Zuiver koper en koperlegeringen

1. Chemische samenstelling

Zuiver koper

Verwijst naar ongelegeerd koper met een minimaal kopergehalte (Cu) van 99,3% (volgens normen zoals ASTM B152 of GB/T 5231). Sporen van onzuiverheden (bijv. zuurstof, ijzer, lood) zijn dat doorgaans wel<0.7% and not added intentionally. Common grades include:

C11000 (zuurstof-vrij koper, OFHC): 99,99% Cu, laag zuurstofgehalte voor hoge geleidbaarheid.

C12200 (fosfor-gedeoxideerd koper): 99,90% Cu + ~0,02–0,05% fosfor (om zuurstof te verwijderen, waardoor "waterstofverbrossing" wordt voorkomen in omgevingen met hoge- temperaturen).

Koperlegeringen

Gemaakt door het toevoegen van een of meer legeringselementen (bijvoorbeeld zink, tin, aluminium, nikkel, ijzer, silicium) aan puur koper om de sterkte, hardheid, corrosieweerstand of bewerkbaarheid te verbeteren. De legeringselementen zijn doorgaans verantwoordelijk voor 1–40% van de totale samenstelling. Voorbeelden:

Messing: koper + zink (bijv. C26000 "Cartridge Brass": 70% Cu + 30% Zn).

Brons: koper + tin (bijv. C90700 "Marinebrons": 88% Cu + 10% Sn + 2% Zn) of koper + niet- tinelementen (bijv. aluminiumbrons, siliciumbrons).

Koper-nikkel (kopronikkel): koper + nikkel (bijv. C71500 "70/30 kopernikkel": 70% Cu + 30% Ni).

2. Mechanische eigenschappen

Eigendom	Zuiver koper	Koperlegeringen
Treksterkte	Laag (220–300 MPa in gegloeide toestand). Zacht en ductiel, gevoelig voor vervorming onder stress.	Hoger (300–900 MPa, afhankelijk van legering en warmtebehandeling). Legeringselementen (bijv. tin, nikkel, ijzer) vormen vaste oplossingen of intermetallische verbindingen om de matrix te versterken.
Hardheid (Brinell)	Laag (40–60 HB). Gemakkelijk bekrast of vervormd.	Hoger (60–200 HB). Marinebrons (C90700) heeft bijvoorbeeld een hardheid van ~110 HB, terwijl aluminiumbrons (C61400) 180 HB kan bereiken.
Ductiliteit (% rek)	Hoog (40-50% in gegloeide toestand). Uitstekend geschikt voor het tekenen, buigen of vormen van complexe vormen (bijvoorbeeld draden, buizen).	Lager (10-40%). De taaiheid neemt af naarmate de sterkte/hardheid toeneemt, maar sommige legeringen (bijvoorbeeld patroonmessing C26000) behouden nog steeds een goede vervormbaarheid.
Vermoeidheid weerstand	Arm. Gevoelig voor vermoeidheidsbreuken bij herhaalde belasting.	Superieur. Legeringselementen verbeteren de weerstand tegen cyclische spanning (cruciaal voor componenten zoals tandwielen, kleppen of scheepshardware).

3. Corrosiebestendigheid

Zuiver koper

Goede corrosiebestendigheid in milde omgevingen (bijv. lucht, zoet water, niet-oxiderende zuren) dankzij een beschermende oxidefilm. Echter:

Kwetsbaar voor "ontzinking" in chloride-rijke omgevingen (bijvoorbeeld zeewater) als er onzuiverheden aanwezig zijn.

Gevoelig voor corrosie in ammoniak-omgevingen (bijvoorbeeld industriële emissies) of zwavelzuur in hoge concentraties.

Koperlegeringen

Corrosiebestendigheid wordt op maat gemaakt via legering:

Messing: Goed bestand tegen lucht en zoet water, maar slecht tegen zeewater (gevoelig voor ontzinking tenzij gestabiliseerd met arseen, bijv. C26800 "Arsenical Brass").

Marinebrons: Uitstekende weerstand tegen zeewater, biofouling (bijvoorbeeld zeepokken) en zoutnevel-ideaal voor maritieme toepassingen.

Koper-Nikkel (C71500): Uitzonderlijke weerstand tegen zeewatercorrosie, erosie en cavitatie-gebruikt in scheepsrompen, warmtewisselaars en offshore-platforms.

Aluminiumbrons: Bestand tegen corrosie in zware omstandigheden (bijvoorbeeld industriële chemicaliën, zout water) en heeft anti-slijtage-eigenschappen.

4. Thermische en elektrische geleidbaarheid

Zuiver koper

Uitzonderlijke geleidbaarheid:

Elektrische geleidbaarheid: ~98–100% IACS (International Annealed Copper Standard)-de maatstaf voor elektrische geleiders.

Thermische geleidbaarheid: ~390 W/(m·K)-superieur voor warmteoverdrachtstoepassingen.

Koperlegeringen

De geleidbaarheid neemt af naarmate het legeringsgehalte toeneemt (legeringselementen verstoren de elektronenstroom):

Messing (C26000): Elektrische geleidbaarheid ~28% IACS; thermische geleidbaarheid ~110 W/(m·K).

Koper-nikkel (C71500): elektrische geleidbaarheid ~2% IACS; thermische geleidbaarheid ~29 W/(m·K).

Brons: Geleidbaarheid varieert (bijvoorbeeld marinebrons: ~15% IACS; siliciumbrons: ~30% IACS).

info-448-439 info-443-447

info-443-447 info-441-447

5. Verwerking en fabricage

Zuiver koper

Eenvoudig te verwerken via:

Koudvervormen (trekken, walsen, extruderen) vanwege hoge taaiheid.

Heet werken (smeden, gieten) bij gematigde temperaturen (700–900 graden).

Lassen (solderen, solderen, TIG/MIG-lassen) met minimaal scheurrisico.

Bewerking: Vereist smering om vastplakken te voorkomen (puur koper is "kleverig" en kan snijgereedschap verstoppen).

Koperlegeringen

Verwerkbaarheid is afhankelijk van de legering:

Messing (C26000): uitstekende bewerkbaarheid ("vrij-snijden" met toegevoegd lood, bijv. C36000 "vrij-snijden van messing") en vervormbaarheid-gebruikt voor schroeven, kleppen en decoratieve onderdelen.

Brons: Moeilijker te bewerken dan messing, maar kan in complexe vormen worden gesmeed of gegoten (bijvoorbeeld lagers, tandwielen).

Koper-nikkel: moeilijk te bewerken vanwege de hoge taaiheid-vereist scherp gereedschap en lage snelheden; lassen is mogelijk met de juiste techniek.

6. Kosten

Zuiver koper

Hogere kosten vanwege hoge zuiverheidseisen (vooral zuurstof-vrij koper voor elektronica). Prijzen zijn rechtstreeks gekoppeld aan de mondiale kopergrondstoffenmarkten.

Koperlegeringen

De kosten variëren per legeringselementen:

Messing: Lagere kosten dan puur koper (zink is goedkoper dan koper).

Brons: hogere kosten dan messing (tin is duurder dan zink).

Koper-nikkel: tegen de hoogste prijs (nikkel is een premium metaal)-wordt alleen gebruikt in toepassingen met hoge- prestaties waarbij corrosiebestendigheid van cruciaal belang is.

7. Toepassingsscenario's

Zuiver koper

Elektrisch: Draden, kabels, rails, transformatoren en printplaten (hoge geleidbaarheid).

Thermisch: Warmtewisselaars, radiatoren en koelsystemen (hoge thermische geleidbaarheid).

Loodgieterswerk: Leidingen en fittingen (corrosiebestendigheid in zoet water).

Elektronica: halfgeleidercomponenten (zuurstof-vrij koper om verontreiniging te voorkomen).

Koperlegeringen

Messing: Decoratieve voorwerpen (deurknoppen, kranen), muziekinstrumenten, munitiehulzen en sanitaire voorzieningen (evenwicht tussen kosten, vervormbaarheid en corrosieweerstand).

Brons: lagers, bussen, tandwielen, scheepsschroeven en architectonische hardware (hoge sterkte, slijtvastheid en weerstand tegen zeewatercorrosie).

Koper-Nikkel: scheepsrompen, warmtewisselaars, ontziltingsinstallaties en offshore olieplatforms (extreme corrosieweerstand in zeewater).

Aluminiumbrons: Industriële kleppen, pompen en mijnbouwapparatuur (weerstand tegen slijtage en agressieve chemicaliën).

Samenvatting

Zuiver koper wordt gewaardeerd om zijn eigenschappenuitzonderlijke geleidbaarheid en ductiliteitmaar mist sterkte en corrosieweerstand in ruwe omgevingen. Koperlegeringen zijn daarentegen ontworpen om te optimaliserensterkte, hardheid, corrosieweerstand of bewerkbaarheidvoor specifieke toepassingen-waarbij een bepaalde geleidbaarheid wordt ingeruild voor betere prestaties. De keuze tussen puur koper en koperlegeringen hangt af van de vereiste eigenschappen (bijvoorbeeld geleidbaarheid, sterkte, corrosieweerstand) en kostenbeperkingen in eind-gebruiksscenario's.