Koper heeft een goede elektrische geleidbaarheid, warmtegeleidbaarheid en corrosiebestendigheid. Het wordt veel gebruikt in draden, elektrische componenten, warmtewisselaars en mechanische onderdelen.
Het smeltpunt is een belangrijke parameter bij de verwerking van koper. Het is van invloed op smelt-, giet-, las- en hardsoldeerprocessen. Bij normale atmosferische druk bedraagt het smeltpunt van zuiver koper 1084,62 °C (1984,32 °F of 1357,77 K).
Zuiver koper heeft een vast smeltpunt. Koperlegeringen zoals messing, brons en cupronikkel smelten doorgaans binnen een bepaald temperatuurbereik. Daarom moet er bij het bespreken van het smeltpunt van koper onderscheid worden gemaakt tussen zuiver koper en koperlegeringen.
Wat is het smeltpunt van koper?
Koper met een hoge zuiverheidsgraad heeft een standaard smeltpunt van 1084,62 °C. Zodra deze temperatuur is bereikt, begint vast koper over te gaan in een vloeibare toestand.
| Temperatuureenheid | Smeltpunt van koper |
| Celsius | 1084,62 °C |
| Fahrenheit | 1984,32 °F |
| Kelvin | 1357,77 K |
In algemene artikelen kan het smeltpunt worden aangegeven als ongeveer 1085 °C of 1984 °F. Voor technische berekeningen en technische documentatie verdient de nauwkeurigere waarde de voorkeur.
De Internationale Temperatuurschaal van 1990 (ITS-90) hanteert 1084,62 °C als het vriespunt van koper. Bij zeer zuiver koper vallen het smeltpunt en het vriespunt samen met dezelfde evenwichtstemperatuur tussen vaste en vloeibare toestand.
Waarom vermelden sommige bronnen 1083 °C, 1084,5 °C of 1085 °C?
Deze verschillen zijn voornamelijk het gevolg van de nauwkeurigheid van de gegevens, afrondingsmethoden en vroegere temperatuurschalen.
In algemene teksten is het gebruik van “ongeveer 1085 °C” aanvaardbaar. Wanneer nauwkeurige gegevens vereist zijn, wordt 1084,62 °C aanbevolen. Ook de zuiverheid van het koper, de testapparatuur en de testomgeving kunnen lichte afwijkingen veroorzaken.
Wat gebeurt er als koper tot zijn smeltpunt wordt verwarmd?
Koper neemt warmte op en zet uit wanneer het wordt verwarmd. In dit stadium blijft het materiaal in vaste toestand.
Zodra de temperatuur het smeltpunt bereikt, bestaan vast en vloeibaar koper naast elkaar. Het koper blijft warmte opnemen, maar de temperatuur blijft tijdelijk in de buurt van het smeltpunt. Deze warmte wordt voornamelijk gebruikt om de faseovergang van vast naar vloeibaar te voltooien.
Nadat het koper volledig is gesmolten, zorgt verdere verhitting ervoor dat de temperatuur van het gesmolten koper stijgt. Als koper in de lucht wordt verwarmd, oxideert het ook. De oxidatie wordt over het algemeen sterker naarmate de temperatuur stijgt.
Hebben zuiverheid en druk invloed op het smeltpunt van koper?
De smelttemperatuur van zeer zuiver koper ligt dicht bij de standaardwaarde. Industrieel koper kan zuurstof, zwavel, lood of andere elementen bevatten. Deze elementen kunnen het smeltgedrag beïnvloeden.
Sommige kopermaterialen smelten niet meer bij één enkele temperatuur, maar smelten geleidelijk binnen een bepaald temperatuurbereik. Daarom dient bij de daadwerkelijke productie rekening te worden gehouden met de specifieke kwaliteit, de chemische samenstelling en het materiaalinformatieblad.
Druk heeft ook invloed op het smeltpunt van koper. In gewone industriële omgevingen zijn de drukverschillen echter klein, zodat het effect ervan kan worden verwaarloosd. Het smeltpunt verandert pas aanzienlijk bij extreem hoge druk.
Waarom verschilt het smeltpunt van koperlegeringen van dat van zuiver koper?
Messing, brons en cupronikkel bevatten elementen zoals zink, tin, aluminium of nikkel. Deze elementen beïnvloeden de smelttemperatuur van koper.
De meeste koperlegeringen hebben geen vast smeltpunt. In plaats daarvan smelten ze geleidelijk tussen de solidus- en liquidustemperatuur.
Solidus: De temperatuur waarbij voor het eerst een vloeibare fase in de legering ontstaat.
Liquidus: De temperatuur waarbij de legering volledig vloeibaar wordt.
Onder de solidus blijft het materiaal vast. Tussen beide temperaturen bestaan de vaste en vloeibare fase naast elkaar. Boven de liquidus is het materiaal volledig gesmolten.
Zo zorgt zink in messing er doorgaans voor dat de smelttemperatuur daalt. De smelttemperatuur van koper-nikkellegeringen ligt dichter bij of is hoger dan die van zuiver koper.
Smeltpuntbereiken van gangbare koperlegeringen
| Kopermateriaal | Soort legering | Solidus | Liquidus |
| Zuiver koper | Zuiver koper | 1084,62 °C | 1084,62 °C |
| C26000 | 70/30 messing | Ongeveer 916 °C | Ongeveer 954 °C |
| C51000 | Fosforbrons | Ongeveer 954 °C | Ongeveer 1049 °C |
| C95400 | Aluminiumbrons | Ongeveer 1027 °C | Ongeveer 1038 °C |
| C70600 | 90/10 koper-nikkellegering | Ongeveer 1099 °C | Ongeveer 1149 °C |
De waarden in de tabel geven de verschillen tussen de verschillende kwaliteiten weer. Zelfs binnen dezelfde categorie messing of brons kunnen verschillende kwaliteiten uiteenlopende smeltbereiken hebben.
Bij de daadwerkelijke productie moeten de door de materiaalleverancier verstrekte gegevens worden gevolgd. De procestemperatuur ligt doorgaans boven de liquidus, maar er moet ook rekening worden gehouden met de vloeibaarheid, het oxidatierisico en de gietmethode.
Welke invloed heeft het smeltpunt van koper op productieprocessen?
Het smeltpunt bepaalt de temperatuur die nodig is om koper een overgang van vaste naar vloeibare toestand te laten ondergaan. Koper geleidt de warmte echter zeer snel, waardoor de daadwerkelijke verwerking niet uitsluitend op het smeltpunt kan worden gebaseerd.
Kopergieten
Bij het gieten van zuiver koper moet de smelttemperatuur hoger zijn dan het smeltpunt ervan. Dit zorgt ervoor dat het koper volledig smelt en voldoende vloeibaarheid heeft.
De giettemperatuur is niet hetzelfde als het smeltpunt. Een te lage temperatuur kan ertoe leiden dat de gietvorm niet volledig wordt gevuld. Een te hoge temperatuur verhoogt de oxidatie, de gasopname en het energieverbruik.
De specifieke temperatuur moet ook worden bepaald op basis van de afmetingen van het onderdeel, het materiaal van de gietvorm en de gietmethode.
Koperlassen
Koper voert warmte snel af uit de laszone. Dikwandige koperen onderdelen moeten doorgaans worden voorverwarmd, en de lasapparatuur moet bovendien geconcentreerde, stabiele warmte leveren.
De lasparameters moeten worden aangepast aan de koperkwaliteit, de materiaaldikte en de lasmethode. Veelgebruikte lasprocessen zijn onder meer TIG-lassen, MIG-lassen en laserlassen.
Solderen en hardsolderen met koper
Bij solderen en hardsolderen wordt gebruikgemaakt van toevoegmetalen met een smeltpunt dat lager ligt dan dat van het basismetaal koper. Tijdens het verwarmen smelt het toevoegmetaal, terwijl het basismetaal koper vast blijft.
Solderen vindt doorgaans plaats bij temperaturen onder de 450 °C. Hardsolderen vindt plaats bij temperaturen boven de 450 °C, maar nog steeds onder het smeltpunt van het basismetaal koper.
De temperaturen bij CNC-bewerking liggen ver onder het smeltpunt van koper. Bij normaal verspanen smelt het koperen onderdeel niet volledig. Daarom heeft het smeltpunt weinig directe invloed op CNC-bewerking.
In de snijzone ontstaat echter plaatselijke warmteontwikkeling. Sommige kopermaterialen hebben de neiging om aan het snijgereedschap te blijven kleven en een opgebouwde rand te vormen. Dit kan leiden tot krassen op het oppervlak en maatafwijkingen.
Het gebruik van scherp snijgereedschap, de juiste snijparameters en een geschikte koelmethode kan de bewerkingskwaliteit verbeteren.
Vergelijking van het smeltpunt van koper met dat van andere metalen
| Metaal | Smeltpunt |
| Aluminium | Ongeveer 660,32 °C |
| Zilver | Ongeveer 961,78 °C |
| Goud | Ongeveer 1064,18 °C |
| Koper | Ongeveer 1084,62 °C |
| IJzer | Ongeveer 1538 °C |
Koper heeft een hoger smeltpunt dan aluminium, zilver en goud, maar een lager smeltpunt dan ijzer. Een hoger smeltpunt betekent niet dat een materiaal over het algemeen betere prestaties levert.
Bij de materiaalkeuze moet ook rekening worden gehouden met sterkte, elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, corrosiebestendigheid, bewerkbaarheid en kosten.
Veelgestelde vragen
Kan een gewone vlam koper smelten?
Met een kaars of een gewone aansteker kun je koper niet smelten. De vlamtemperatuur van sommige hogetemperatuur-gasbranders kan weliswaar hoger zijn dan het smeltpunt van koper, maar de vlamtemperatuur is niet de enige voorwaarde.
Koper geleidt warmte zeer snel. Of een koperen onderdeel kan smelten, hangt ook af van het verwarmingsvermogen, de afmetingen van het onderdeel en de omstandigheden voor warmteafvoer. Voor het smelten van grotere hoeveelheden koper is doorgaans een hogetemperatuuroven of een zuurstof-brandstofinstallatie nodig.
Waarom is een klein koperen plaatje makkelijker te smelten dan een groot koperen blok?
Een klein koperen plaatje en een groot koperen blok van hetzelfde materiaal hebben hetzelfde smeltpunt. Het plaatje heeft een kleinere massa en er is in totaal minder warmte nodig om het smeltpunt te bereiken; het is dus gemakkelijker te verwarmen en te smelten.
Is de giettemperatuur van koper hetzelfde als het smeltpunt ervan?
Nee. Het smeltpunt is de temperatuur waarbij zuiver koper een overgang van vaste naar vloeibare toestand ondergaat. De giettemperatuur ligt doorgaans hoger om ervoor te zorgen dat het gesmolten koper soepel in de gietvorm kan stromen en deze volledig kan vullen.
Wat is het smeltpunt van kopercarbonaat?
Kopercarbonaat heeft geen smeltpunt in de gebruikelijke zin van het woord. Bij verhitting ontleedt het, in plaats van te smelten zoals metallisch koper:
CuCO₃ → CuO + CO₂
Gewoon basisch kopercarbonaat geeft bij verhitting ook water af. Daarom is een ontledingstemperatuur geschikter om dit soort materiaal te beschrijven dan een "smeltpunt".
Conclusie
Bij normale atmosferische druk bedraagt het smeltpunt van zuiver koper 1084,62 °C (1984,32 °F of 1357,77 K). Over het algemeen kan deze waarde worden afgerond op ongeveer 1085 °C.
Koperlegeringen hebben doorgaans niet één enkel smeltpunt. Bij de daadwerkelijke verwerking moeten de solidus- en liquidustemperaturen van de specifieke legering worden gecontroleerd. Bij het ontwerpen van giet-, las- en hardsoldeerprocessen moet ook rekening worden gehouden met de warmtegeleidbaarheid, de zuiverheid, het oxidatierisico en de afmetingen van het onderdeel.
