Löslichkeit

Metallurgy
Fähigkeit eines Stoffes, mit einem oder mehreren anderen Stoffen eine Lösung zu bilden. Im gasförmigen Zustand sind alle Elemente vollkommen ineinander löslich. Flüssigkeiten sind je nach ihrer chemischen Zusammensetzung, sofern sie nicht chemisch miteinander reagieren, ganz, teilweise oder gar nicht ineinander löslich. Bei begrenzter Löslichkeit oder vollständiger Unlöslichkeit bilden sich getrennte Flüssigkeitsschichten.

Feste Stoffe, die Schmelzen bilden, sind im flüssigen Zustand wie Flüssigkeiten ganz, teilweise oder gar nicht ineinander löslich. Technisch bedeutsam sind diese Vorgänge für die Legierungsbildung und werden mittels Zustandsschaubildern (Phasendiagramme) visualisiert. Diese grafischen Darstellungen zeigen die verschiedenen Zustandsformen und Phasen von Stoffen und Legierungen in Abhängigkeit von Temperatur und Massengehalt. Die grundsätzliche Einteilung erfolgt entsprechend der Löslichkeitsverhältnisse im festen und flüssigen Zustand.

1. Vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand



Die Legierungskomponenten bilden eine einheitliche, homogene Schmelze. Bei der Erstarrung entsteht eine einheitliche Legierung, deren Gefüge jedoch unterschiedlich zusammengesetzt sein kann.

a) Vollkommene Löslichkeit im festen Zustand

Es bilden sich einheitliche Mischkristalle, auch als feste Lösung bezeichnet.

b) Vollkommene Unlöslichkeit im festen Zustand

Es bilden sich keine Mischkristalle, sondern Kristalle der Legierungskomponenten (Eutektikum).

c) Begrenzte Löslichkeit im festen Zustand.

In einem bestimmten Legierungsbereich besteht vollkommene Löslichkeit, sodass sich Mischkristalle bilden, während im übrigen Legierungsbereich vollkommene Unlöslichkeit vorliegt. Hier kristallisieren die betreffenden Phasen getrennt nebeneinander unter Bildung eines Eutektikums. Falls das Gebiet der vollkommenen Unlöslichkeit beiderseits an Mischkristallphasen angrenzt, besteht das Eutektikum aus den betreffenden Mischkristallen. Anstelle des Eutektikums kann auch ein Peritektikum vorliegen.

d) Änderungen im festen Zustand

Der aus der Schmelze herausgebildete feste Zustand kann bei weiterer Abkühlung gewisse Änderungen erfahren. So kann beispielsweise die Löslichkeit der Legierungskomponenten einer Mischkristallphase unterhalb einer bestimmten Temperatur plötzlich verlorengehen, sodass nunmehr vollkommene Unlöslichkeit besteht: es erfolgt ein Zerfall des Mischkristalls ähnlich wie bei der eutektischen Erstarrung. Diese Änderung wird eutektoider Zerfall genannt (Eutektoid). Außerdem können auch Aufspaltungen und Umwandlungen der Mischkristalle beziehungsweise Phasen auftreten.

2. Vollkommene Unlöslichkeit im flüssigen Zustand



Die Legierungskomponenten bilden getrennte Schmelzschichten. Das Mengenverhältnis der Schichten hängt nur von den Massenanteilen der betreffenden Komponenten, nicht aber von der Temperatur beziehungsweise Überhitzung ab. Bei der Erstarrung bleiben die getrennten Schichten erhalten.

3. Begrenzte Löslichkeit im flüssigen Zustand



Die Legierungskomponenten sind nur innerhalb eines bestimmten Legierungsbereiches teilweise unlöslich, sonst aber löslich. Es bilden sich dann in diesem Bereich getrennte Schmelzschichten, von denen bei Zweistoffsystemen die eine reicher an der ersten Legierungskomponente und die andere reicher an der zweiten Legierungskomponente ist. Das Mengenverhältnis der Schichten und ihre Zusammensetzung hängen von den Massengehalten der betreffenden Komponenten in der Legierung und von der Temperatur ab. Bei der Erstarrung bleiben die getrennten Schichten erhalten, (Monotektikum).