Aluminiumlegierungen

Aluminium fällt in die Klasse der Leichtmetalle, zu denen Magensium und z.T. auch Titan gehören.

Als Strukturwerkstoff für den Leichtbau in der Luft- und Raumfahrt spielen Legierungen des Aluminiums eine sehr wichtige Rolle. Auch im Fahrzeugbau – sowohl für die Schiene als auch für die Straße – werden Werkstoffe aus Aluminium immer wichtiger.

Reines Aluminum ist jedoch sehr weich: man kann es schon mit einem Stahlmesser ritzen. Somit ist es nicht als Werkstoff für mechanische Belastungen geeignet.

Vor gut 100 Jahren (1906) wurde in Deutschland jedoch die "Härtung" des Alumiums entdeckt, indem Alfred Wilm versuchte Aluminium mit verschiedenen Beimischungen anderer Elemente (z.B. Kupfer und Magnesium) nach dem Gießen wie Stahl zu behandeln: noch einmal Glühen und dann in kaltem Wasser abschrecken. Doch leider blieben alle diese Mischungen (= Legierungen) einfach fast genauso weich wie das reine Aluminium.

Bis eines Tages Herr Wilm und sein Assitent zwar die neuen Legierungen aus Al, Cu, Mg gegossen und dann geglüht und abgeschreckt hatten, sie aber nicht weiter untersuchten, da es ein Samstag war. Der Legende nach war das Wetter schön und sie gingen Segeln und verschoben die Untersuchungen auf den folgenden Montag.

Wie durch ein Wunder war die Al-Cu-Mg-Legierung bei den Untersuchungen am Montag hart und damit auch fest geworden. Wilm nannte den den neuen Werkstoff "Duralumin". Dieser wurde dann schon wenige Jahre später im Bau der Zeppeline und später (1919) beim Bau des ersten Flugzeuges – der Junkers F13 (siehe auch Wikipedia) – durch Hugo Junkers komplett aus Metall eingesetzt: heute noch im Deutschen Museum in München zu sehen. Obwohl Alfred Wilm in seiner Publikaton geschrieben hatte, die Legierung erhalte zwar ihre Festigkeit, aber er könne nicht sagen warum, da die damaligen Untersuchungsmethoden (Schleifen, Polieren, Ätzen und Untersuchung mit dem Lichtmikroskop) im Gegensatz zu Stählen keinerlei Unterschiede zeigten, ob das Material fest oder weich war.

Wilm sagte voraus, dass es neue Untersuchungsmethoden brauche, um das Rätsel zu lösen. Was Alfred Wilm nicht wusste, dass in Würzburg schon die Entdeckung dazu durch Wilhelm Conrad Röntgen gemacht worden war: die Röntgenstrahlung. Jedoch brauchte es noch die Arbeiten von Laue und Vater und Sohn Bragg, um die Röntgenstrahlen für solche Untersuchungen nutzen zu können.

Dies geschah dann 1938 unabhängig von einander durch André Guinier (Frankreich) und George Dawson Preston (GB), die die Ursache für die Festigkeit an einer Al-Cu-Legierung entdeckten.

Auch heute noch untersuchen wir Aluminium-Legierungen mit Hilfe der Röntgenstrahlung. Nun jedoch oft an hochintensiven Röntgenquellen, die nur Großforschungsanlagen wie BESSY-2 in Berlin oder die Europäische Synchrotron-Strahlungsquelle ESRF in Grenoble zur Verfügung stellen. Dort sind wir oft mit unseren Masteranden und Doktoranden zu Strahlzeiten zu Gast.