstück passender Schraubstock
  • eventuell Kühlemulsion

Bestimmen der optimalen Drehzahl zum Bohren in Eisen

Zunächst müssen Sie die benötigten Drehzahlen ermitteln. Grundsätzlich gilt, je kleiner der Bohrerdurchmesser, desto höher die Drehzahl. Als Faustformel können Sie folgende Berechnung nutzen: 6.000 geteilt durch Bohrergröße in mm ist gleich die optimale Drehzahl. Für einen Bohrer in der Größe 8 sieht die Berechnung der Drehzahl folgendermaßen aus:

6000 geteilt durch 8 mm ist gleich 750 U/min
Die Drehzahl sollte also auf 750 U/min eingestellt werden. Bohren Sie mit einem 3er Bohrer vor, ist die Drehzahl dafür 2.000 U/min.

Kühlen beim Bohren
Zeichnen sie ihr Bohrloch an.
Dann wird es mit einem Körner markiert, damit Sie mit dem Bohrer nicht mehr abrutschen können. Gerade bei hohen Drehzahlen sollten Sie immer gut Kühlemulsion dazugeben. Achten Sie zudem auf den optimalen Druck. Dieser sollte keinesfalls zu hoch sein. Bei Sacklöchern müssen Sie immer wieder absetzen, damit der Span bricht.

Sägen und Schneiden von Aluminium durch den Heimwerker


 bei Heimwerkern kommen zumeist die folgenden Werkzeuge und Maschinen zum Einsatz:

 

  • Blechschere
  • Stichsäge
  • Kreissägen (Tisch- oder Handkreissäge)
  • Winkelschleifer


Einstellung  der Stichsäge zum Aluschneiden


Am geeignetsten ist daher die Stichsäge oder Handkreissäge mit Führung. Bei der Stichsäge muss die Drehzahl (Hub) ebenfalls eher niedrig ausfallen, außerdem ohne Pendelbewegung. Ein gerades, fein gezahntes Sägeblatt für Metall sollte verwendet werden. 

Aluminium feilen

Zu den typischen Bearbeitungstechniken von Aluminium gehört auch das Feilen des Leichtmetalls. Jedoch muss dabei die besondere Weichheit von Aluminium berücksichtigt werden. Wie Sie Aluminium feilen, habe ich nachfolgenden  zusammengefasst.


Aluminium ist ein verhältnismäßig weiches Leichtmetall. Jedoch kann es hier je nach Legierung durchaus Unterschiede geben. Dennoch muss zum Feilen von Aluminium die richtige Auswahl an Feilen getroffen werden. Bei den nachfolgenden Feilen handelt es sich ausschließlich um Werkstattfeilen, also Feilwerkzeuge, mit denen Sie manuell Material vom Werkstück entfernen.

 

Beim Feilen wird auch danach unterschieden, wie grob oder fein die Wirkung ist:

  • grob
  •  bastard
  • halb schlicht
  • schlicht
  •  doppelschlicht

Verhindern Sie das Verkleben des Spanmaterials mit einem Trick

Um zusätzlich zu vermeiden, dass sich zu viel Spanmaterial an der Feile sammelt und verklebt, können Sie einen Trick anwenden. Dazu reiben Sie die Feile vor dem Feilen des Aluminiums mit einer gewöhnlichen Kreide ein. Darüber hinaus feilen Sie Aluminium auch nicht mit maximalen Druck auf das Werkstück. Verklebt die Feile zu sehr, müssen Sie eine Feile mit einem gröberen Hieb verwenden

Vorgehen beim Schleifen von Alu

Beim Schleifen von Aluminium gehen Sie vor, wie bei jedem anderen Metall.
Beginnen sie mit einer
Körnung von 80 bis 100 und verfeinern sie die Körnung mit jedem weiteren Arbeitsschritt. Spätestens ab Körnung 300 bis 400 sollten Sie dann auf Nassschleifpapier umsteigen. 
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Schleifen, um Aluminium zu lackieren

Wollen Sie zum Beispiel schleifen, um ein Alublech dann zu lackieren, ist darauf zu achten, dass Sie zwar den Altlack, aber nicht die Grundierung völlig abschleifen. Andernfalls bildet sich wieder die Oxidschicht. Ansonsten können die zum Schleifen von Aluminium dieselben Materialien und Werkzeuge verwenden wie beim Schleifen anderer Metalle.

Kleben von Eisen

 Wie man Eisen und eisenhaltige Legierungen kleben kann, habe ich nachfolgend zusammengefasst.

Ein- und Zweikomponentenkleber zum Eisenkleben

Bei den Klebern wird zunächst zwischen Ein- und Zweikomponentenklebern unterschieden. Einkomponentenkleber werden oft auch als Hybridkleber bezeichnet, da sie ebenso als Dichtmasse eingesetzt werden. Sie behalten ihre Elastizität.

Bei Metalle wie Eisen ist mit einer deutlichen thermischen Reaktion zu rechnen, Deshalb werden diese Kleber verwendet um dieses Ausdehnen und Zusammenziehen auszugleichen. Diese Kleber werden im Dickbett aufgetragen und eignen sich gut für flächiges Kleben von Eisen. Diese Kleber werden auch als Kontaktkleber bezeichnet.

2-Komponenten-Kleber
Bei den Zweikomponentenklebern werden vornehmlich chemisch wirkende Kleber verwendet. Diese besitzen heute eine Basis auf Epoxidharz, Polyurethan (PU) und Acrylkleber (MMA) Beim Kleben von Eisen können Sie also je nach Anforderungen (flächig oder punktuell kleben) zwischen den verschiedenen Klebstoffen auswählen.

Das Vorbereiten des Eisens zum Kleben

die Oxidschicht kann ein Problem darstellen. Bei Eisen lässt sich diese einfach durch mechanische Bearbeitungstechniken wie dem Schleifen oder Sandstrahlen entfernen. Aber auch chemische Methoden wie Rostumwandler sind möglich. Blanke Eisenflächen müssen zudem frei von Fetten und Ölen sein. Dazu verwenden Sie entsprechende Silikon- oder Fettreinigungsmittel.

Während dem Kleben von Eisen
Insbesondere bei 2-Komponenten-Klebern müssen Sie die Mischanweisungen exakt befolgen. Schon geringste Abweichungen können zu einem beeinträchtigten Klebverhalten führen. Beachten Sie auch die Temperatur, innerhalb derer der Ihnen vorliegende Kleber für Eisen verwendet werden muss. Außerdem benötigen reaktive Kleber Zeit für die chemische Reaktion und das anschließende Aushärten

 

Aluminium auf Holz kleben

Aluminium hat gegenüber Holz grundlegend verschiedene Eigenschaften. Dennoch kommt es gerade bei Heimwerkern öfter vor ,dass diese beiden Materialien verklebt werden müssen . Nachfolgend haben ich verschiedene Möglichkeiten zusammengestellt, Aluminium auf Holz zu kleben.

Geeignete Kleber, um Alu auf Holz zu kleben

Abhängig von der Größe der zu verklebenden Flächen können unterschiedliche Kleber verwendet werden:

  • Kleber auf Silikonbasis
  • Kleber auf Basis von PU oder PUR
  • Kleber auf Basis von Epoxidharzen

Kleinflächig oder großflächig Alu auf Holz verkleben

Bei kleineren Verklebungen (beispielsweise Alugriffe auf Holz) sind für Aluminium geeignete Kleber mit PU bzw. PUR die optimale Wahl. Sollen beide Werkstoffe dagegen großflächig verklebt werden, sind Epoxy-Kleber die bessere Wahl.

Problematisch stellt sich dabei zunächst der Umstand dar, dass sich auf einer Aluminiumoberfläche an der Luft unmittelbar nach einer Bearbeitung eine Oxidationsschicht bildet. Diese beeinträchtigt aber die Klebeintensität der verwendeten Kleber erheblich. Daher ist beim großflächigen Kleben von Aluminium auf Holz die nachfolgende Vorgehensweise zu empfehlen.

Schrittweise Anleitung zum großflächigen Kleben von Aluminium auf 
Holz

Materialliste

  • Holz
  • Aluminium
  • Kleber (Epoxidharz)
  • Fett- und Silikonreiniger

Werkzeug

Schleifpapier in unterschiedlichen Körnungen
Spatel zum Verteilen des Klebers
Pressen oder Schraubzwingen

1. Aluminium schleifen und entfetten

Zunächst muss das Aluminium angeraut werden. Beim Schleifen wird bereits das Fett mit abgetragen. Insbesondere, wenn Sie das Aluminium aber noch mit bloßen Händen anfassen müssen, empfiehlt sich das anschließende Reinigen der Oberfläche mit einem Fett- und Silikonreiniger.

2. Kleber auf Aluminium auftragen und vorbereiten

Sie müssen da auf einen Trick zurückgreifen. Sie tragen das Epoxidharz auf die zu klebende Aluoberfläche auf. Dann beginnen Sie, die Oberfläche mit einem geeigneten Schleifpapier anzuschleifen. Dadurch, dass die Oberfläche vom Harz bedeckt wird, kann kein Sauerstoff daran gelangen und die Oxidation einsetzen.

3. Das Aluminium auf das Holz kleben

Nun kann das ebenfalls vorbereitete Holz auf die Aluoberfläche geklebt und festgespannt werden. Lassen Sie den Kleber den Anweisungen des Herstellers folgend aushärten.

 

 

Links

Eisenmetalle

Schwermetalle

Nichteisenmetalle

Wärmebehandlung und Gewichte

Handelsformen und Gewichte von Metallen


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