Messing, Zinnbronze, Rot- und Weißkupfer: Die Unterschiede werden erklärt

Die frühesten Belege für die Verwendung von Kupfer durch den Menschen reichen etwa 10.000 Jahre zurück, als Archäologen im Nordirak Kupferperlen aus einheimischem Kupfer entdeckten. In China lässt sich die Verwendung von Kupfer bis vor etwa 4.000 Jahren zurückverfolgen. Ursprünglich wurde raffiniertes Kupfer zur Herstellung von Gegenständen verwendet, aber seine Weichheit und begrenzte Haltbarkeit führten zur Entwicklung von Kupferlegierungen, indem Kupfer mit anderen Metallen kombiniert wurde, um seine Eigenschaften zu verbessern.

Heute werden Kupferlegierungen aufgrund ihrer Zusammensetzung und ihrer Eigenschaften in verschiedene Kategorien eingeteilt:

• Weißes Kupfer (auch bekannt als Neusilber oder Neusilber): Eine Legierung aus Kupfer, Nickel und Zink, die kein echtes Silber enthält. Es hat ein silbrig-weißes Aussehen und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Weißkupfer wird in Schmuck, Silberwaren und elektrischen Kontakten verwendet.
• Kupfer: Reines Kupfer und Hochkupferlegierungen (mit einem Kupfergehalt von mindestens 99,3%) bieten eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit. Sie werden in elektrischen Leitungen, Sanitäranlagen und Wärmetauschern verwendet.
• Messing: Eine Legierung aus Kupfer und Zink, mit einem Zinkgehalt von 5% bis 45%. Messing weist im Vergleich zu reinem Kupfer eine bessere Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Seine goldene Farbe und seine akustischen Eigenschaften machen es zu einem beliebten Werkstoff für Musikinstrumente, Dekorationsartikel und Schiffsanwendungen.
• Bronze: Traditionell eine Legierung aus Kupfer und Zinn, moderne Bronzen können auch andere Elemente wie Aluminium, Silizium oder Nickel enthalten. Bronze bietet eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit als Messing. Sie wird häufig für Schiffsteile, Skulpturen und Lager verwendet.

Worin besteht der Unterschied zwischen ihnen?

Rotes Kupfer

Rotkupfer, auch als reines Kupfer bezeichnet, ist eine hochreine Kupferlegierung, die zwischen 99,5% und 99,95% Kupfer enthält, wobei der Rest aus Spurenverunreinigungen besteht. Dieses Material zeichnet sich durch seine charakteristische rosarote Farbe aus, die bei Oxidation einen violetten Farbton annimmt.

Das Bezeichnungssystem für reine Kupfersorten verwendet in der Regel die Vorsilbe "T", gefolgt von einer numerischen Folge. Mit zunehmender Sequenznummer nimmt der Kupfergehalt im Allgemeinen ab. So steht T1 beispielsweise für einen höheren Reinheitsgrad als T3. Weitere reine Kupfersorten sind TP2 und TAg0.1, wobei letztere eine kleine Menge Silber zur Verbesserung der Eigenschaften enthält. Sauerstofffreie Kupfersorten, die eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Verformbarkeit aufweisen, werden mit TU1 und TU2 bezeichnet.

Rotkupfer weist eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit, hohe Duktilität und gute Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Eigenschaften machen es zu einem idealen Werkstoff für verschiedene Anwendungen, insbesondere in der Elektro- und Elektronikindustrie. Es findet breite Anwendung bei der Herstellung von elektrischen Leitern, einschließlich Kabeln und Drähten, sowie bei Stromschienen, Steckern und anderen Komponenten, die eine hohe Leitfähigkeit und Formbarkeit erfordern.

Der hohe Reinheitsgrad des Materials trägt auch zu seiner hervorragenden Verarbeitbarkeit bei, die effiziente Umformverfahren wie Ziehen, Walzen und Strangpressen ermöglicht. Diese Eigenschaft in Verbindung mit seiner Beständigkeit gegen Kaltverfestigung macht Rotkupfer geeignet für Anwendungen, die komplexe Formen oder die Herstellung von Feindraht erfordern.

Neben seinen elektrischen Anwendungen wird Rotkupfer auch in Wärmemanagementsystemen, Sanitärarmaturen und architektonischen Elementen eingesetzt, wo seine Ästhetik und Korrosionsbeständigkeit geschätzt werden. Seine Biokompatibilität macht es auch für bestimmte medizinische Anwendungen geeignet.

Messing

Messing ist eine vielseitige Legierung, die hauptsächlich aus Kupfer und Zink besteht, wobei Kupfer das vorherrschende Element ist. Während diese beiden Metalle die Basis bilden, werden häufig andere Elemente wie Blei, Zinn, Aluminium, Mangan und Nickel beigemischt, um bestimmte Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Der unverwechselbare goldene Farbton von Messing variiert je nach Zusammensetzung, wobei er bei höherem Kupfergehalt in der Regel rötlicher wird.

Die Klassifizierung von Messing basiert im Allgemeinen auf dem Kupfergehalt, der mit dem Buchstaben "H", gefolgt von der Prozentzahl des Kupfers, angegeben wird. So enthält beispielsweise H59 etwa 59% Kupfer, während H90 etwa 90% Kupfer enthält. Komplexere Messinglegierungen werden mit einer erweiterten Nomenklatur bezeichnet, die die chemischen Symbole der wichtigsten Legierungselemente und ihre jeweiligen Prozentsätze enthält. So bezeichnet beispielsweise HPb89-2 eine Messinglegierung mit 89% Kupfer und 2% Blei.

Messing weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf, darunter gute Duktilität, Verformbarkeit und Verschleißfestigkeit. Sein relativ niedriger Schmelzpunkt (je nach Zusammensetzung zwischen 900°C und 940°C) erleichtert die Guss- und Bearbeitungsprozesse. Die inhärente Weichheit der Legierung in Verbindung mit ihrer Verschleißfestigkeit macht sie ideal für Anwendungen in Ventilen, Rohrleitungen und Flüssigkeitssystemen, die häufig betätigt werden müssen.

Darüber hinaus verfügt Messing über bemerkenswerte akustische Eigenschaften, was zu seiner weit verbreiteten Verwendung in Musikinstrumenten wie Trompeten, Posaunen und Saxophonen geführt hat. Die leichte Bearbeitbarkeit des Materials und seine Korrosionsbeständigkeit haben es zu einer bevorzugten Wahl bei der Herstellung von Patronenhülsen für Schusswaffen sowie bei dekorativen architektonischen Elementen und Schiffsbeschlägen gemacht.

In industriellen Anwendungen wird Messing häufig wegen seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ausgewählt, die zwar nicht so hoch ist wie die von reinem Kupfer, aber dennoch erheblich. Dank dieser Eigenschaft und seiner Korrosionsbeständigkeit eignet sich Messing für elektrische Bauteile und Wärmetauscher in weniger aggressiven Umgebungen.

Weiterführende Lektüre: Arten von Messing

Bronze

Bronze ist eine Legierung, die seit dem Altertum verwendet wird. Die früheste Form, bekannt als Zinnbronze, bestand hauptsächlich aus Kupfer und Zinn.

Im Laufe der Zeit hat sich die Definition von Bronze erweitert und umfasst nun alle Kupferlegierungen mit Ausnahme derjenigen, die erhebliche Mengen an Zink (Messing) oder Nickel (Kupfernickel) enthalten. Bemerkenswerte Beispiele für Bronzelegierungen sind Bleibronze, Aluminiumbronze und Siliziumbronze. Bronze weist in der Regel eine charakteristische rötlich-braune Farbe mit einer blaugrünen Patina auf, wenn sie den Elementen ausgesetzt ist. In China werden Bronzelegierungen häufig mit dem Buchstaben "Q" bezeichnet, gefolgt vom chemischen Symbol des primären Legierungselements und seinem prozentualen Anteil (ohne Zink). Q Al5 bezeichnet zum Beispiel eine Aluminiumbronze mit etwa 5% Aluminium.

Mehrere standardisierte Kupfergusslegierungen sind in der Industrie weit verbreitet. Z.B. enthält 5-5-5-Zinnbronze (ZCuSnPb5Zn5) jeweils etwa 5% Zinn, Blei und Zink, der Rest ist Kupfer. Eine weitere gängige Legierung ist 10-3-Aluminiumbronze (ZCuAl10Fe3), die etwa 10% Aluminium und 3% Eisen enthält. Zinnbronzelegierungen sind bekannt für ihre hervorragende Gießbarkeit und minimale Schrumpfung während der Erstarrung, was sie ideal für die Herstellung von Präzisionskomponenten wie Turbinenschaufeln, Zahnrädern, Lagern und Ventilsitzen in anspruchsvollen Anwendungen macht.

Jede Bronzelegierung bietet einzigartige Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind. So bieten Aluminiumbronzen beispielsweise eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Meeresumgebungen, während Bleibronzen eine bessere Bearbeitbarkeit bieten und häufig in Buchsen und Lagern verwendet werden. Die Auswahl einer bestimmten Bronzelegierung hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich mechanischer Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und einfacher Verarbeitung.

Weißes Kupfer

Weißkupfer, auch bekannt als Neusilber oder Neusilber, ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Kupfer und Nickel besteht, wobei häufig Zink als dritte Komponente hinzugefügt wird. Sein unverwechselbares silberweißes Aussehen täuscht über seine kupferbasierte Zusammensetzung hinweg. Während die spezifischen Bezeichnungen je nach Region und Anwendung variieren können, ist in einigen Normen das "CUXXX"-System gebräuchliche Nomenklatur.

Weißkupferlegierungen werden je nach ihrer Hauptanwendung in zwei Haupttypen eingeteilt:

1. Strukturelles Weißkupfer: Diese Legierungen werden wegen ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Meeresumgebungen, und ihrer Fähigkeit, eine glänzende Oberfläche zu erhalten, geschätzt. Sie weisen gute mechanische Eigenschaften auf, einschließlich Festigkeit und Duktilität. Gängige Sorten sind:

• B30 (Cu-30Ni): Enthält ungefähr 30% Nickel und bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
• B10 (Cu-10Ni): Mit etwa 10% Nickel bietet es ein ausgewogenes Verhältnis von Eigenschaften und Kosteneffizienz. Diese Legierungen finden breite Anwendung in Präzisionsinstrumenten, medizinischen Geräten, Schiffsarmaturen und architektonischen Anwendungen, bei denen Ästhetik und Haltbarkeit entscheidend sind.

2. Elektrisches Weißkupfer: Diese Legierungen werden aufgrund ihrer besonderen elektrischen und thermischen Eigenschaften entwickelt, insbesondere wegen ihres hohen elektrischen Widerstands und ihres niedrigen Temperaturkoeffizienten. Eine bemerkenswerte Sorte ist:

• BMn3-12: Diese Legierung enthält in der Regel 3% Mangan und 12% Nickel und bietet hervorragende thermoelektrische Eigenschaften. Elektrische Weißkupferlegierungen werden häufig in Widerstandselementen, Thermoelementen und anderen elektrischen Bauteilen verwendet, bei denen ein stabiler Widerstand über einen bestimmten Temperaturbereich erforderlich ist.

Preis

Hinsichtlich der Preisgestaltung weisen Kupferlegierungen eine deutliche Hierarchie auf, wobei reines Kupfer (oft als Rotkupfer bezeichnet) den höchsten Preis erzielt. Dies ist in erster Linie auf seine überragende elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie auf seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit zurückzuführen. Nach reinem Kupfer steht Kupfernickel (auch als Weißkupfer bezeichnet) an zweiter Stelle der Kosten. Diese Legierung, die in der Regel aus Kupfer und Nickel besteht, bietet eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Meeresumgebungen.

Bronze, eine Legierung, die hauptsächlich aus Kupfer und Zinn besteht, steht an dritter Stelle des Preisspektrums. Die Kosten variieren je nach Zusammensetzung, wobei einige Spezialbronzen (z. B. Aluminiumbronze oder Siliziumbronze) aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften höhere Preise erzielen können.

Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, ist im Allgemeinen die wirtschaftlichste Option unter den Kupferlegierungen. Seine geringeren Kosten in Verbindung mit guter Bearbeitbarkeit und attraktivem Aussehen machen es zu einer beliebten Wahl für verschiedene Anwendungen. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass Messing, obwohl es die günstigste Kupferlegierung ist, im Vergleich zu Eisenmetallen wie Eisen oder Stahl immer noch deutlich teurer ist.

Diese Preisstruktur spiegelt nicht nur die Rohstoffkosten wider, sondern auch die spezifischen Eigenschaften, Herstellungsverfahren und die Marktnachfrage für jede Legierung. Bei der Auswahl von Materialien für technische Anwendungen ist es wichtig, nicht nur die anfänglichen Materialkosten zu berücksichtigen, sondern auch Faktoren wie Langlebigkeit, Leistung in der vorgesehenen Umgebung und Gesamtlebenszykluskosten.