- Interessante weetjes (4) -


Metaalherkenning

 

Na verloop van tijd zult u als metaalzoeker de diverse metalen wat gemakkelijker herkennen als u weet waar op te letten. Maar tot dat moment heeft u wellicht iets aan onderstaande uitleg over de verschillende metalen die er zijn. 

Een metaal is een scheikundig element uit één van de volgende reeksen in het periodiek stelsel der elementen. Zie daarvoor de afbeelding hiernaast. Maar een metaal kan vele eigenschappen hebben, en valt soms onder een bepaalde sub-soort binnen de metalen.


Bij het begin beginnen dan maar.

In de natuur vind men zelden een metaal in zijn zuivere vorm, met uitzondering van edelmetalen. Metalen worden gedolven als een erts. Dit is een gesteente waarin een winbare concentratie van een bepaalde delfstof zit. Het metaal wordt dus onttrokken aan dat gesteente en omgezet naar de zuivere metaalvorm. Enkele voorbeelden van metaalwinning zijn de hoogovens die uit ijzererts gietijzer halen of de elektrochemische omzetting van bauxiet in aluminium.

Metaal is een zeer breed begrip want er zijn allereerst de 90 stabiele scheikundige elementen waarvan er 65 zijn gecategoriseerd als 'metalen'. Vele van deze komen niet in hun meest zuivere vorm voor en zijn daardoor niet bruikbaar voor metaalbewerking. De grote groep metalen die daar wel geschikt voor zijn, zijn onder ander; Titanium, Wolfraam, Aluminium, Vanadium, Mangaan, IJzer, Chroom, Nikkel, Zink, Molybdeen, Zirkonium, Koper,  Niobium,  Zilver, Goud en Platina. De andere materialen die uit een mix van metalen bestaat noemen we dus legeringen.


Ferro en Non-Ferro

Alle legeringen op basis van ijzer worden Ferro-metalen genoemd. De metalen die geen ijzer bevatten of waar ijzer niet het hoofdbestandsdeel is, worden Non-Ferro metalen genoemd.

 

Ferro

  • Staal
  • Roestvast staal
  • Gietijzer
  • Kobalt
  • Nikkel

Non-Ferro

  • Aluminium
  • Zink
  • Koper
  • Messing
  • Goud

Om u alvast wat op gang te helpen vind u hieronder mijn uitleg over de metalen die 'we' veelal tegenkomen in de Nederlandse bodem. Het zijn enkele eenvoudige kenmerken waar het om gaat, zoals:

  • Kleur
  • Massa
  • Hardheid
  • Breukvlak
  • Magnetische eigenschappen
  • Specifieke vonkenregen (metaalindustrie)
  • (geen) Corrosie

In de volgende uitleg staan manieren om te bepalen met wat voor metaal u te maken heeft. Als metaalzoeker zijn diverse manieren niet aan te bevelen, daar u het voorwerp hiermee blijvend beschadigd. Toch noem ik deze manieren omdat het wel een wijze van herkenning is. 


Kleur

Aan de kleur van het object in je hand kun je vaak al snel bepalen met wat voor soort metaal je te maken hebt.  Hieronder staan de meest gangbare kleuren van de diverse metalen, en legeringen. (*)


Zilverwit
Zilver, staal, roestvast staal (rvs), aluminium, chroom en zink (als glans-verzinkt “blauw”)

Zilverwit met een geelglans
Nikkel

Licht grijs
Zink, lood, tin en gietijzer

Rood
Koper


Goudgeel
Goud, messing (koper-zink) en geel gepassiveerd verzinkt staal

Geelbruin
Brons (koper-tin)

Iedere kleur
Geanodiseerd aluminium

Belangrijk: de genoemde kleuren zijn standaard materialen. Het gaat hier dus niet om metalen die door een speciale techniek van een andere kleur zijn voorzien.


(*) Een legering is een mengsel van metalen. Een legering kan ook wel niet-metalen bevatten. Legeringen worden geproduceerd om aan metalen de gewenste eigenschappen, zoals hardheid en smeedbaarheid te verschaffen. In de bronstijd (± 2000 - 1000 voor Chr.) wist men reeds hoe men van koper een legering kon maken die gemakkelijker te bewerken was door er tin aan toe te voegen. Deze legering heet brons.

Enkele andere legeringen zijn; 

  • Messing (koper en zink)
  • Witgoud (goud en palladium of nikkel)
  • Roestvast staal  (ijzer en chroom, nikkel en / of mangaan, molybdeen, vanadium, titanium)
  • Gietijzer (ijzer, koolstof, mangaan en silicium)

Door het toevoegen van een metaal aan een ander metaal (legeringen) kunnen, buiten de bovengenoemde hardheid en smeedbaarheid onder ander de treksterkte,  corrosiebestendigheid, rekgrens en slijtvastheid verbeterd worden.


Massa

Aan de massa / het gewicht van een voorwerp merk je al snel met welk soort materiaal je te maken hebt. Die massa wordt weer bepaald door het soortelijk gewicht. Hieronder staat het soortelijk gewicht (kg/dm3) voor een paar metalen vermeldt. 


Aluminium

 2,7

Messing

 8,4 – 8,7

Lood

 11,3

Zink 

 7.1

Brons

 7,4 – 8,9

Goud

 19,3

Magnesium

 1,7


Koper

 8,9

Zilver

 7,0

Staal

 7,8

Nikkel

 8,8

Wolfraam

 19,6

RVS

 7,4 – 8,0

Tin

 7,3


Hardheid

Een bepaalde definitie van 'hardheid' is de volgende; "een materiaal is harder dan een ander materiaal als hiermee het andere materiaal kan worden bekrast"

 

Maar om dit niet te hoeven testen op onze waardevolle vondsten bestaat er een hardheidsmeter. Jammer genoeg kunnen dit vrij prijzige apparaten zijn. De volledige uitleg hoe dit apparaat werkt is vrij uitvoerig en vol met vaktermen. In de kern komt het erop neer dat middels het duwen van een bepaalde diamant op het voorwerp een hardheid kan worden bepaald, mede door resonantie. 

Er wordt één microscopisch kleine indeuking gemaakt door de diamant, die met het blote oog niet te zien is. 

 

Bij gebrek aan dit apparaat blijft over de vijl-techniek. U raad het al, bij deze techniek bemerk je bij het vijlen een onderscheid in gradaties hardheid. Deze methode echter eist veel ervaring daar het valt onder het 'fingerspitzengefühl' van een vakman. 


Breukvlak

Hoe een breukvlak er uit ziet kan veel vertellen over een materiaal. Als je de structuur goed bekijkt kun je herkennen of het gaat om een gietproduct of een smeedproduct. Kleur en grofkorreligheid geven dan uitsluitsel over de aard van het metaal. Goed herkenbaar is dan het onderscheid tussen grijs en wit gietijzer. Breukvlakken van 'normale' gietijzersoorten zijn allemaal grijs. 


Magnetische eigenschappen

De meest eenvoudige test die er is, is de magneettest. Een metaalsoortverdeling is onder andere metalen die wel magnetisch zijn, en metalen die niet magnetisch zijn. Hiervoor hoeft u alleen maar een kleine magneet bij u te hebben tijdens het metaal zoeken. 

Magnetisch zijn;

  • Koolstof staal
  • Nikkel
  • Kobalt
  • Gietijzer
  • Ferritisch roestvast staal (bijvoorbeeld het snijgedeelte van een mes)
  • Snelstaal (High Speed Steel, kan hoge temperaturen aan) 
  • Hardmetaal

Niet magnetisch zijn;

  • Aluminium
  • Zilver
  • Goud
  • Austenitisch Roestvast Staal (bv. de aanrecht in de keuken)
  • Koper 
  • Messing
  • Brons
  • Zink
  • Lood

Specifieke vonkenregen

Ook dit is niet een aan te raden methode om de metaalsoort te bepalen bij uw vondsten. Het gaat hierbij om het wel of niet afgeven van vonken tijdens het metaal slijpen. Niet ijzer metalen geven bij het slijpen geen vonk, waarbij Nikkel een uitzondering is die hele kleine rode vonkjes afgeeft. Verder vormen de staalsoorten zeer karakteristieke vonken. Aan de kleur en vorm van deze vonkenregens kunnen een inschatting worden gemaakt over de samenstelling van het soort staal. Ook hier geldt dat het om enige ervaring gaat bij het herkennen van de metaalsoort. 


(geen) Corrosie

Edelmetalen worden niet, of nauwelijks aangetast door corrosie (oxidatie). Dat is één van de voornaamste redenen waarom edelmetalen voor sieraden worden gebruikt. Als u wel eens zilver of goud heeft gevonden in de bodem dan is het u waarschijnlijk wel opgevallen dat deze edelmetalen niet of nauwelijks waren aangetast. Het wel of niet oxideren ligt hier dus aan ten grondslag. 

Edelmetalen zijn;

  • Platina
  • Goud
  • Zilver
  • Palladium
  • Iridium
  • Ruthenium
  • Rodium
  • Osmium
  • Wolfraam

We zullen eens een paar bekende metaalsoorten onder de loep nemen;

 

Gietijzer (ontstaan in de 14eeuw)

  • Magnetisch
  • Lichtgrijs van kleur
  • Legering IJzer 90 - 91 % - koolstof 3- 4 % - silicium 6 %
  • Smeltpunt op ± 1250 °C
  • Bros van samenstelling
  • Variaties door verschil in grondstof en afkoeling

Staal (ontstaan 5eeuw v Chr. in China)

  • Magnetisch
  • Zilverwit van kleur
  • Legering IJzer 98 - 99 % en koolstof 1- 2 %
  • Erg onderhevig aan corrosie
  • Goede geleider voor warmte en elektriciteit
  • Hoog smeltpunt van ± 1450 °C

Gelegeerd staal (ontstaan begin 20eeuw)

  • Magnetisch
  • Heeft 1 of meer elementen naast koolstof
  • Kenmerk-variatie door verschillen in elementen

Gietijzer wordt in mallen gegoten en na afkoeling wordt de mal weggehaald. Gietijzer herken je aan gietnaden bij gegoten objecten. Het oppervlak is vaak ruw en het is erg hard. Hierdoor ook erg bros en bij het breken van gietijzer zie je een korrelige structuur. 

Staal was in vroeger tijden moeilijk bewerkbaar omdat de benodigde temperatuur bijna niet kon worden bereikt om de verbinding met koolstof goed aan te gaan.

Dit deed men dan door het ijzer te hameren tijdens het verhitten. Buigzaam en zacht is smeedijzer en na de juiste temperatuur krijg je een hardere kwaliteit staal. 

Er kunnen vele andere metaalsoorten worden toegevoegd aan gelegeerd staal. Hierdoor neemt deze bepaalde kenmerken over van die bewuste metalen. Roestvast staal (RVS) is hiervan een goed voorbeeld. Dit is een staallegering waaraan minimaal 10 % chroom is toegevoegd. Roestvast staal is beter bestand tegen vlekken, corrosie, roest dan gewoon staal.


Aluminium (ontstaan begin 19eeuw)

  • Niet magnetisch
  • Zilverwit van kleur
  • Zeer licht van gewicht. 1/3 van bv brons of staal
  • Goede geleider voor warmte
  • Grotendeels corrosiebestendig
  • Makkelijk giet- en vormbaar

Brons (ontstaan ± 2000 - 1000 voor Chr.)

  • Niet magnetisch
  • Geel van kleur
  • Legering van brons 70 - 90 % en tin 10 - 30 %
  • Een hoger tin-gehalte, een hogere hardheid
  • Makkelijk giet- en vormbaar
  • Grote weerstand tegen corrosie

Messing (ontstaan ± 3000 voor Chr.)

  • Niet magnetisch
  • Geel van kleur (meer dan bij koper of brons)
  • Na langere tijd buitenlucht donkerbruin
  • legering van koper 55-70 % en zink 45-30 %
  • sterker en harder dan koper
  • goede geleider voor warmte en elektriciteit

Verbindingen van aluminium (aluin) waren in de Oudheid al bekend. Zo werd aluin gebruikt om bloedingen te stelpen. Het is niet gemakkelijk aluminium uit aluin te onttrekken, en daarom was het jarenlang een kostbaar product. 

In de Oudheid werden van brons wapens vervaardigd of kunstwerken. Ook kerkklokken werden gemaakt van brons, maar dan met een percentage van 20 % tin. Brons is het derde eremetaal, vandaar de bronzen medaille.

Messing is op het blote oog dus moeilijk te onderscheiden van brons. De kleur kan het verraden maar is lastig. Hiervoor bestaat de druppeltechniek. Men laat een druppel verdund zwavelzuur vallen op messing en dan ontstaan er een rode vlek. Bij brons ontstaat er een rood/bruin/zwarte roestplek. 


Lood (ontstaan ± 5000 - 4.500 voor Chr.)

  • Zacht, buigzaam en kneedbaar met de hand
  • Zwaar element met hoge soortelijke massa
  • Niet magnetisch
  • Donkerblauw-grijs van kleur
  • Zeer corrosiebestendig en heftige zuren
  • vorstbestendig

Tin (ontstaan ± 3.500 voor Chr.)

  • Vanaf het jaar 600 in zuivere vorm toegepast
  • Makkelijk giet- buig en kneedbaar
  • Niet magnetisch
  • Zilverwit / grijs van kleur
  • Grote weerstand tegen corrosie
  • Gaat reactie aan met de meeste zuren
  • Verhardend effect op koper

Koper (ontstaan ± 8.700 voor Chr.)

  • Niet magnetisch
  • Geel (rood) van kleur
  • Zuiver koper is zacht en makkelijk te buigen
  • Grote weerstand tegen corrosie en zwakke zuren
  • Goede geleider voor warmte en elektriciteit 

Lood werd in vroegere tijden gebruikt voor vele toepassingen waaronder als ballast in de kiel van schapen, waterafdichting dakpannen/schoorsteen, hagelpatronen voor de jacht, gegoten loden letters, glas-in-lood  of dakbedekking historische gebouwen. 

Er werd pas rond 1980 ontdekt dat lood giftig was en slecht voor het milieu. 

Tin werd in vroeger eeuwen veel gebruikt om borden, bekers, kannen en bestek te maken. Het gesmolten tin werd door een tin-gieter in mallen gegoten.

Vanwege de bewerkbaarheid werden in vroeger dagen er bijvoorbeeld munten, beelden of ketels van gemaakt.