Kobber, messing og bronse
Kobber har vært brukt av mennesker i tusenvis av år fordi det er et av de metallene som finnes rent i naturen. I dag bruker vi hovedsakelig kobber i elektriske komponenter fordi metallet har en god ledningsevne.
I ren form er kobber den best kjente lederen av elektrisitet og varme, etter sølv. Derfor øker også behovet for kobber i takt med det grønne skiftet, som drives av elektrisitet.
Når kobber oksiderer, danner det et naturlig beskyttende lag; det patinerer. Patineringen kan over tid utvikle den karakteristiske, uregelmessige grønnfargen som vi kjenner fra statuer og kobbertak. Laget beskytter metallet mot korrosjon.
Hva bruker man kobber til?
Kobber brukes hovedsakelig til elektriske komponenter i alle bransjer. For eksempel i smarttelefoner, elbiler og vindturbiner.
Dette gjør kobber til et viktig materiale i den grønne omstillingen, der behovet for elektrisitet stadig øker.
Kobber er naturlig antibakterielt, og derfor er det også mye brukt i helsevesenet og legemiddelindustrien.
Kobber er også mye brukt som fasadekledning og vindusfyllingspaneler. Du kan se eksempler fra kundene våre her.
Kan kobber ruste?
Kobber kan ikke ruste - det er det bare jern som kan. Men kobber kan korrodere hvis den valgte legeringen ikke er egnet for miljøet.
Kobber danner et naturlig oksidlag som beskytter mot korrosjon. Det er dette laget som blir brunt eller grønt over tid, og kalles patina eller irr.
Kan man sveise kobber?
Du kan sveise i kobber, men ikke alle legeringer egner seg like godt. Generelt må legeringen inneholde fosfor og være fri for oksygen. CW004A er ikke egnet, mens CW008A og CWo21A er egnet for sveising.
Den høye varmeledningsevnen gjør at det krever litt øvelse å få til en god sveis i kobber.
|
|
Enhet |
Kobber CW004A (99,9 % kobber) |
Messing CW614N/ CW617N |
Bronse CC493K (Ingots) |
|
Tetthet |
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 |
|
Varmeutvidelseskoeffisienten |
µm/m*K |
17 |
19,3 |
18 |
|
E-modul |
MPa |
110.000 |
97.000 |
101.000 |
|
Sponindeks |
|
20 |
100 |
85 |
Se mer i databladene for de enkelte legeringene her.
Kobber er et relativt tungt materiale, men den gode ledningsevnen og den ekstremt høye formbarheten gir store fordeler. Kobber kan for eksempel trekkes til svært lange, tynne tråder som brukes i ledninger. Jo tynnere tråder en ledning består av, desto mer fleksibel er ledningen.
Kobber er naturlig antibakterielt, og derfor kan man av og til se at dørhåndtak i helsesektoren er av kobber.
Slik beregner du termisk ekspansjon
Metaller utvider- og trekker seg sammen avhengig av temperaturen.
Derfor er det viktig å ta hensyn til termisk ekspansjon i miljøer med store temperatursvingninger. For eksempel utendørs i Norge, der temperaturen lett kan variere fra -20 °C til +30 °C.
Du beregner den termiske ekspansjonen ved hjelp av varmeutvidelseskoeffisienten (se tabellen under Fysiske egenskaper).
Eksempel
- En plate av rent kobber (CW004A - varmeutvidelseskoeffisient: 17,0 µm/m*K) er montert på en fasade.
- Ved -20 °C er platen 1000 mm
- Ved +30 °C, 50 grader varmere, er varmeutvidelsen
17 µm/(m*K)*1 m*50 K=800 µm=0,85 mm
Platen er derfor 1000,85 mm ved +30 °C.
Du finner data om de enkelte legeringene i databladene.
Hva er valseretningen?
Når en plate valses, etterlater valsingen strukturlinjer i overflaten.
Strukturlinjene er synlige på den ferdige platen, så i noen tilfeller er det nødvendig å ta hensyn til valseretningen hvis platens utseende er relevant for funksjonen.
For å skape et ensartet utseende er det viktig at ulike plater eller komponenter monteres slik at strukturlinjene går i samme retning.
Hvis platen skal bøyes, kan valseretningen påvirke bøyeegenskapene.
Når du bestiller en saget plate, bør du derfor spesifisere valseretningen. Dette sikrer at den ferdige platen har de riktige egenskapene når det gjelder lengde og bredde. I dette eksempelet vil platen ha en valseretning på 300 mm:
Hva betyr legeringsbetegnelsen?
Kobberlegeringer navngis i henhold til et fast system*. Betegnelsen består av:
- C for kobber
- En bokstav som angir produkttypen
- Et tresifret tall som angir legeringsinnholdet
- En bokstav
For eksempel: CW004A.
Den andre bokstaven etter C for kobber kan være B, C eller W, avhengig av produkttype:
|
Bokstav |
Produkttype |
|
B |
Ingot (barrer) |
|
C |
Støpt materiale (cast) |
|
W |
Smidd materiale (wrought) |
Tallet og den siste bokstaven forteller om legeringselementene:
|
Serie |
Bokstav |
Metall/navn |
Kommentar |
Eksempel |
|
000 - 099 |
A eller B |
Rent kobber |
Høy elektrisk ledningsevne |
CW000A |
|
100 - 199 |
C eller D |
Kobber |
Mindre enn 5% legeringselementer |
CW100C |
|
200 - 299 |
E eller F |
Kobber |
Mer enn 5% legeringselementer |
CW200E |
|
300 - 349 |
H |
Alubronse |
Brukes vanligvis til mynter |
CW300G |
|
350 - 399 |
H |
Kobber-nikkel |
Godt egnet for maritime miljøer |
CW350H |
|
400 - 449 |
J |
Nikkel-sølv |
Dekorative formål |
CW400J |
|
450 - 499 |
K |
Bronse |
Klassisk bronse |
CW450K |
|
500 - 599 |
L eller M |
Messing |
Klassisk messing |
CW500L |
|
600 - 699 |
N eller P |
|
*EN 1412 - Copper and copper alloys - European numbering system
Messing er en legering av kobber og 5-40 % sink. Jo høyere sinkinnholdet er, desto mer gulaktig blir metallet - den karakteristiske messingfargen.
Messing er mer motstandsdyktig mot korrosjon enn rent kobber og har bedre mekaniske egenskaper som styrke og formbarhet. Messing er også svært godt egnet for bearbeiding. På den annen side gjør sinkinnholdet at messing har lavere ledningsevne enn rent kobber.
Bronse er vanligvis en legering av kobber og tinn, men det finnes også bronselegeringer av kobber og aluminium (alubronse) eller kobber og bly.
Når du legerer kobber med bly eller tellur, blir metallet mye bedre egnet for maskinering. Bly og tellur gjør sponene kortere og hardere, slik at de ikke kommer i veien for maskineringen.
På den annen side har bly noen helseskadelige effekter, noe som gjør at man generelt forsøker å begrense bruken av bly. Det er blant annet derfor bly er omfattet av EU’s RoHS- og REACH-lovgivning.
I de senere årene har noen produsenter utviklet legeringer som har et lavt blyinnhold, men som likevel egner seg for maskinering. Et eksempel er messinglegeringen CW724R (Eco Brass).
Generelt er messing et av de mest egnede materialene for skjæremaskinering. På bearbeidingsindeksen har messinglegeringen CW614N indeks 100, dvs. den mest egnede legeringen for maskinering. Rent kobber med tellur, CW118C, har omtrent indeks 80, og rent kobber, f.eks. CW004A, har omtrent indeks 20.
Ledningsevne i kobber
Elektrisk ledningsevne
Rent kobber har svært god elektrisk ledningsevne, og det er grunnen til at omtrent 2/3 av alt utvunnet kobber i dag brukes i elektriske applikasjoner. For eksempel i ledninger eller elektriske komponenter.
Kobber har så god ledningsevne at standarden for måling av metallers ledningsevne bestemmes av kobber. Konduktiviteten måles i %IACS (International Annealed Copper Standard), der kobber er 100 %.
Varmeledningsevne
Kobber har også svært god varmeledningsevne. Det betyr at kobber raskt leder bort varme i elektriske applikasjoner - noe som gjør det enda mer egnet til dette formålet.
Varme i materialet skaper motstand mot den elektriske strømmen, så når kobber raskt kan lede bort varme, optimaliserer det også den elektriske ledningsevnen.
De fleste kortslutninger i elektriske apparater skyldes overoppheting. Du kjenner kanskje igjen dette fra smarttelefonen din om sommeren: De fleste moderne smarttelefoner er konstruert slik at de slår seg av hvis de blir overopphetet, for eksempel hvis de ligger i solen.
Patina og irr på kobber
Når kobber kommer i kontakt med atmosfærisk luft, dannes det et tynt lag av kobberoksid på kobberoverflaten. Det er dette vi kjenner som irr eller patina.
Kobberoksidet beskytter effektivt kobberet mot ytterligere nedbrytning/korrosjon, og over tid utvikler fargen seg til den karakteristiske irr-grønne fargen du ser på takene på eldre bygninger eller statuer.
Patina og irr på fasader
Patineringen kan fremskyndes slik at materialene er patinerte/helt irrgrønn ved levering, eller at de blir det raskere enn den naturlige prosessen. Dette brukes spesielt i fasadekonstruksjoner der man ønsker et varmt og «autentisk» utseende.
En vertikal overflate, der vann og andre forurensninger lett renner av, patinerer betydelig langsommere enn en horisontal overflate. Derfor tar det flere år å utvikle en dyp brun kobberfasade hvis platene ikke er forhåndspatinerte. Grønn irr tar enda lenger tid.
På en horisontal flate blir vannet stående i lengre tid, og du kan forvente å se en dyp brun patina etter ca. 8-15 år.
En overflate i nærheten av en by eller havet patinerer raskere enn en overflate i landlige omgivelser.
Patinering er en naturlig prosess, og fargenyansene vil derfor endre seg over tid og avhengig av omgivelsene.
Resirkulering av kobber
Kobber resirkuleres og smeltes om til nye produkter i stor utstrekning.
Sammenlignet med andre industrimetaller er kobber relativt dyrt, så det oppstår praktisk talt ikke noe avfall - alt skrap resirkuleres.
Noen kobberverk tilbyr resirkulering i lukket kretsløp. Det betyr at kundene kan sende kobberskrapet sitt tilbake til anlegget for omsmelting og få «det samme» kobberet tilbake som ferdig produkt.