Beschrijvingfiche

Symbool: Cu Dichtheid: 8,92 kg/dm3 Smeltpunt: 1084°C Uitzettingscoëfficiënt: 1,7 mm/m bij 100 graden Het enige metaal, samen met goud, dat een natuurlijke kleur heeft. Het beste geleidingsvermogen voor elektriciteit en warmte na zilver. Gemiddelde aanwezigheid in de totale aardkorst: 55 g per ton. Aanwezigheid in levende organismen: 1 tot 10 milligram per kg.

Elektrische eigenschappen

De belangrijkste eigenschap van koper is zijn goede geleidingsvermogen voor elektriciteit. Dit elektrische geleidingsvermogen werd door de Internationale Élektrotechnische Commissie in 1913 ingesteld als de referentiewaarde, terwijl de soortelijke weerstand van koper, die 1,724 micro-ohm/cm bedraagt in uitgegloeide toestand, ingesteld werd als ijkmaat voor deze waarde.

Het geleidingsvermogen van koper is per definitie gelijk aan 100% IACS (International Annealed Copper Standard). Enkel zilver kan prestaties voorleggen die op dat punt iets beter zijn (ongeveer 106 IACS).

De degelijkheid van de koperdraad en de betrouwbaarheid van de contacten die ermee bereikt kunnen worden, zijn de belangrijkste redenen waarom koper algemeen gebruikt wordt in de hele elektrotechnische sector, bij de distributie van elektrische energie en bij de fabricatie van elektrische apparatuur en elektronicaonderdelen.

Een voorbeeld: 95% van alle draadvormige geleiders in een Airbus zijn van koper. Zodra een heel hoge contactbetrouwbaarheid vereist is, zoals bij een satelliet, voorziet men een extra goud-, zilver- of tinlaag, oppervlaktecoatings die bijzonder geschikt zijn voor koper.

Warmtegeleidingsvermogen

Aangezien koper het metaal is dat warmte het best geleidt, wordt deze eigenschap ingezet voor het snel verwarmen of afkoelen van een vloeistof of gas:

warmwatertoestellen of wandketels, voertuigradiatoren, condensoren en voorverwarmers van elektriciteits-, warmte- en kerncentrales.

Dit laatste voorbeeld vertegenwoordigt ongeveer 200 ton koperlegeringen voor 1000 geïnstalleerde Megawatt.

Geschiktheid tot legeringvorming

De meeste elementen zijn oplosbaar in koper en kunnen er legeringen mee vormen, waarvan sommige gebruikt worden in bijzonder interessante toepassingen.

Nikkel kan tot 100% nikkel absorberen, 40% zink, 25% tin en 15% aluminium.

De koperlegeringen, en dan vooral messing, worden in enorm veel toepassingen gebruikt.

Corrosievastheid

Koper en koperlegeringen worden niet aangetast door water, noch door heel wat chemicaliën.

Deze eigenschap wordt gebruikt voor de productie van koperen buizen of recipiënten en containers voor diverse sectoren.

Alle kraanwerk is in messing of brons.

Een koperen dakbedekking is bestand tegen de tand des tijds.

Wanneer koper gebruikt wordt in toepassingen in zeemilieu, combineert men het meestal met aluminium of nikkel zodat het goed bestand is tegen een eventuele aantasting door zeewater. Pompen en leidingen voor zeewater, waarvan de debieten soms meerdere m³ per seconde bedragen en die gebruikt worden op offshoreolieplatformen, aan boord van schepen of in de elektriciteitscentrales aan de kust zijn uitsluitend gemaakt van koper-aluminium- of koper-nikkellegeringen.

Biologische eigenschappen

Vroeger werd koper beschouwd als een gevaarlijk gif, vooral in de vorm van kopergroen, één van de vele koperoxiden. Vandaag de dag weten we dat koper levensnoodzakelijk is: mens en dier moeten dagelijks enkele milligram koper opnemen om de vorming van hemoglobine in het bloed te verzekeren. In de kopersector komt geen specifieke beroepsziekte voor. Koper bezit erkende bacteriëndodende eigenschappen. Het vernietigt micro-organismen en bacteriën en zuivert de leidingen die wereldwijd gebruikt worden voor de distributie van water, de productie van bier en jam, en voor de distillatie van alcohol.

Deze kenmerken bezorgen koper en enkele van de legeringen, zoals koper-nikkel, antifoulingeigenschappen, ze verhinderen m.a.w. dat algen en zeeorganismen zich vastzetten. Deze eigenschap wordt in combinatie met de corrosievastheid vaak gebruikt voor alle toepassingen in een zeeomgeving.
Koperzouten zoals sulfaat of oxychloride bezitten ook schimmelwerende eigenschappen die ingezet worden in de wijnbouw en de landbouw.

Bewerkbaarheid en oppervlaktebehandelingen

Koper op zich is niet onmiddellijk geschikt om bewerkt te worden. Sommige van de legeringen daarentegen, en vooral dan messing, kunnen uitstekend bewerkt worden, onder andere ook bij grote snelheden. Koper en de koperlegeringen zijn erg geschikt voor de meeste oppervlaktebehandelingen.

Kneedbaarheid en vervormbaarheid

Koper is een bijzonder rekbaar metaal. In zuivere vorm kan het bijna onbeperkt koudbewerkt worden. Zowel koper als koperlegeringen kunnen vlot worden gewalst tot staalplaten, bewerkt met een hamer tot erg dunne vellen en uitgetrokken tot bijzonder dunne draden. Ze zijn vooral geschikt voor vervorming bij hoge temperaturen.

Lasbaarheid

Koper en koperlegeringen kunnen makkelijk gelast worden, of het nu gaat om gewoon lassen, elektrisch lassen, hardsolderen of lassen met tin.

Amagnetisme

Koper is niet magnetisch. Dankzij deze eigenschap kan het in heel wat toepassingen gebruikt worden waaronder in eerste instantie de uurwerkindustrie, maar ook de elektrotechnische en de wapenindustrie (mijnenvegers).

EIGENSCHAPPEN VAN KOPERLEGERINEN

Voorstelling

Koper beschikt over heel wat opmerkelijke eigenschappen. Deze zijn daarom niet altijd systematisch allemaal tegelijkertijd vereist door de klant. In het overgrote deel van de kopertoepassingen wordt koper gebruikt wegens één van deze 2 overheersende eigenschappen: het elektrische en thermische geleidingsvermogen enerzijds, en de corrosievastheid anderzijds.

Maar aan deze twee basiseigenschappen moeten vaak ook nog enkele andere eigenschappen toegevoegd worden zoals mechanische weerstand en de geschiktheid om gebruikt of bewerkt te worden, eigenschappen die koper niet of onvoldoende bezit. In dat geval doet men een beroep op koperlegeringen.

We gaan altijd uit van de twee overheersende eigenschappen die vaak het belangrijkst zijn, maar daarna moet de voorschrijver in de ruime waaier aan mogelijke toevoegingen op zoek gaan naar die toevoeging die hem, dankzij de verstevigde mechanische eigenschappen en de geschiktheid tot bewerking ervan, in staat kan stellen om tot een optimaal compromis te komen met alle andere vereisten.

Lichte koperlegeringen

De koperlegeringen in deze categorie bevatten slechts een kleine hoeveelheid toevoegelementen, namelijk maximaal ongeveer 2%. Dankzij deze toevoegelementen kunnen de mechanische eigenschappen van het zuivere koper verbeterd worden, zonder daarbij de basiseigenschappen (het elektrische en thermische geleidingsvermogen en de corrosievastheid) al te veel te wijzigen.

Zo zal de toevoeging van een laag percentage zilver het warmtegedrag van het zuivere koper verbeteren. Koper dat aldus aangevuld is met zilver kan gebruikt worden voor onderdelen die hun toepassing vinden in omgevingen waar een hoge temperatuur heerst (bv. elektrische motoren, relais).

De geschiktheid om bewerkt te worden, vergelijkbaar met die van messing die gebruikt wordt in draaiwerk, kenmerkt in eerste instantie telluriumhoudend koper. Deze legering wordt gebruikt bij de fabricatie via het snel en precies bewerken of snijden van onderdelen die een goed elektrisch en thermisch geleidingsvermogen vereisen.

Er wordt een weinig chroom toegevoegd aan het koper wanneer een hoog elektrisch en thermisch geleidingsvermogen gecombineerd moet worden met de nodige vormvastheid, vooral bij hoge temperaturen: sterktelaselektroden, remonderdelen, gietvormpanelen voor het continugieten van staal.

De combinatie koper met beryllium is de krachtigste legering en bereikt mechanische eigenschappen die analoog zijn met die van sommige staalsoorten. Daarnaast biedt deze legering ook nog enkele andere voordelen: hoge rekgrens, betere corrosievastheid, uitstekend geschikt voor vormbewerkingen ... Bijgevolg kent deze legering ontelbaar veel toepassingen: relais, veren, complexe onderdelen, membranen ...

Deze categorie telt nog heel wat andere koperlegeringen: koper met tin, koper met zirkonium, koper met ijzer, koper met zwavel, koper met lood, koper met cadmium, koper met mangaan, enz ...

Momenteel worden er op dit vlak permanent nieuwe ontdekkingen gedaan wat betreft hoogwaardige technologieën en in het bijzonder de elektronica, en we kunnen wel stellen dat er wereldwijd bijna dagelijks patentaanvragen gedaan worden voor nieuwe legeringen van dit type.

Messinglegeringen

Dit zijn legeringen op basis van koper en zink die tussen 5 en 45% zink bevatten. Ze kunnen ook nog gecombineerd worden met andere toevoegelementen die hen dan nog bepaalde specifieke eigenschappen bezorgen. Het meest courante toevoegelement is lood.

Messing is de koperlegering die het meest gefabriceerd wordt. De vele basiskwaliteiten ervan zorgen ervoor dat het in heel wat toepassingen gebruikt kan worden.
Van alle koperlegeringen zijn de messinglegeringen het makkelijkst te gebruiken.
Ze kunnen gebruikt worden in alle vormen van halffabrikaten, alsook in alle procédés: vormgieten, matrijspersen, draaiwerk, dieptetrekwerk, bewerking, enz ...
Messing is de legering bij uitstek voor alle draaiwerk; voor het bewerken van onderdelen op een draaibankautomaat, en voor alle perswerk, waarbij een stuk metaal bij hoge temperatuur vervormd wordt door onmiddellijk persen in een matrijs.
Daarnaast is messing geschikt voor alle oppervlaktebehandelingen en biedt het als voordeel dat de fabricatierestanten een hoge intrinsieke waarde hebben.

We kunnen de messinglegeringen indelen in 3 grote categorieën:

Enkelvoudige messinglegeringen:

Enkelvoudige – of binaire – messinglegeringen zijn die legeringen die enkel koper en zink bevatten. Naarmate het zinkgehalte toeneemt, dalen het smeltpunt en het elektrische geleidingsvermogen, terwijl de mechanische weerstand en de hardheid verbeteren.

Messinglegeringen met lood:

Ze bevatten ongeveer 40% zink en 1 tot 3% lood.
Messinglegeringen met lood zijn beter geschikt voor bewerking dan alle andere industriële legeringen.
Lood, dat praktisch niet oplost in de messinglegering, wordt verspreid in fijne deeltjes die zorgen voor een goede fragmentatie van de spaanders bij draaibewerkingen; verder werkt het ook als een smeermiddel, gezien het lage smeltpunt.
Bij matrijspersbewerkingen ondergaat de messinglegering met lood soms erg complexe plastische vervormingen die makkelijk uitgevoerd kunnen worden dankzij zijn uitstekende kneedbaarheid bij hoge temperatuur.

Speciale messinglegeringen:

Deze worden verkregen door integratie van één of meer toevoegelementen zoals tin, aluminium, mangaan, nikkel, ijzer, silicium of zelfs arseen, met de bedoeling om bepaalde eigenschappen, en in het bijzonder de mechanische eigenschappen, te verbeteren. Ze dragen in de meeste gevallen tegelijkertijd bij tot een toename van de corrosievastheid.
Speciale messinglegeringen komen dan ook heel vaak voor. De meeste met speciale elementen belaste nuances worden algemeen gebruikt in de vorm van vormgegoten of gesmede onderdelen.
Bepaalde speciale messinglegeringen die "sterk resistente messinglegeringen" worden genoemd, beschikken naast hun corrosievastheid en hoge mechanische eigenschappen ook nog eens over een uitstekende weerstand tegen slijtage en wrijvingen.

Bronslegeringen

Bronslegeringen zijn hoofdzakelijk legeringen van koper en tin, ook al wordt de term brons soms verkeerdelijk gebruikt voor andere koperlegeringen.

Het tingehalte in de industriële legeringen bedraagt tussen 3 en 20%. Bij een hoger gehalte worden de bronslegeringen breekbaarder; in dat geval zijn ze voorbehouden voor heel specifieke toepassingen zoals de fabricatie van klokken die 20 tot 25% tin bevatten.

Aangezien ze uitstekend geschikt zijn voor vormgietbewerkingen, worden bronslegeringen vaak gebruikt als smeltlegering. Anderzijds beschikken ze over een uitstekende corrosievastheid en een goede wrijvingscoëfficiënt, waardoor ze erg slijtagevast zijn en hoge mechanische eigenschappen kunnen voorleggen.

Al deze eigenschappen, samen met het goede elektrische geleidingsvermogen, zorgen er op natuurlijke wijze voor dat ze perfect zijn voor de fabricatie van alle mogelijke veren, bussen, sluitringen en relais bestemd voor mechanische, elektrische of elektronische sectoren.

Koper-aluminium-, koper-nikkel- en koper-nikkel-zinklegeringen

Koper-aluminiumlegeringen bevatten ongeveer 4 tot 15% aluminium, al dan niet met gelijktijdige toevoeging van ijzer, nikkel of mangaan, waarbij het percentage van elk van deze elementen niet meer bedraagt dan 5%. Ze worden gekenmerkt door een goede weerstand tegen verschillende vormen van chemische corrosie, in het bijzonder tegen corrosie door zeewater, en beschikken over hoge mechanische eigenschappen.

Deze legeringen worden het vaakst gebruikt voor onderdelen of gehelen die gebruikt zullen worden in een zeeomgeving (schroeven van schepen, roeren, pompen ...).

Koper en nikkel zijn onderling oplosbaar in alle verhoudingen, bijgevolg zijn alle legeringen die deze beide elementen bevatten bruikbaar.
De overheersende eigenschappen van koper-nikkellegeringen zijn: uitstekende corrosievastheid voor zeewater, antifoulingeigenschappen en goede mechanische eigenschappen. Al deze eigenschappen zorgen ervoor dat de koper-nikkellegeringen perfect gebruikt kunnen worden in zeeomgevingen zoals bescherming van scheepsrompen, ontziltingsinstallaties, offshoreleidingen, oesterbanken en viskooien voor aquacultuur.
Nieuwzilver is een legering van koper, nikkel en zink.

Hun algemene eigenschappen situeren zich tussen die van messinglegeringen en koper-nikkellegeringen. Ze combineren een aangename kleur met een gebruiksgemak dat vergeleken kan worden met dat van de messinglegeringen, terwijl de mechanische eigenschappen dan weer hoger liggen. Hun corrosievastheid, die iets minder is dan bij de koper-nikkellegeringen, is echter wel voldoende voor heel wat omgevingen. De koper-nikkel-zinklegeringen worden vaak gebruikt in de edelsmeedkunst en in decoratie (schalen, bestekken, horlogekasten ...).

Bron :

Centre d'Information du Cuivre, Laitons et Alliages (Informatiecentrum voor Koper, Messing en Legeringen)
17, Rue Hamelin
75016 PARIJS