Aluminium 1199: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

Alloy 1199 gehört zur 1xxx-Serie der Aluminiumwerkstoffe und wird zu den handelsüblichen reinen und ultrahochreinen Aluminiumlegierungen gezählt. Es zeichnet sich durch einen Aluminiumanteil von typischerweise über 99,9 % aus (häufig mit 99,99 % Al für Halbleiter- und elektrotechnische Qualitätsstufen angegeben), wobei Spuren von Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn und weiteren Elementen im ppm- bis niedrigen hundert ppm-Bereich enthalten sind.

Die Festigkeit von 1199 ergibt sich hauptsächlich aus seiner Reinheit und Kaltumformung; es handelt sich um eine nicht wärmebehandelbare Legierung, bei der die mechanische Bearbeitung (Kaltverfestigung) und Kornstrukturkontrolle die mechanischen Eigenschaften bestimmen. Wesentliche Merkmale sind hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, überlegene Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen, außergewöhnliche Umformbarkeit im geglühten (O) Zustand und sehr gute Schweißbarkeit bei dünnen Blechen. Typische Einsatzgebiete sind die Elektro- und Elektronikindustrie (Sammelschienen, Leiter, Folien), die chemische und Lebensmittelindustrie (korrosionssensibles Equipment), die Luft- und Raumfahrt sowie kryogene Anwendungen, bei denen Reinheit und Leitfähigkeit entscheidend sind, sowie spezielle architektonische Elemente.

Ingenieure wählen 1199, wenn elektrische/thermische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund stehen und moderate mechanische Festigkeit ausreicht. Die Legierung wird stärkeren wärmebehandelbaren Werkstoffen vorgezogen, wenn Fügeverfahren, Umformung oder elektrische Leitfähigkeit kritisch sind. Zudem wird sie gegenüber minderreinen 1xxx-Varianten bevorzugt, wenn geringe Verbesserungen bei Leitfähigkeit oder Reinheit für weiterführende Verarbeitungsschritte oder den Einsatz in aggressiven Umgebungen notwendig sind.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsstufe	Bruchdehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Hoch (35–50 %)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität und Leitfähigkeit
H12	Niedrig-Mittel	Mittel-Hoch (25–40 %)	Sehr gut	Sehr gut	Leichte Kaltverfestigung, behält gute Umformbarkeit
H14	Mittel	Mittel (15–30 %)	Gut	Gut	Typischer kaltverfestigter Handelszustand zur Festigkeitssteigerung
H16	Mittel-Hoch	Mittel-Niedrig (10–25 %)	Ausreichend	Gut	Stärkere Kaltverfestigung, verwendet für moderate Festigkeitssteigerungen
H18	Hoch (für 1xxx)	Niedriger (8–18 %)	Begrenzt	Ausreichend	Stark kaltverfestigt, Biegebarkeit und Umformung eingeschränkt
T5 / T6 / T651	Untypisch / Nicht anwendbar	n.v.	n.v.	n.v.	1199 ist nicht wärmebehandelbar; künstliche Alterungszustände werden üblicherweise nicht angewendet

Der Zustand steuert direkt das Verhältnis von Duktilität zu Festigkeit bei 1199, da die Legierung nicht auf Ausscheidungshärtung anspricht. Kaltumformung erhöht Streck- und Zugfestigkeit durch Versetzungshärtung, verringert dabei jedoch Bruchdehnung und Umformbarkeit. Die Wahl eines Zwischenzustands (H12–H14) ist verbreitet, wenn eine moderate Festigkeitssteigerung erwünscht ist, ohne die Umformbarkeit oder Leitfähigkeit stark einzuschränken.

Chemische Zusammensetzung

Element	Mengenbereich (%)	Bemerkungen
Si	≤0,005	Typische Verunreinigung; minimiert Auswirkungen auf Leitfähigkeit und Gießeigenschaften
Fe	≤0,01	Eisen ist das dominierende Verunreinigungselement in 1xxx-Legierungen; sehr niedrig gehalten zur Erhaltung der Leitfähigkeit
Mn	≤0,002	Minimal gehalten; höhere Werte würden Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit beeinflussen
Mg	≤0,005	Kontrolliert, um unbeabsichtigte feste Lösungshärtung zu vermeiden
Cu	≤0,001	Kupfer wird minimiert, um Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit zu erhalten
Zn	≤0,005	Niedriger Zinkgehalt vermeidet Versprödung und galvanische Effekte
Cr	≤0,001	Spurenelemente; trägt kaum zur Festigkeit bei
Ti	≤0,002	Selten als Kornfeiner bei Guss- oder Strangpressvarianten verwendet
Sonstige	≤0,01 (gesamt)	Enthält Ni, V, Bi, Pb, Sn; sehr niedrig für reinheitssensible Anwendungen gehalten

Die Zusammensetzung von 1199 legt den Schwerpunkt auf Aluminium als Hauptbestandteil mit extrem niedrigen Verunreinigungswerten, um elektrische und thermische Leitfähigkeit zu maximieren und intermetallische Ausscheidungen, die Duktilität oder Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen würden, zu minimieren. Spurenlemente im ppm-Bereich können dennoch Kornstruktur, Rekristallisationsverhalten und kleine Veränderungen der mechanischen Eigenschaften beeinflussen, weshalb eine chemische Kontrolle für spezialisierte Anwendungen entscheidend ist.

Mechanische Eigenschaften

Im geglühten (O) Zustand zeigt 1199 niedrige Streck- und Zugfestigkeiten, wie für hochreines Aluminium typisch, kombiniert mit sehr hoher Bruchdehnung und ausgezeichneter Biegbarkeit. Das Zugverhalten ist duktil mit geringer Verfestigungsspirale; die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist von langer gleichmäßiger Dehnung und niedriger Streckgrenze geprägt. Härtewerte im O-Zustand sind niedrig und korrelieren mit geringer Versetzungsdichte und minimalem Ausscheidungsanteil.

Kaltumformung steigert Streck- und Zugfestigkeit deutlich gegenüber dem O-Zustand, jedoch auf Kosten von Bruchdehnung und Umformbarkeit. Die Ermüdungsfestigkeit ist moderat: Die Dauerfestigkeit ohne Kerben ist aufgrund der Duktilität angemessen, aber Oberflächenfehler, Kaltverfestigungsgrad und Blechdicke haben starken Einfluss. Dickenabhängige Effekte zeigen sich vor allem bei Ermüdungs- und Biegeverhalten – dünne Bleche lassen sich leicht umformen und behalten Leitfähigkeit, während dickere Querschnitte leicht höhere Festigkeit, aber geringere Biegbarkeit aufweisen können.

Eigenschaft	O/geglüht	Wesentlicher Zustand (z. B. H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit	30–65 MPa	80–140 MPa	Werte variieren mit Materialstärke und Kaltumformungsgrad
Streckgrenze	10–30 MPa	60–120 MPa	0,2 % Dehngrenze stark abhängig vom Zustand
Bruchdehnung	35–50 %	10–30 %	Geglühter Werkstoff sehr duktil; Kaltverfestigung verringert gleichmäßige Dehnung
Härte	15–30 HB	30–70 HB	Niedrige Härte in O; steigt durch Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Wie bei anderen handelsüblichen Aluminiumlegierungen; relevant für Masse- und Steifigkeitsberechnungen
Schmelzbereich	660–660,5 °C	Schmaler Schmelzbereich von reinem Al; vorteilhaft für Löten und Weichlöten
Wärmeleitfähigkeit	220–240 W/m·K	Sehr hoch – vorteilhaft für Wärmeableitung und thermisches Management
Elektrische Leitfähigkeit	~60–65 %IACS (~35–38 MS/m)	Eine der höchsten unter den kommerziellen Legierungen dank extrem niedriger Verunreinigungen
Spezifische Wärmekapazität	~900 J/kg·K	Typisch für Aluminium, relevant für Berechnungen der Wärmekapazität
Wärmeausdehnung	23,0–24,0 µm/m·K	Ähnlich wie andere Al-Legierungen; wichtig für thermische Belastungen und Fügeauslegung

Die hohe Reinheit von 1199 maximiert die thermischen und elektrischen Transporteigenschaften und führt zu physikalischem Verhalten, das dem von theoretisch reinem Aluminium sehr nahekommt. Diese Eigenschaften machen 1199 besonders attraktiv für Kühlkörper, Sammelschienen und kryogene Anwendungen, bei denen Wärmeleitung und geringe Dichte kritisch sind. Konstrukteure müssen die hohe Wärmeausdehnung berücksichtigen, wenn das Material mit Werkstoffen geringer Ausdehnung verbunden wird, um thermische Spannungen zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Stärke/Größe	Festigkeitsverhalten	Gängige Zustände	Bemerkungen
Blech	0,1–6,0 mm	Niedrig bis mittel (je nach Zustand)	O, H12, H14	Breiter Einsatz für elektrische Bänder, Folienvorstufen und geformte Platten
Platte	6–25 mm	Relativ niedrigere Festigkeit je Dicke aufgrund der Reinheit; große Platten weniger verbreitet	O	Spezialisierte dickere Abschnitte sind weniger häufig und werden dort genutzt, wo Reinheit wichtig ist
Strangpressprofil	Wandstärken 0,8–12 mm	Festigkeit hängt vom Kaltumformungsgrad ab; gute Duktilität für komplexe Profile	O, H14	Kornkontrolle und Oberflächenqualität sind entscheidend für elektrische Bauteile
Rohr	Außendurchmesser 6–150 mm	Gute Stabilität und Formfestigkeit im O-Zustand; kaltverfestigt für höhere Steifigkeit	O, H16	Verwendung in Fluidtechnik und spezieller leitfähiger Rohrtechnik
Stab/Rundstahl	Durchmesser 3–50 mm	Niedrig bis moderate Festigkeit; reagiert auf Kaltziehen	O, H14	Einsatz für zerspanende Bearbeitung zu Steckverbindern, Nieten und Befestigungselementen mit Leitfähigkeit

Blech und dünnwandige Halbzeuge dominieren den kommerziellen Einsatz von 1199, da die Vorteile der hohen Reinheit besonders dort zum Tragen kommen, wo Leitfähigkeit, Oberflächenqualität und Umformbarkeit gefordert sind. Strangpressprofile und Stäbe werden hergestellt, wenn komplexe Formen oder bearbeitete Komponenten benötigt werden, wobei eine enge chemische Kontrolle im Fertigungsprozess entscheidend ist, um hohe Leitfähigkeit und geringe Einschlüsse sicherzustellen.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Werkstoff	Region	Bemerkungen
AA	1199	USA	Bezeichnung für ultrareines Aluminium im System der Aluminum Association
EN AW	Kein direkter Äquivalent	Europa	Kein exakter EN AW-Gegenpart; nächstliegende kommerzielle Reinheitsgrade sind EN AW-1050/1060
JIS	Kein direkter Äquivalent	Japan	Nächstverwandtes Material ist JIS A1050 oder A1070 bezüglich Reinheit
GB/T	Kein direkter Äquivalent	China	Chinesische Normen bieten hochreine Grade an, doch eine 1:1-Übersetzung ist unüblich

In einigen internationalen Normen gibt es gewöhnlich keine exakten Entsprechungen zu 1199, da 1199 für Spezialanwendungen mit ultrahoher Aluminiumreinheit entwickelt wurde. In der Praxis verwenden Konstrukteure die Werkstoffe aus der Familie 1100, 1050, 1060 als funktionale Äquivalente für allgemeine Anwendungen, wobei diese üblicherweise höhere Verunreinigungsgrade und leicht niedrigere Leitfähigkeit erlauben. Werden jedoch strenge Reinheitsanforderungen oder dokumentierte Maximalwerte der Elemente gefordert, ist die Spezifikation von AA 1199 oder eines herstellerspezifischen hochreinen Werkstoffs erforderlich.

Korrosionsbeständigkeit

Die Legierung 1199 zeigt eine ausgezeichnete atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, bedingt durch ihren hohen Aluminiumgehalt und minimale legierende Elemente, welche aktive Intermetallische Verbindungen bilden könnten. In den meisten nicht-aggressiven Umgebungen bildet sie eine stabile, schützende Aluminiumschicht, die gleichmäßige Korrosionsraten begrenzt und eine lange Gebrauchsdauer bei minimalem Wartungsaufwand gewährleistet. Oberflächenfinish, Verunreinigungen und Kaltverformung können lokale Korrosionsneigungen beeinflussen, daher sind Prozesskontrollen und Oberflächenbehandlungen bei kritischen Anwendungen wichtig.

In maritimen oder chloridhaltigen Umgebungen übertrifft 1199 viele legierte Aluminiumtypen aufgrund der niedrigen Kupfer- und sonstiger Elemente, die Lochfraß- oder Spaltkorrosion begünstigen. Dennoch müssen bei starkem Chloridkontakt galvanische Wechselwirkungen mit edleren Metallen (z. B. Kupfer, Edelstahl) berücksichtigt werden; die Verwendung von Isolierbarrieren oder Opferanoden ist gängige Praxis. Spannungsrisskorrosion ist bei 1199 selten, da kein signifikantes Ausscheidungselement vorliegt, das SCC fördert, jedoch sollten hohe Zugspannungen aus Umformung oder Schweißen kontrolliert werden, um unerwartete Ausfälle zu vermeiden.

Im Vergleich zu den Aluminiumfamilien 5xxx und 6xxx besitzt 1199 eine überlegene allgemeine Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit, allerdings eine geringere mechanische Festigkeit. Gegenüber anderen 1xxx-Familienlegierungen bietet 1199 oft eine leicht verbesserte Eigenschaft durch strengere Verunreinigungskontrolle; dies macht sie attraktiv für chemische Prozesse, hygienische und elektrische Anwendungen, bei denen Korrosion und Kontaminationsrisiken minimiert werden müssen.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

1199 lässt sich problemlos mit gängigen Schmelzschweißverfahren wie TIG und MIG verbinden, da die Legierung im Wesentlichen reines Aluminium ist und nur geringe Neigung zu Heißrissen bei dünnen Blechdicken zeigt. Füllwerkstoffe umfassen handelsübliche reine Aluminiumelektroden (z. B. Al 1100) zur Anpassung der elektrischen Leitfähigkeit oder 4043/5356, wenn verbesserte mechanische Eigenschaften gewünscht sind; die Wahl hängt von den Einsatzanforderungen und der Akzeptanz der Leitfähigkeit nach dem Schweißen ab. Die Wärmeeinbringung ist sorgfältig zu steuern, um Kornwachstum und lokale Erweichung im Wärmeeinflussbereich zu minimieren; Vor- und Nachbehandlungen zur Erhaltung von Festigkeit und Umformbarkeit sind oft erforderlich.

Zerspanbarkeit

Als ein sehr weiches, duktiles Metall lässt sich 1199 leicht bearbeiten, kann aber bei ungeeigneten Werkzeugen und Schnittwerten zum Aufbauschneiden und schlechter Oberflächengüte neigen. Hartmetall- oder Keramikwerkzeuge mit großem Spanwinkel und scharfen Schneidkanten reduzieren Reibung und fördern die kontinuierliche Spanbildung; der Einsatz geeigneter Schmierstoffe oder Kühlschmierstoffe unterstützt Spanabfuhr und Werkzeugstandzeit. Bearbeitungsparameter sollten höhere Vorschübe und kontrollierte Drehzahlen bevorzugen, um Schmiereffekte zu vermeiden; Feinbearbeitungen erfolgen mit leichten Schnitten, um eine niedrige Oberflächenrauheit zu erzielen und die Leitfähigkeit zu erhalten.

Umformbarkeit

1199 ist im weichgeglühten Zustand sehr gut umformbar und ermöglicht aggressive Umformverfahren wie Tiefziehen, Walzprofilieren oder Biegen mit engen Radien, die bei stärker legierten Legierungen zu Brüchen führen würden. Empfohlene minimale Biegeradien innen im O-Zustand liegen häufig im Bereich 0,5–1,0× Materialdicke für moderate Anwendungen; für dickere Querschnitte oder komplexe Zieharbeiten werden größere Radien empfohlen. Das Kaltverformungsverhalten ist berechenbar und gut kontrollierbar; Zwischenzustände (H12–H14) erlauben schrittweise Festigkeitssteigerungen ohne vollständigen Verlust der Umformbarkeit.

Wärmebehandlungsverhalten

Da 1199 nahezu reines Aluminium ist, ist es nicht wärmebehandelbar im Sinne der Ausscheidungshärtung. Ein Nutzen durch Lösungsglühen und künstliches Altern wie bei Legierungen der Serien 2xxx, 6xxx oder 7xxx besteht nicht. Thermische Behandlungen beschränken sich daher auf Glühzyklen: Vollglühen (O) bei ca. 350–415 °C (mit anschließendem langsamem Abkühlen je nach Querschnitt) zur Spannungsarmglühung und Maximierung der Duktilität sowie Steuerung der Rekristallisation zur Körnungsfeinung.

Die Hauptmethode zur Festigkeitssteigerung und Eigenschaftsänderung ist die Kaltverfestigung durch plastische Verformung. Wiederholte Kaltarbeitszyklen und Teilglühungen oder Erholungsbehandlungen ermöglichen die gezielte Einstellung mechanischer Eigenschaften für Stanz- oder Umformprozesse. Beim Schweißen können lokale Glühprozesse und mechanische Nachbehandlungen genutzt werden, um die Duktilität im Wärmeeinflussbereich wiederherzustellen oder den Endzustand zu kalibrieren.

Hochtemperatureigenschaften

1199 verliert relativ schnell mechanische Festigkeit bei Temperaturen oberhalb von Raumtemperatur, da legierende Elemente zur Festigungsstabilisierung bei erhöhten Temperaturen kaum vorhanden sind. Die praktisch zulässigen Einsatztemperaturen liegen für tragende Anwendungen typischerweise bei etwa 150–200 °C; darüber treten signifikanter Weichwerden und Kriechen auf. Oxidation beschränkt sich auf Bildung einer dünnen, schützenden Aluminiumschicht, die Oberflächenabbau verhindert, außer in stark oxidierenden Schmelzen oder Dämpfen.

Die thermische Stabilität von elektrischer sowie thermischer Leitfähigkeit bleibt bei mäßig erhöhten Temperaturen akzeptabel, jedoch sind thermische Ausdehnung und mechanische Relaxation unter Dauerbelastung bei Baugruppen zu beachten. Der Wärmeeinflussbereich neben Schweißnähten kann Kornwachstum und Erweichung zeigen; Konstruktion und Fertigung sollten längere Hochtemperaturbelastungen vermeiden, wenn mechanische Leistung erforderlich ist.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Warum 1199 verwendet wird
Elektrotechnik & Energie	Sammelschienen, Verbinder, Folien	Hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Umformbarkeit für Stanz-/Biegeteile
Elektronik & Wärmemanagement	Kühlkörper, Wärmestraps	Hervorragende Wärmeleitfähigkeit bei geringem Gewicht
Chemie / Lebensmittelverarbeitung	Korrosionsbeständige Behälter, Auskleidungen	Hohe Reinheit und Korrosionsbeständigkeit minimieren Kontaminationsrisiken
Luft- und Raumfahrt / Kryotechnik	Kryogene Gefäße, Armaturen	Niedriger Verunreinigungsgehalt und Duktilität bei tiefen Temperaturen
Architektur / Kunst	Dekorative Platten, geformte Fassaden	Ausgezeichneter Oberflächenzustand, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit

1199 wird dort eingesetzt, wo die Kombination aus hoher Leitfähigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit funktionale Vorteile bietet, die die vergleichsweise geringe mechanische Festigkeit überwiegen. Häufig findet es Verwendung in dünnwandigen Bauteilen und Spezialteilen, bei denen Reinheit und Transportfähigkeiten stärker gewichtet werden als Tragfähigkeit.

Auswahlhinweise

Ingenieure, die zwischen 1199 und anderen Aluminiumwerkstoffen wählen, sollten das erforderliche Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit, Umformbarkeit und Festigkeit beachten. Im Vergleich zu kommerziell reinen Aluminiumlegierungen wie 1100 bietet 1199 engere Verunreinigungskontrolle sowie leicht höhere Leitfähigkeit und Sauberkeit bei vergleichbarer oder leicht geringerer mechanischer Festigkeit je nach Fertigungsweg. Gegenüber häufig verwendeten kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 tauscht 1199 etwas Festigkeit gegen überlegene elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie verbesserte Korrosionsbeständigkeit ein; 1199 ist vorzuziehen, wenn Leitfähigkeit oder Sensitivität gegenüber Verunreinigungen ausschlaggebend sind.

Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 bietet 1199 deutlich höhere Leitfähigkeit und oft bessere Umformbarkeit bei geringerer Höchstfestigkeit. 1199 wird bevorzugt, wenn Schweißgüte, Leitfähigkeit oder komplexe Umformungen wichtiger sind als hohe, ausscheidungshärtbare Festigkeiten. In der Beschaffung sollten Kosten und Verfügbarkeit berücksichtigt werden – 1199 ist spezialisiert und kann preislich oder lieferzeitlich über häufigeren 1xxx- oder 5xxx-Legierungen liegen, weshalb sein Einsatz für Anwendungen reserviert werden sollte, die seine besonderen Eigenschaften direkt nutzen.

Abschließende Zusammenfassung

Die Legierung 1199 bleibt relevant, wenn ultrasaubere Aluminiumqualität, hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie überlegene Korrosionsbeständigkeit zusammen mit ausgezeichneter Umformbarkeit und Schweißbarkeit gefordert sind. Ihre Rolle ist komplementär zu stärker legierten Aluminiumwerkstoffen: Ingenieure entscheiden sich für 1199, wenn Leistungstreiber Transporteigenschaften, Reinheit und duktiles Umformen über maximale Festigkeit dominieren.