Phosphorkupfer vs. Rotkupfer: Zusammensetzung und Verwendung

Zusammensetzung: Wo die beiden Materialien auseinanderlaufen

Rotes Kupfer kommt reinem Kupfer nahe. Sein Kupferanteil liegt bei etwa 99,9 %, zusammen mit sehr wenigen anderen Elementen, was ihm die charakteristische rötliche Farbe und die hohe Leitfähigkeit verleiht, die ihn zu einem Referenzleiter machen. Sauerstoff kann in den zähen Pechsorten als kontrollierter Rest vorhanden sein oder in den sauerstofffreien Sorten, die für Vakuum- und Elektronikanwendungen verwendet werden, unter ein paar Tausendstel Prozent gehalten werden.

Phosphorkupfer ist eine Kupferlegierung, die durch Zugabe von Phosphor zur Schmelze hergestellt wird, typischerweise im Bereich von 0,03 % bis 0,35 %, und in der üblicherweise industriell gelieferten Form enthalten die Phosphorbronzesorten auch Zinn mit etwa 5 % bis 9 %. Der Phosphor desoxidiert die Schmelze, was das Gießverhalten verbessert und ein saubereres Material ergibt, während das Zinn für die Festigkeit und elastischen Eigenschaften sorgt. Durch die bewusste Anwesenheit der Legierungselemente verhält sich das Material nicht mehr wie reines Kupfer.

Mechanisches Verhalten und Wärmebehandlung

Rotes Kupfer ist weich und sehr duktil. Geglühtes Band ist ab einer Zugfestigkeit von etwa 195 MPa spezifiziert und entwickelt eine vollständig rekristallisierte, gleichachsige Struktur, die ohne Rissbildung zu feinem Draht oder zu komplexen Schalen tiefgezogen werden kann. Da das Metallwerkstück schnell aushärtet, entsteht die Festigkeit durch Kaltreduktion: Halbharte und harte Vergütungen werden durch das Ausmaß des Walzens und nicht durch Wärmebehandlung erzeugt, und vollständiges Glühen stellt den weichen Zustand wieder her.

Phosphorbronze ist bei gleicher Härte stärker und härter. Das Zinn in fester Lösung stärkt die Matrix und das Material reagiert noch stärker auf Kaltwalzen, sodass ein Federhärtezustand mit einer Zugfestigkeit über 600 MPa unter Beibehaltung der nützlichen Duktilität erzeugt werden kann. Phosphorbronze ist außerdem widerstandsfähiger gegen Erweichen bei mäßiger Temperatur, weshalb es seine Federeigenschaften im Kontakt- und Steckverbinderbetrieb besser beibehält als reines Kupfer.

Elektrische und thermische Leitfähigkeit

Rotes Kupfer ist die praktische Referenz für Leitfähigkeit. Geglühtes zähes Pechkupfer erreicht etwa 100 % des internationalen Standards für geglühtes Kupfer, und sauerstofffreie Qualitäten übertreffen diesen Wert nach dem Glühen leicht, da gelöste Verunreinigungen minimiert werden. Die Wärmeleitfähigkeit ist mit etwa 380 W/m·K entsprechend hoch, weshalb das gleiche Material sowohl als Leiter als auch als Wärmeverteiler dient.

Phosphor ist das Element, das die Leitfähigkeit von Kupfer zerstört, selbst bei einigen hundert Teilen pro Million. Die Phosphorbronze-Gehalte liegen bei etwa 15 % des Kupferstandards, daher wird das Material nie für den Stromtragbetrieb ausgewählt; Es wird dort ausgewählt, wo Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Federverhalten erforderlich sind und die elektrische Belastung auf Signalpegelkontakte beschränkt ist. Die Wärmeleitfähigkeit sinkt proportional auf etwa ein Zehntel des Wertes von Rotkupfer.

Korrosionsverhalten und Nutzungsdauer

Rotes Kupfer bildet in der Luft einen schützenden Oxid- und Carbonatfilm und ist beständig gegen Süßwasser und viele neutrale Salzlösungen. Es wird in stark sauren oder ammoniakhaltigen Umgebungen angegriffen und kann Spannungsrisskorrosion erleiden, wenn es in einer ammoniakhaltigen Atmosphäre in stark kaltverformtem Zustand belassen wird.

Phosphorbronze ist im aggressiven Einsatz im Allgemeinen die haltbarere der beiden Bronzen. Der Phosphor unterstützt die Bildung eines schützenden Oberflächenfilms und der Zinngehalt erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Erosion durch fließendes Wasser. Aus diesem Grund wird die Legierung in Pumpen, Lagern, Ventilkomponenten und Schiffszubehör verwendet, wo rotes Kupfer verschleißen oder weich werden würde.

So geben Sie das Richtige an

Strombelastbarkeit, Wärmeausbreitung oder maximale Formbarkeit: Rotkupfer mit angegebener Leitfähigkeit und Kupfergehalt.

Feder- oder Kontaktelemente, die die Last halten müssen, ohne sich zu entspannen: Phosphorbronze in Federhärte.

Lager- und Verschleißflächen unter Gleitbelastung: Phosphorbronze, mit spezifizierter Härte und Mikrostruktur.

Löten und Hartlöten beider Materialien: Bei Phosphorbronze muss dem Flussmittel mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, da sein Oxid zäher ist.

Korrosions- oder Meereseinsatz bei mäßiger Belastung: Phosphorbronze oder Kupfernickel, wenn der Chloridgehalt hoch ist.

Beide Materialien werden in China nach GB/T 2059 bestellt, wobei ASTM B152 international für Kupfer und ASTM B103 für Phosphorbronze gilt. In der Bestellung sollten die Güteklasse, die Härte, die Dicke und die einzuhaltenden mechanischen Eigenschaften angegeben werden, da eine Zeichnung, die besagt, dass nur Kupfer in der Güteklasse angegeben wird, die das Werk zur Verfügung hat, angegeben wird.

Kosten und der Grund für die Preislücke

Phosphorbronze kostet aus zwei Gründen mehr als rotes Kupfer, die nichts mit dem Phosphor selbst zu tun haben. Zinn ist ein wesentlich teureres Metall als Kupfer und die in der Bestellung aufgeführten Phosphorbronze-Sorten enthalten mehrere Prozent davon. Zusätzlich zu den Metallkosten ist Phosphorbronze härter und weniger wärmeleitend, sodass sie langsamer gewalzt werden kann und mehr Glüh- und Walzdurchgänge erfordert, um eine bestimmte Dicke zu erreichen, und die Werkzeuge beim nachfolgenden Stanzen schneller verschleißen. Rotkupfer benötigt weniger Durchgänge und lässt sich einfacher schneiden, was sich direkt im Lieferpreis eines fertigen gestanzten oder bearbeiteten Teils widerspiegelt.

Ein Käufer, der die beiden Modelle allein anhand ihres Aussehens vergleicht, wird den Unterschied im geglühten Zustand selten erkennen. Farbe, Gewicht und Oberflächenbeschaffenheit sehen nahezu identisch aus und die Unterscheidungsmerkmale treten erst dann zum Vorschein, wenn das Teil gebogen, belastet oder auf Widerstand gemessen wird.

Häufig gestellte Fragen

F: Sind Phosphorkupfer und Rotkupfer das gleiche Material?

A: Nein. Rotes Kupfer besteht zu 99,9 % aus reinem Kupfer, während Phosphorkupfer eine Kupferlegierung ist, die Phosphor enthält, im Allgemeinen mit Zinn in den Phosphorbronzequalitäten.

F: Welches leitet den Strom besser?

A: Rotes Kupfer, etwa 100 % des internationalen Standards für geglühtes Kupfer, gegenüber etwa 15 % für Phosphorbronze, sodass die Legierung nicht für stromführende Leiter verwendet wird.

F: Warum kostet Phosphorkupfer mehr?

A: Hauptsächlich wegen des Zinngehalts und teilweise, weil die härtere Legierung mehr Walz- und Glühdurchgänge erfordert und die Werkzeuge schneller verschleißen.

F: Kann Phosphorbronze für Federn verwendet werden?

A: Ja. Es handelt sich um ein Standard-Federmaterial, da die kaltgewalzten Härtegrade eine Zugfestigkeit von über 600 MPa bei gleichzeitig ausreichender Duktilität zur Bildung der Feder ergeben.

F: Welcher Standard sollte jeweils angegeben werden?

A: GB/T 2059 für die chinesische Produktion beider, mit ASTM B152 für Kupfer und ASTM B103 für Phosphorbronze, wo ein internationaler Standard erforderlich ist.