Kobber, messing og bronze
Kobber har været brugt af mennesker i tusindvis af år, fordi det er et af de metaller, der findes rent i naturen. I dag bruger vi især kobber i elektriske komponenter, fordi metallet har en god ledningsevne.
I ren form er kobber, næst efter sølv, den bedst kendte leder af elektricitet og varme. Derfor stiger behovet for kobber også i takt med den grønne omstilling, som er drevet af strøm.
Når kobber oxiderer, danner det et naturligt beskyttende lag; det patinerer eller irrer. Patineringen kan med tiden udvikle den karakteristiske irgrønne farve, som vi kender fra statuer og kobbertage. Laget beskytter metallet mod korrosion.
Hvad bruger man kobber til?
Kobber bruges især til elektriske komponenter i alle industrier. Det kan fx være i smartphones, elbiler og vindmøller.
Derfor er kobber et vigtigt materiale i den grønne omstilling, hvor behovet for elektricitet hele tiden vokser.
Kobber er naturligt antibakterielt, og derfor er det også meget udbredt i sundhedssektoren og medicinalindustrien.
Kobber er også meget udbredt som facadebeklædning og fyldningsplader ved vinduer. Du kan se eksempler fra vores kunder her.
Kan kobber ruste?
Kobber kan ikke ruste – det kan kun jern. Men kobber kan korrodere, hvis den valgte legering ikke passer til miljøet.
Kobber danner et naturligt oxidlag, som beskytter mod korrosion. Det er det lag, der med tiden bliver brunt eller grønt og kaldes patina eller ir.
Kan man svejse i kobber?
Man kan godt svejse i kobber, men ikke alle legeringer egner sig lige godt. Overordnet set skal legeringen indeholde fosfor og være fri for oxygen. CW004A egner sig ikke, mens CW008A og CWo21A er velegnede til svejsning.
Den høje varmeledningsevne betyder, at det kræver lidt øvelse at lave en god svejsning i kobber.
|
|
Enhed |
Kobber CW004A (99,9 % kobber) |
Messing CW614N/ CW617N |
Bronze CC493K (Lejebronze) |
|
Massefylde |
g/cm3 |
8,9 |
8,47 |
8,83 |
|
Smeltepunkt |
°C |
1084 |
875-890 |
860-1020 |
|
Elektrisk ledningsevne |
%IACS |
100 |
28 |
12 |
|
Varmeledningsevne |
W/m*K |
390 |
123 |
64 |
|
Varmeudvidelseskoefficient |
µm/m*K |
17 |
19,3 |
18 |
|
E-modul |
MPa |
110.000 |
97.000 |
101.000 |
|
Spånindex |
|
20 |
100 |
85 |
Se mere i databladene for de enkelte legeringer.
Kobber er et relativt tungt materiale, men den gode ledningsevne og den ekstremt høje formbarhed giver store fordele. Fx kan kobber trækkes ud til meget lange, tynde tråde, som bruges i ledninger. Jo tyndere tråde, en ledning er sammensat af, jo mere fleksibel er ledningen.
Kobber er naturligt antibakterielt, og derfor kan man indimellem se dørhåndtag af kobber i sundhedssektoren.
Sådan beregner du den termiske udvidelse
Metaller udvider og trækker sig sammen afhængigt af temperaturen.
Derfor er det vigtigt at tage højde for den termiske udvidelse, også kaldet varmeudvidelsen, i miljøer med store temperaturudsving. Det kan fx være udendørs i Danmark, hvor temperaturen nemt kan variere fra -20 °C til +30 °C.
Du udregner udvidelsen ved hjælp af varmeudvidelseskoefficienten (se tabel under Fysiske egenskaber).
Eksempel
- En plade af rent kobber (CW004A - varmeudvidelseskoefficient: 17,0 µm/m*K) er monteret på en facade.
- Ved -20 °C er pladen 1000 mm
- Ved +30 °C, altså 50 grader varmere, er varmeudvidelsen:
17 µm/(m*K)*1 m*50 K=800 µm=0,85 mm
Pladen er dermed 1000,85 mm ved +30 °C.
Find data om de enkelte legeringer i databladene.
Hvad er valseretningen?
Når man valser en plade, efterlader valsningen strukturlinjer i overfladen.
Strukturlinjerne er synlige på den færdige plade, og derfor er det i nogle tilfælde nødvendigt at tage højde for valseretningen, hvis pladens udseende er relevant for funktionen.
For at skabe et ensartet udtryk er det vigtigt, at forskellige plader eller emner monteres sådan at strukturlinjerne går i samme retning.
Hvis pladen skal bukkes, kan valseretningen have indflydelse på bukkeevnen.
Derfor skal du angive valseretningen, når du bestiller en savet plade. Det sikrer, at den færdige plade har de rette egenskaber i forhold til længden og bredden. På dette eksempel vil pladen have en valseretning på 300 mm:
Hvad betyder legeringsbetegnelsen?
Kobberlegeringer bliver navngivet efter et fast system*. Betegnelsen består af:
- Et C for kobber
- Et bogstav, der indikerer produkttypen
- Et 3-cifret tal, der indikerer legeringsindholdet
- Et bogstav
For eksempel: CW004A.
Det andet bogstav, efter C for kobber, kan være B, C eller W afhængigt af produkttypen:
|
Bogstav |
Produkttype |
|
B |
Ingot (billet) |
|
C |
Støbt materiale (cast) |
|
W |
Smedet materiale (wrought) |
Tallet og det sidste bogstav fortæller om legeringselementerne:
|
Serie |
Bogstav |
Metal/navn |
Kommentar |
Eksempel |
|
000 - 099 |
A eller B |
Rent kobber |
Høj elektrisk ledningsevne |
CW000A |
|
100 - 199 |
C eller D |
Kobber |
Mindre end 5% legeringselementer |
CW100C |
|
200 - 299 |
E eller F |
Kobber |
Mere end 5% legeringselementer |
CW200E |
|
300 - 349 |
H |
Alubronze |
Anvendes typisk til mønter |
CW300G |
|
350 - 399 |
H |
Kobber-nikkel |
God til maritime miljøer |
CW350H |
|
400 - 449 |
J |
Nysølv |
Dekorative formål |
CW400J |
|
450 - 499 |
K |
Bronze |
Klassisk bronze |
CW450K |
|
500 - 599 |
L eller M |
Messing |
Klassisk messing |
CW500L |
|
600 - 699 |
N eller P |
Messing med bly |
Velegnet til bearbejdning |
CW600L |
|
700 - 799 |
R eller S |
Messing med aluminium, mangan eller andet |
God korrosionsbestandighed |
CW700R |
*EN 1412 - Copper and copper alloys - European numbering system
Messing er en legering af kobber og 5-40 % zink. Jo højere zinkindhold, jo mere gulligt bliver metallet – den karakteristiske messingfarve.
Messing er mere korrosionsbestandigt end rent kobber, og det har bedre mekaniske egenskaber såsom styrke og formbarhed. Messing er også meget velegnet til bearbejdning. Til gengæld betyder zinkindholdet, at messing har en lavere ledningsevne end rent kobber.
Bronze er typisk en legering af kobber og tin, men der findes også bronzelegeringer af kobber og aluminium (alubronze) eller kobber og bly.
Når man legerer kobber med bly eller tellur, bliver metallet langt mere velegnet til bearbejdning. Bly og tellur gør spånerne kortere og hårdere, så de ikke kommer i vejen for bearbejdningen.
Til gengæld har bly nogle sundhedsskadelige virkninger, som betyder, at man generelt forsøger at begrænse brugen. Derfor er bly bl.a. omfattet af EU’s RoHS- og REACH-lovgivning.
I de senere år har nogle producenter udviklet legeringer, som har et lavt blyindhold, men som stadig er velegnede til bearbejdning. Det gælder for eksempel messinglegeringen CW724R (Eco Brass).
Generelt er messing et af de mest velegnede materialer til skærende bearbejdning. På spåntagningsindekset er messinglegeringen CW614N indeks 100, dvs. den mest velegnede legering til spåntagning. Rent kobber med tellur, CW118C, er cirka indeks 80 og rent kobber, fx CW004A, er cirka indeks 20.
Kobbers ledningsevne
Elektrisk ledningsevne
Rent kobber har en meget god elektrisk ledningsevne, og derfor anvendes ca. 2/3 af alt udvundet kobber i dag i elektriske applikationer. Det kan fx være i ledninger eller elektriske komponenter.
Kobbers ledningsevne er så god, at standarden for at måle metallers ledningsevne er bestemt efter kobber. Ledningsevnen måles i %IACS (International Annealed Copper Standard), hvor kobber er 100 %.
Varmeledningsevne
Kobber har også en meget god varmeledningsevne. Det betyder, at kobber i elektriske applikationer hurtigt leder varmen væk – og det gør kobber endnu mere velegnet til dette formål.
Varme i materialet skaber modstand for den elektriske strøm, så når kobberet hurtigt kan lede varmen væk, optimerer man samtidig den elektriske ledningsevne.
De fleste kortslutninger af elektriske apparater skyldes overophedning. Måske kender du det fra din smartphone om sommeren: De fleste moderne smartphones er designet til at slukke, hvis de bliver overophedede, fx af at ligge i solen.
Patina og ir på kobber
Når kobber kommer i kontakt med atmosfærisk luft, dannes der et tyndt lag kobberoxid på kobberoverfladen. Det er det, vi kender som ir eller patina.
Kobberoxiden beskytter effektivt kobberet mod yderligere nedbrydning/korrosion, og med tiden udvikler farven sig til den karakteristiske irgrønne farve, du kender fra tagene på ældre bygninger eller statuer.
Man kan fremskynde patineringen, så materialerne er patinerede eller helt irgrønne ved levering eller bliver det hurtigere end den naturlige proces. Det er specielt brugt i forbindelse med facadekonstruktioner, hvor man ønsker et varmt og ”autentisk” udtryk.
En lodret flade, hvor vand og anden forurening let løber af, patinerer væsentligt langsommere end en vandret flade. Derfor tager det flere år at udvikle en dyb brun kobberfacade, hvis pladerne ikke er for-patinerede. Grøn ir tager endnu længere tid.
På en vandret flade bliver vandet liggende i længere tid, og her kan man regne med at se dyb brun patina efter cirka 8-15 år.
En overflade tæt på by eller hav patinerer/irrer hurtigere end en overflade i landlige omgivelser.
Patineringen er en naturlig proces, og derfor vil farvenuancerne ændre sig over tid og afhængigt af miljøet.
Genanvendelse af kobber
Kobber bliver i stor stil genanvendt og omsmeltet til nye produkter.
Sammenlignet med andre industrimetaller er kobber relativt kostbart, og derfor er der stort set intet spild – alt skrot bliver genanvendt.
Nogle kobberværker tilbyder genanvendelse i lukkede kredsløb. Det betyder, at man som kunde kan sende sit kobberskrot tilbage til værket til omsmeltning og få ”det samme” kobber tilbage som færdigt produkt.