Roest koper? Inzicht in oxidatie en corrosie van koper

Roest koper?

Koper roest niet. Met roest worden specifiek de ijzeroxiden en ijzerhydroxiden bedoeld die ontstaan wanneer ijzer of ijzerhoudende materialen reageren met vocht en zuurstof. Aangezien koper niet hoofdzakelijk uit ijzer bestaat, vormt het geen roest in de traditionele zin van het woord.

Dat koper niet roest, betekent echter niet dat het volledig immuun is voor corrosie. Bij contact met lucht vormt koper koperoxiden. Bij voortdurende blootstelling aan vochtige lucht, zouten, kooldioxide en zwavelhoudende verontreinigende stoffen blijven de verbindingen aan het oppervlak veranderen, waardoor bruine, zwarte, groene of blauwgroene corrosielagen ontstaan.

Het belangrijkste verschil tussen koper en koolstofstaal zit in de structuur van hun corrosielagen:

• De stabiele corrosielaag die zich op koper vormt, is compact en hecht stevig, waardoor de snelheid van verdere corrosie kan worden verminderd.
• Roest die zich op koolstofstaal vormt, is los, poreus en bladdert gemakkelijk af, waardoor het het metaal niet continu tegen vocht en zuurstof kan beschermen.
• Een gelijkmatige verkleuring van koper heeft vooral invloed op het uiterlijk, terwijl afbladderen, blaarvorming en plaatselijke penetratie van invloed zijn op de afmetingen, de elektrische geleidbaarheid en de structurele integriteit.

Koper veroorzaakt dus geen ijzerroest, maar het oxideert wel, krijgt een doffe aanslag, verkleurt en corrodeert.

Waarom roest koper niet zoals ijzer?

Roest ontstaat door ijzer

De vorming van roest hangt af van de aanwezigheid van ijzer. Wanneer ijzer of koolstofstaal wordt blootgesteld aan vocht en zuurstof, ontstaat door een reeks elektrochemische reacties gehydrateerd ijzeroxide. Deze corrosielaag zet uit, heeft een losse structuur en barst of bladdert af van het substraat, waardoor het onderliggende metaal wordt blootgesteld aan verdere corrosie.

Koper beschikt niet over de ijzerbasis die nodig is om roest te vormen. De corrosieproducten zijn koperoxiden, kopercarbonaten, kopersulfaten of koperchloriden, en geen ijzerroest.

Messing en brons vormen evenmin traditionele roest, maar hebben elk hun eigen corrosiemechanismen. Messing kan onder bepaalde omstandigheden met betrekking tot de waterkwaliteit en chemische samenstelling ontzinking ondergaan, terwijl tinbrons in vochtige, chloridehoudende omgevingen poederachtige, groene actieve corrosieproducten kan vormen.

Koper vormt een andere oxidelaag

Vers bewerkt of gepolijst koper heeft een roodachtig-oranje uiterlijk. Na contact met lucht vormt zich eerst koper(I)oxide (Cu₂O) op het oppervlak, dat doorgaans roodbruin of bruin is. Naarmate de oxidatie vordert, ontstaan er op het oppervlak zwart koper(II)oxide (CuO) en andere producten van reacties met de omgeving.

Zodra deze verbindingen het kopersubstraat bedekken, verminderen ze het directe contact tussen het substraat en de omgeving. Wanneer de oppervlaktelaag compact, gelijkmatig en stevig hechtend blijft, neemt de corrosiesnelheid van koper in de loop van de tijd af.

Koper vormt een stabiele patina

Patina is de oppervlaktelaag die zich op koper en koperlegeringen vormt na langdurige blootstelling aan omgevingsinvloeden. Een stabiele patina verschilt zowel qua structuur als qua beschermende werking van losse roest.

Een gelijkmatige, dichte en stevig hechtende patina kan:

• Beperk het directe contact tussen zuurstof en vocht en het koperen substraat;
• De snelheid van gelijkmatige corrosie in atmosferische omgevingen verminderen;
• De levensduur van daken, vliesgevels en koperen onderdelen in de buitenlucht verlengen;
• Creëer een decoratief bruin, groen of blauwgroen oppervlak.

Wanneer er op een koperen oppervlak lichtgroen poeder, plaatselijke blaarvorming, afbladdering of zich voortdurend uitbreidende corrosievlekken verschijnen, biedt de oppervlaktelaag geen stabiele bescherming. Deze verschijnselen wijzen erop dat chloriden, langdurig stilstaand water of chemische verontreinigingen actieve corrosie veroorzaken.

Wat gebeurt er als koper oxideert?

Deze kleurverloop is kenmerkend voor blootstelling aan weersinvloeden. De daadwerkelijke kleur van het oppervlak wordt bepaald door de luchtvochtigheid, het zoutgehalte, de luchtvervuiling, de temperatuur, de afwateringsomstandigheden en de toestand van het koperoppervlak.

In droge binnenomgevingen vertoont koper vooral aanslag en ontstaan er bruine oxiden. Koper dat buiten wordt blootgesteld, krijgt na langdurige blootstelling een groene patina. Chloriden in kustgebieden bevorderen de vorming van blauwgroene of lichtgroene corrosieproducten en verhogen het risico op putcorrosie en poederachtige actieve corrosie.

Waarom wordt koper groen?

Koper wordt groen door de gecombineerde werking van langdurige oxidatie en reacties met de omgeving, en niet door de vorming van roest.

Wanneer oxiden op het koperoppervlak blijven reageren met vocht, kooldioxide, zwaveldioxide en chloriden, vormen ze basische kopercarbonaten, koperverbindingen op basis van sulfaat en koperverbindingen op basis van chloride. Deze reactieproducten zijn groen of blauwgroen en bedekken geleidelijk de oorspronkelijke bruine en zwarte oxidelagen.

De omgeving is rechtstreeks bepalend voor de snelheid en de samenstelling van de patina-vorming:

• Vochtige lucht zorgt voor een waterfilm die nodig is voor elektrochemische reacties;
• Koolstofdioxide bevordert de vorming van een op carbonaat gebaseerde patina;
• Industriële zwavelhoudende verontreinigende stoffen bevorderen de vorming van corrosieproducten op basis van sulfaat;
• Chloriden in zeezout en zoutnevel bevorderen chloridecorrosie;
• Langdurig stilstaand water leidt tot plaatselijke corrosie in spleten, voegvlakken en dode zones in de afwatering.

Een gelijkmatige groene patina is een van nature stabiele laag op het koperoppervlak. Lichtgroen poeder, plaatselijke blaasvorming en afbladdering aan de randen zijn tekenen van actieve corrosie en vereisen onderzoek naar de bronnen van zouten, stilstaand water en chemische verontreiniging.

Corrosiebestendigheid van koper en factoren die hierop van invloed zijn

Koper vertoont een goede corrosiebestendigheid in normale atmosferische omstandigheden en in de meeste zoetwateromgevingen, maar de omgevingsomstandigheden hebben een directe invloed op de stabiliteit van de beschermlaag en de daadwerkelijke corrosiesnelheid.

Vocht en zuurstof

Vocht en zuurstof zijn de basisvoorwaarden voor de oxidatie van koper. Een hoge luchtvochtigheid, condensatie en langdurig stilstaand water vormen een elektrolytlaag op het koperoppervlak en versnellen de elektrochemische reacties.

Vocht verdampt niet gemakkelijk uit spleten in de constructie, overlappende verbindingen en blinde gaten, waardoor corrosie zich juist op deze plekken concentreert. Door te zorgen voor goede afwateringsgaten, spleten tot een minimum te beperken en oppervlakken droog te houden, wordt het risico op plaatselijke corrosie direct verminderd.

Zout en chloriden

Zeewater, zoutnevel, zweet en strooizout bevatten allemaal chloriden. Chloriden verhogen de geleidbaarheid van de waterfilm op het oppervlak en tasten de stabiele beschermlaag op koper aan.

Koperen onderdelen die gedurende langere tijd worden blootgesteld aan een kustklimaat of een zoute omgeving, krijgen groene of blauwgroene corrosielagen. Lichtgroen poeder en plaatselijke putjes duiden erop dat chloriden actieve corrosie of putcorrosie hebben veroorzaakt.

Luchtvervuiling

Zwaveldioxide, waterstofsulfide en andere zwavelhoudende verontreinigende stoffen zorgen ervoor dat koperen oppervlakken snel donker worden en dat er zwarte of ongelijkmatige corrosielagen ontstaan.

Wanneer verontreinigende stoffen in industriële omgevingen in contact komen met vocht, vormen ze zure oppervlaktelagen die de corrosie van koper en koperlegeringen versnellen. Koperen onderdelen in de buurt van apparatuur voor chemische verwerking moeten worden voorzien van een galvanische laag, afgedichte constructies en beschermende coatings die zijn afgestemd op de daadwerkelijke gassamenstelling.

Zuren, basen en ammoniak

Sterke zuren, sterke basen en ammoniakhoudende chemicaliën lossen de stabiele oxidelaag op koper op of beschadigen deze. Zure omgevingen bevorderen de oplossing van koper, terwijl hoge chlorideconcentraties plaatselijke corrosie versterken.

Wanneer ammoniakhoudende media en trekspanning gelijktijdig aanwezig zijn, kunnen koperlegeringen zoals messing last krijgen van spanningscorrosiescheurtjes. Reinigingsmiddelen die worden gebruikt voor onderdelen van koperlegeringen moeten daarom geschikt zijn voor de materiaalkwaliteit, de warmtebehandelingsconditie en het bedrijfsmedium.

Hoge temperatuur

Hogere temperaturen versnellen oxidatieprocessen en chemische reacties. Warme lucht zorgt ervoor dat er zich snel een donkere oxidelaag vormt op koperen oppervlakken, terwijl bij warmwatersystemen tegelijkertijd rekening moet worden gehouden met de waterkwaliteit, het gehalte aan opgeloste zuurstof, de stroomsnelheid en afzettingen.

Bij geleidende onderdelen die aan hoge temperaturen worden blootgesteld, moet ook de dikte van de oxidelaag worden geregeld, omdat oxiden de contactweerstand op elektrische contactoppervlakken verhogen.

Galvanische corrosie

Wanneer koper rechtstreeks in contact komt met aluminium, zink of koolstofstaal en beide metalen worden blootgesteld aan water of een zoutoplossing, ontstaat er een galvanisch koppel. Koper heeft een hogere elektrodepotentiaal dan deze metalen, waardoor het actievere aluminium, zink of koolstofstaal bij voorkeur wordt aangetast.

Tot de methoden ter voorkoming van galvanische corrosie behoren:

• Het scheiden van ongelijksoortige metalen met isolerende pakkingen of isolerende doorvoeren;
• Het aanbrengen van een afdichtingslaag op voegoppervlakken om het binnendringen van elektrolyt te voorkomen;
• Door gebruik te maken van coatings die compatibel zijn met beide substraatmaterialen;
• Zorgen voor een goede afwatering van de constructie om langdurige ophoping van zoutwater te voorkomen;
• Het regelen van de verhouding tussen het effectieve oppervlak van koper en dat van het actieve metaal.

Eigenschappen van koper die het waardevol maken

Naast corrosiebestendigheid biedt koper een hoge elektrische geleidbaarheid, een hoge thermische geleidbaarheid en een goede vervormbaarheid, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in elektrische componenten, componenten voor warmtebeheer, vloeistofregeling en precisiemechanische onderdelen.

Uitstekende elektrische geleidbaarheid

Koper heeft een uitstekende elektrische geleidbaarheid en wordt vaak gebruikt voor stroomrails, aansluitklemmen, connectoren, contacten, elektroden en motoronderdelen.

De prestaties van elektrische onderdelen hangen niet alleen af van de geleidbaarheid van het materiaal. De vlakheid van het contactoppervlak, de oppervlakteruwheid, oxidelagen, verontreinigingen en de klemdruk hebben allemaal invloed op de contactweerstand. Vertinnen verbetert de oxidatiebestendigheid en de soldeerbaarheid, terwijl verzilveren wordt gebruikt voor onderdelen waaraan hogere eisen worden gesteld op het gebied van elektrische geleidbaarheid en contactprestaties bij hoge temperaturen.

Goede warmtegeleiding

Koper geleidt en voert warmte snel af, waardoor het geschikt is voor koellichamen, koelplaten, warmteverspreiders, warmtewisselaars en basisplaten voor warmtepijpen.

Bij precisieonderdelen van koper met inwendige kanalen hebben de ligging van de kanalen, de wanddikte, de vlakheid van de basis, de ruwheid van het afdichtingsoppervlak en de betrouwbaarheid van de verbinding een directe invloed op de warmteoverdrachtsefficiëntie en de afdichtingsprestaties.

Natuurlijke corrosiebestendigheid

In gewone binnenomgevingen, natuurlijke omgevingen en de meeste zoetwatersystemen kan koper een stabiele oppervlaktelaag vormen en vertoont het op lange termijn een lagere corrosiesnelheid dan onbeschermd koolstofstaal.

Kustgebieden, chemische verwerkingsomstandigheden, water met hoge temperaturen en leidingen met hoge stroomsnelheden behoren tot de meest veeleisende corrosieomgevingen. Bij deze toepassingen moeten de koperkwaliteit, de koperlegering en het oppervlaktebeschermingssysteem worden gekozen op basis van de chlorideconcentratie, de pH-waarde, de temperatuur, de stroomsnelheid en de spanningsomstandigheden.

Goede vervormbaarheid en verwerkbaarheid

Koper heeft een goede vervormbaarheid en kan worden gewalst, getrokken, gebogen, gestanst en diepgetrokken tot draad, buizen, plaatmateriaal en complexe dunwandige onderdelen.

Door voortdurende koudvervorming nemen de hardheid en sterkte van koper toe, terwijl de rek afneemt. Bij complexe vervormingsprocessen is tussentijds gloeien nodig om de ductiliteit te herstellen en randscheuren te voorkomen.

Goede bewerkbaarheid

Zuiver koper is zacht, taai en heeft een hoge hechtkracht. Bij CNC-snijden is het gevoelig voor vastkleven van het snijgereedschap, opbouw van snijresten, lange spanen, bramen bij gatopeningen en scheuren in het oppervlak.

Scherpe gereedschappen, een grote positieve spaanhoek, een stabiele koelvloeistoftoevoer en een effectieve spaanafvoer dragen bij aan nauwkeurige afmetingen en een goede oppervlaktekwaliteit. Vrijbewerkbare koperlegeringen bieden een betere spaanafvoer en bewerkingsefficiëntie dan hoogzuiver koper, maar bij de materiaalkeuze moet ook worden voldaan aan de eisen op het gebied van elektrische geleidbaarheid, warmtegeleidbaarheid, sterkte en naleving van milieunormen.

Bewerkingsprocessen voor koper

Koper kan worden bewerkt door middel van CNC-frezen, draaien, boren, tappen, draadvonken, lasersnijden, waterstraalsnijden, extrusie, smeden, stansen, polijsten en andere methoden. De keuze van het bewerkingsproces hangt af van de koperkwaliteit, de geometrie van het onderdeel, de toleranties, de eisen aan het oppervlak en het productievolume.

CNC-frezen

CNC frezen is geschikt voor koperen koelplaten, koellichamen, stroomrails, elektroden en onderdelen met gaten, sleuven, holtes en complexe contouren.

Bij het bewerken van hoogzuiver koper moeten scherpe gereedschappen worden gebruikt die speciaal zijn ontworpen voor non-ferrometalen, en moet worden gezorgd voor een stabiele spaanafvoer. Herhaaldelijk schuren van het gereedschap tegen het bewerkte oppervlak leidt tot materiaalverspreiding, bramen en een verslechtering van de oppervlakteruwheid; daarom moet bij de planning van het gereedschapspad het schuren tijdens niet-snijbewegingen en het opnieuw snijden van spanen tot een minimum worden beperkt.

CNC-draaien

CNC-draaien wordt vaak gebruikt voor de productie van koperen bussen, spuitmonden, aansluitklemmen, elektroden, buisfittingen en onderdelen met schroefdraad.

Door de juiste keuze van de radius van de snijkant, de voedingssnelheid en de methode voor het breken van de spanen is het mogelijk om de afmetingen van buitendiameters, boringen, groeven en schroefdraden nauwkeurig te regelen. Een stabiele toevoer van koelvloeistof en een tijdige afvoer van de spanen voorkomen dat lange spanen zich om het werkstuk wikkelen en verminderen krassen op het oppervlak.

Boren en tappen

Koper kan worden geboord, uitgeboord, geruimd en getapt. Deze bewerkingen worden gebruikt voor het aanbrengen van bevestigingsgaten voor stroomrails, koelkanalen, aansluitgaten en inwendige schroefdraad.

De afvoer van spanen en de smering zijn vooral belangrijk bij het bewerken van kleine gaten, diepe gaten en blinde gaten. Verstopping door spanen kan leiden tot afbuiging van de boor, krassen op de wand van het gat, gatdiameters buiten de tolerantie en breuk van het gereedschap. Bij het tappen moeten scherpe tappen en snijvloeistoffen worden gebruikt die geschikt zijn voor koper, om gescheurde schroefdraden en bramen aan de uitgang te voorkomen.

EDM-bewerking

Draad EDM is geschikt voor het bewerken van precisiecoupen, smalle sleuven, dunwandige constructies en complexe contouren die met conventionele snijgereedschappen niet bereikbaar zijn.

Bij dit proces wordt materiaal verwijderd door middel van elektrische ontlading, zonder dat er voortdurende mechanische snijkrachten worden uitgeoefend. Hierdoor wordt vervorming van dunwandige koperen onderdelen als gevolg van snijkrachten of klemkrachten beperkt. Draadvonken kan ook worden toegepast voor koperen elektroden, geleidende componenten en uiterst nauwkeurig gevormde onderdelen.

Koper zelf is ook een veelgebruikt materiaal voor elektroden bij vonkverspaning. Koperen elektroden hebben een goede elektrische geleidbaarheid en thermische stabiliteit, waardoor ze geschikt zijn voor het bewerken van matrijsholtes, fijne contouren en diepe, smalle details.

Lasersnijden en waterstraalsnijden

Lasersnijden en waterstraalsnijden worden voornamelijk toegepast voor koperplaat, stroomrails, elektrische aansluitplaten en andere tweedimensionale profielonderdelen.

Koper heeft een hoge reflectie en warmtegeleiding, waardoor voor laserbewerking apparatuur, golflengten en snijparameters nodig zijn die geschikt zijn voor koper. Bij waterstraalsnijden ontstaat geen noemenswaardige warmtebeïnvloede zone en deze methode is geschikt voor dikkere koperplaten of onderdelen waarbij thermische vervorming moet worden voorkomen; de ruwheid en afschuining van de snijrand moeten echter worden beoordeeld in het licht van de eisen voor de latere assemblage.

Extrusie en smeden

Extrusie kan worden gebruikt voor de productie van koperen staven, koperen buizen, geleidende profielen en industriële onderdelen met een constante doorsnede. Smeden is geschikt voor constructieonderdelen van koperlegeringen die een hogere sterkte, een dichte microstructuur en een betrouwbaar draagvermogen vereisen.

Geëxtrudeerde of gesmede halffabricaten moeten doorgaans nog verder met CNC-bewerkingen worden bewerkt om bevestigingsgaten, afdichtingsvlakken, schroefdraad en uiterst nauwkeurige pasvlakken te verkrijgen.

Stansen en vervormen

Koperplaat en -band kunnen worden gestanst, gebogen, getrokken en met progressieve matrijzen gestanst voor de productie van aansluitklemmen, contacten, geleidende platen, veercontacten en afschermkappen.

Bij massaproductie moeten de hardheid van het materiaal, de walsrichting, de speling van de matrijs en de buigradius worden gecontroleerd. Onjuiste parameterinstellingen kunnen leiden tot overmatige bramen, terugvering, rimpelvorming en scheurvorming langs de gebogen randen.

Slijpen en polijsten

Slijpen wordt gebruikt om de vlakheid, de diktetolerantie en de oppervlakteruwheid van koperen onderdelen te verbeteren, terwijl polijsten de metaalglans herstelt, dunne oxidelaagjes verwijdert en voldoet aan decoratieve eisen.

Zacht koper kan een slijpschijf verstoppen. Om oppervlaktevlekken, oververhitting en verlies van maatvastheid te voorkomen, moet een schijf met een open structuur worden gebruikt, in combinatie met een lichte slijpdruk en voldoende koeling.

Veelvoorkomende bewerkte koperen onderdelen en toepassingen

Elektrische componenten

Koper wordt vaak gebruikt voor de vervaardiging van:

• Verdeelrails;
• Connectoren;
• Terminals;
• Elektrische contacten;
• Elektroden;
• Geleidende platen.

Deze onderdelen vereisen een stabiele geleidbaarheid van het materiaal en een strikte controle van de posities van de gaten, de vlakheid van de contactoppervlakken, de ruwheid en de dikte van de beplating.

Bij stroomrails met hoge stroomsterkte moeten ook de dwarsdoorsnede, de hoekradii en de kwaliteit van de verbindingsvlakken worden gecontroleerd om plaatselijke weerstandsverhogingen en de daaruit voortvloeiende oververhitting te voorkomen.

Componenten voor warmtebeheer

Veelgebruikte koperen componenten voor warmtebeheer zijn onder meer:

• Koellichamen;
• Koelplaten;
• Warmteverspreiders;
• Basisdelen voor warmtepijpen;
• Onderdelen voor warmtewisselaars.

De afmetingen van de kanalen, de gelijkmatigheid van de wanddikte, de afdichtingsconstructie en de vlakheid van het contactoppervlak hebben een directe invloed op de warmtegeleiding, de stromingsweerstand en de bedrijfszekerheid. Na de bewerking moeten spanen, olie en oxidatieresten uit de binnenkant van de kanalen worden verwijderd.

Industriële onderdelen

Koper en koperlegeringen worden vaak gebruikt voor:

• Koperen fittingen;
• Kleppen;
• Sproeikoppen;
• Doorvoeringen;
• Lageronderdelen;
• Onderdelen van de handleiding;
• Aansluitingen afdichten.

Messing en brons hebben een hogere mechanische sterkte, hardheid en slijtvastheid dan hoogzuiver koper, waardoor ze geschikt zijn voor onderdelen die worden blootgesteld aan wrijving, stoten of voortdurende mechanische belastingen. De specifieke legering moet worden gekozen op basis van de belasting, de smeeromstandigheden, het materiaal waarmee het in contact komt en de bedrijfstemperatuur.

Toepassingen in de automobielindustrie en voor elektrische voertuigen

Koperen onderdelen die in voertuigen op nieuwe energiebronnen worden gebruikt, zijn onder meer:

• Aansluitingen voor EV-accu’s;
• Accu-busbars;
• Oplaadpunten;
• Motorgeleiders;
• Koelcomponenten voor omvormers;
• Hoogspanningsconnectoren.

Deze onderdelen moeten tegelijkertijd voldoen aan eisen op het gebied van elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, maatnauwkeurigheid en oppervlaktebetrouwbaarheid. Bramen, oxidelagen en defecten in de beplating op verbindingspunten verhogen de contactweerstand en beïnvloeden de montage en de stabiliteit tijdens langdurig gebruik.

Toepassingen in de lucht- en ruimtevaart

Tot de onderdelen van koper en koperlegeringen die in de lucht- en ruimtevaart worden gebruikt, behoren uiterst betrouwbare elektrische connectoren, warmteoverdrachtscomponenten, geleidende componenten en gespecialiseerde lageronderdelen.

Deze toepassingen vereisen doorgaans volledige traceerbaarheid van het materiaal, strenge maatcontroles, een consistente oppervlaktebehandeling en een nauwkeurige beheersing van bramen en verontreinigingen.

Architecturale en decoratieve elementen

Koper kan worden gebruikt voor daken, vliesgevels, deurklinken, decoratieve panelen en kunstwerken.

Het beoogde uiteindelijke uiterlijk moet tijdens de ontwerpfase worden vastgelegd: ofwel laat men een natuurlijke bruine of groene patina ontstaan, ofwel behoudt men de oorspronkelijke koperkleur door middel van polijsten, in de was zetten en het aanbrengen van een transparante coating. Verschillende beschermingssystemen hebben verschillende onderhoudsintervallen en oppervlakte-effecten; daarom moet de keuze worden vastgelegd vóór de aankoop van het materiaal en de productie.

Kopercorrosie in verschillende omgevingen

De toestand van het oppervlak en de vorm van corrosie bij koper worden bepaald door de luchtvochtigheid, het zoutgehalte, verontreinigende stoffen, de waterkwaliteit, de stroomsnelheid en de temperatuur.

Koper in gewone binnenomgevingen vertoont voornamelijk langzame aanslag en verkleuring. In maritieme omgevingen, bij chemische verwerking, in omgevingen met water op hoge temperatuur en in leidingstelsels met hoge stroomsnelheden is materiaalvalidatie en corrosiebeheersing vereist door middel van galvaniseren, beschermende coatings, afwateringsontwerp en het scheiden van ongelijksoortige metalen.

Koper versus andere metalen: vergelijking van corrosie

De materiaalkeuze mag niet uitsluitend worden gebaseerd op de vraag of een metaal “roest”. Ook elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, sterkte, gewicht, het bedrijfsmedium, de temperatuur en de onderhoudsvereisten zijn bepalend voor de prestaties van een onderdeel op de lange termijn.

Moet koper een oppervlaktebehandeling ondergaan?

Of koper een oppervlaktebehandeling nodig heeft, hangt af van de gebruiksomgeving en de functionele eisen. Gewone onderdelen voor gebruik binnenshuis die niet in contact komen met andere materialen, kunnen hun natuurlijke koperen oppervlak behouden, terwijl onderdelen die worden gebruikt voor elektrisch contact, solderen, decoratieve doeleinden, slijtvastheid of in corrosieve omgevingen een passende oppervlaktebehandeling vereisen.

Vertinnen

Verzinken verbetert de oxidatiebestendigheid en de soldeerbaarheid van koperen onderdelen en wordt vaak toegepast bij aansluitklemmen, stroomrails en elektrische connectoren. De tinnen laag zorgt bovendien voor isolatie van het koperen substraat en vermindert verkleuring van het oppervlak tijdens opslag en gebruik.

Verzilveren

Verzilvering zorgt voor een hoge elektrische geleidbaarheid en goede contactprestaties bij hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor contacten met hoge stroomsterkte, schakelcomponenten en hoogwaardige connectoren. De dikte van de verzilverlaag en de voorbehandeling moeten voldoen aan de eisen met betrekking tot de contactbelasting en de bedrijfstemperatuur.

Vernikkelen

Vernikkelen verhoogt de oppervlaktehardheid, slijtvastheid en corrosiebestendigheid en vormt een stabiele basislaag voor daaropvolgende coatings. Nikkel heeft een lagere elektrische geleidbaarheid dan koper, waardoor de structuur en dikte van de coating op elektrische contacten moeten worden afgestemd op de toegestane contactweerstand.

Blanklak en was

Doorzichtige beschermende coatings en wassoorten zijn geschikt voor decoratieve koperen onderdelen. Ze beschermen het oppervlak tegen lucht, vocht en vingerafdrukken en vertragen het ontstaan van aanslag en verkleuring.

Een transparante coating beïnvloedt het gevoel van het oppervlak, de glans en de daaruit voortvloeiende onderhoudsmethode. Isolerende coatings mogen geen functionele oppervlakken bedekken in gebieden met hoge temperaturen, geleidend contact of soldeerwerk.

Passivering en behandeling tegen aanslag

Behandelingen tegen aanslag bij koper maken gebruik van reiniging, chemische behandeling of een organische beschermlaag om de oxidatiesnelheid op korte termijn te vertragen; ze zijn geschikt voor opslag, transport en montage.

Deze behandelingen kunnen geen vervanging vormen voor duurzame coatings en structurele bescherming die zijn ontworpen voor maritieme omgevingen, omgevingen waarin chemische processen plaatsvinden of omgevingen met een voortdurend vochtig klimaat.

Hoe corrosie van koper te voorkomen

Houd het oppervlak schoon en droog

Condens, zouten, transpiratie, vingerafdrukken, bewerkingsvloeistoffen en resten van reinigingsmiddelen moeten onmiddellijk worden verwijderd. Bij het constructieve ontwerp moet het aantal spleten, dode hoeken en plaatsen waar water zich kan ophopen tot een minimum worden beperkt, en moet ervoor worden gezorgd dat regenwater of procesvloeistoffen vrij kunnen wegstromen.

Kies geschikte reinigingsmiddelen

Koperen onderdelen mogen niet langdurig in contact blijven met ammoniakhoudende reinigingsmiddelen, sterke zuren, sterke basen of hoge concentraties chloriden. Controleer vóór het reinigen of het reinigingsmiddel geschikt is voor de betreffende koperkwaliteit, het soldeersel en de oppervlaktecoating.

Na het reinigen moeten de onderdelen grondig worden afgespoeld en gedroogd om te voorkomen dat chemische resten het materiaal in spleten en blinde gaten blijven aantasten.

Gebruik de juiste beschermende coating

Voor decoratieve onderdelen kan een transparante beschermlaag of was worden gebruikt; gesoldeerde aansluitingen kunnen worden vertind; voor contacten met een hoge geleidbaarheid kan verzilvering worden toegepast; en voor onderdelen die slijtvast moeten zijn en bescherming van de onderlaag nodig hebben, kan vernikkeling worden toegepast.

De coating of beplating moet de blootgestelde delen bedekken, en de continuïteit moet worden gecontroleerd rond gatopeningen, randen en verbindingen. Beschadiging van de coating vormt een startpunt voor plaatselijke corrosie.

Onderling onverenigbare metalen scheiden

Wanneer koper wordt verbonden met aluminium, zink of koolstofstaal, zijn isolerende pakkingen, bussen, moeten er afdichtingsmiddelen of geschikte coatings worden gebruikt voor de afscherming. Het aansluitingsgebied moet bovendien goed worden afgewaterd om te voorkomen dat water en zoutoplossingen een ononderbroken elektrolytenpad vormen.

Beheer van verpakking en opslag

Precisieonderdelen van koper moeten worden opgeslagen in een droge, vochtbestendige verpakking die geen corrosieve gassen afgeeft. Verpakkingsmaterialen mogen geen sulfiden, zure resten of chloriden bevatten die koper kunnen aantasten.

Elektroden, aansluitingen en hoogglanzende onderdelen moeten in afzonderlijke vakken worden verpakt om direct contact met de handen, onderlinge wrijving, krassen en verontreiniging van de contactoppervlakken te voorkomen.

Kan koper buiten worden gebruikt?

Ja. Koper is buiten duurzaam, maar krijgt van nature een bruine, zwarte of groene patina. Om de oorspronkelijke kleur te behouden, zijn transparante coatings nodig.

Hoe lang gaan koperen onderdelen mee?

Koperen onderdelen kunnen tientallen jaren meegaan, afhankelijk van de wanddikte, de omgeving, de temperatuur, de waterkwaliteit, de belasting en het onderhoud.

Is geoxideerd koper schadelijk?

Stabiele koperoxidatie is over het algemeen onschadelijk, maar poederachtige of afbladderende groene corrosie mag niet in contact komen met voedsel of drinkwater, vooral niet op onbeklede koperen oppervlakken.

Kunnen koperen onderdelen tegen oxidatie worden beschermd?

Ja. Vertinnen, verzilveren of vernikkelen, behandelingen tegen aanslag, transparante coatings en was kunnen oxidatie vertragen, afhankelijk van het uiterlijk en de functionele eisen van het onderdeel.

Conclusie

Koper combineert een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid met corrosiebestendigheid en vervormbaarheid, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in stroomrails, aansluitklemmen, connectoren, koelplaten, fittingen, kleppen en precisie-mechanische onderdelen. Of het nu gaat om de ontwikkeling van een complex koperen onderdeel, het valideren van een prototype of de voorbereiding op de massaproductie van koperen onderdelen: de juiste koperkwaliteit, toleranties en nabewerkingsmethoden moeten worden bepaald op basis van de toepassing.

Met meer dan tien jaar ervaring op het gebied van verspanen, Weldo Bij verspanen kunnen toleranties tot ±0,002 mm worden bereikt en zijn er talrijke mogelijkheden voor nabewerking. Wij bieden afnemers van koperen onderdelen concurrerende prijzen en betrouwbare productieondersteuning. Neem contact met ons op voor meer informatie over onze mogelijkheden op het gebied van koperbewerking.