Legering

In de metallurgie is een legering (spreek uit: legéring) een mengsel van een metaal met een of meer andere elementen, veelal metalen.

Metaallegeringen

In strikte zin is een legering een vaste oplossing van een metaal in een ander metaal. Het woord legering wordt ook vaak gebruikt voor materialen die bij afkoelen uit de smelt gedeeltelijke fasenscheiding ondergaan.

Veel metalen zijn in gesmolten toestand volledig met elkaar mengbaar. Zelfs in vaste vorm is de onderlinge oplosbaarheid vaak groot. In het geval van elektrum, de legering van zilver met goud, is de vaste oplosbaarheid zelfs over het hele interval van 0 - 100%.

Eigenschappen

Bij afkoelen ontstaan materialen die andere eigenschappen kunnen hebben dan de afzonderlijke samenstellende elementen. Legeringen kunnen bijvoorbeeld harder zijn, een lager smeltpunt hebben, makkelijker bewerkbaar zijn, of minder makkelijk corroderen dan zuivere metalen. De metallurgie is dan ook grotendeels gebaseerd op het manipuleren van de materiaaleigenschappen door het vinden van de juiste samenstelling (men zou kunnen zeggen: juiste graad van verontreiniging) in combinatie met de juiste temperatuurbehandeling.

Enkele legeringen

Voorbeelden van legeringen zijn:

• soldeertin (tin en lood);
• messing (koper en zink, zie ook koperlegering);
• sieradengoud (goud en zilver);
• wit goud (goud en palladium);
• brons (koper en tin, zie ook koperlegering);
• roestvast staal (ijzer en chroom, nikkel en/of mangaan);
• tandartsamalgaam (zilver en kwik);
• Alpaca (koper, zink en nikkel)

Soms is de toegevoegde 'gerichte verontreiniging' niet zelf een metaal. Zo wordt bijvoorbeeld de slijtvastheid van ijzer verbeterd door koolstof toe te voegen, hetgeen vanzelf gebeurt in de productie van gietijzer en staal.

Halfgeleiderlegeringen

In de halfgeleidertechnologie gebruikt men de term legering ook wel om een vaste oplossing van twee halfgeleiders (in plaats van metalen) aan te duiden. Er is grote belangstelling voor dit soort systemen, omdat men de belangrijkste eigenschap van de halfgeleider, de bandgap, kan veranderen door een vaste oplossing te maken. Het is zelfs mogelijk, bijvoorbeeld door zwavel in CuInSe₂ te laten diffunderen, om een gradient in de bandgap te maken. Een dergelijk materiaal is een soort fotonfuik. Diep in in het materiaal worden delen van het spectrum geabsorbeerd waar de bovenlaag transparant voor is omdat de bandgap daar groter is.

Het is overigens alleen mogelijk om een vaste oplossing van twee vaste materialen te maken als zij verwante structuren met dezelfde symmetrie bezitten. Als de twee materialen een verschillende symmetrie bezitten, is het in het algemeen niet mogelijk een continue verbinding te maken. Er zijn uitzonderingen op die regel, maar die zijn zeldzaam.