Verstehen der Fachbegriffe bei Abkantpressen: Tageslicht, Bombierung, Parallelität
Stellen Sie sich vor, dass Sie versuchen, einen perfekten Bogen in ein Metallblech zu biegen, nur um festzustellen, dass Ihre…
Kupfer ist ein weit verbreitetes Metall, das eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufweist, wie zum Beispiel Verformbarkeit, Duktilität und Leitfähigkeit. Wie jedes andere Metall unterliegt es einem Zersetzungs- oder Oxidationsprozess, der sowohl physikalische als auch chemische Veränderungen mit sich bringt.
Werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Korrosion von Kupfer.
Korrosion ist ein natürlicher Prozess, bei dem Metalle mit der Atmosphäre, Chemikalien oder anderen spezifischen Bedingungen reagieren. Diese Umwandlung führt zu einer veränderten Optik sowie zu Veränderungen der mechanischen Eigenschaften und einer geschwächten strukturellen Integrität des Metalls. Kupfer bildet während seiner elektrochemischen Reaktion mit der Umwelt eine rötlich-braune Kupferoxid-Schicht.
Rost entsteht, wenn Metalllegierungen, die Eisen enthalten, oxidieren. Kupfer ist jedoch ein Nichteisenmetall, das kein Eisen enthält. Da Eisen für die Entstehung von Rost erforderlich ist, rostet Kupfer nicht, sondern korrodiert bzw. oxidiert, indem Sauerstoffmoleküle auf seiner Oberfläche mit Kupferatomen reagieren und Kupferoxid bilden.
Im Gegensatz zu Eisenoxid zerfällt Kupferoxid nicht mit der Zeit. Es bildet einen schützenden Film auf der Kupferoberfläche, der allmählich dicker wird, bis daraus Kupferkarbonat entsteht. Diese neue Materialschicht, die Patina genannt wird, dient als Schutzschild, das das darunterliegende, unversehrte Kupfer bewahrt. Zudem kann sich beschädigte Patina selbst regenerieren.
Kupferkorrosion ist ein langsamer Prozess, insbesondere in unbelasteten Umgebungen. Es dauert daher Monate oder sogar Jahre, bis die Oberflächen anlaufen, sich dunkelbraun bis schwarz verfärben und schließlich die charakteristische blau-grüne Farbe annehmen.
Die Bildung der Patina kann künstlich beschleunigt werden, da für einige Anwendungen ein bestimmtes Aussehen gewünscht ist, aber niemand warten möchte, bis Kupfer dieses Aussehen natürlich entwickelt. Dies geschieht durch die Behandlung der Kupferoberflächen mit verschiedenen Chemikalien oder korrosiven Mitteln wie Eisen(III)-nitrat, Natriumthiosulfat oder Schwefel-Kaliumverbindungen. Durch verschiedene Methoden und das Aussetzen des Kupfers an unterschiedliche Temperaturen und Feuchtigkeitsgrade lassen sich verschiedene Farbnuancen erzielen.
Für manche Anwendungen ist Kupfer am effektivsten, wenn die Patina entfernt wird und das Metall in seiner reinsten Form vorliegt. Ein Beispiel hierfür sind Kupferdrähte, die ohne Patina ihre höchste elektrische Leitfähigkeit erreichen. Wachsüberzüge, Polieren und spezielle Lösungen schützen Kupfer vor korrosiven Einflüssen und verhindern so Oxidation und Anlaufen.
Es gibt spezielle Bedingungen, die die Korrosion von Kupfer fördern oder beschleunigen. Dazu zählen:
Ein anschauliches Beispiel für Kupferkorrosion ist die Freiheitsstatue in New York. Als sie 1886 errichtet wurde, war die Statue ursprünglich glänzend braun, doch nach etwa 10 Jahren Umwelteinflüssen durch das Wasser in New York verfärbte sie sich zu einer blau-grünen Patina. Nach weiteren 15 Jahren war die Patinaschicht vollständig ausgeprägt.
Es gab sogar Politiker, die vorschlugen, die Statue wieder glänzend braun zu streichen, doch die breite Öffentlichkeit lehnte diesen Vorschlag entschieden ab. Heute ist das blau-grüne Erscheinungsbild allgemein beliebt. Manche argumentierten, die Statue sollte alle 50 Jahre poliert werden, damit jede Generation den Prozess des Anlaufens und Farbwechsels miterleben kann. Allerdings ist diese Idee wenig praktikabel, denn die Statue ist nur etwa 2,4 Millimeter dick – nach ein paar Polierzyklen wäre sie zu dünn, und irgendwann wäre nichts mehr übrig.
Korrosion hatte auch Auswirkungen auf das ursprüngliche Design der Statue, das aus einer Kombination von Eisenskelett und Kupferverkleidung bestand. Zwischen diesen beiden Elementen trat galvanische Korrosion auf, wobei Regenwasser als Elektrolyt fungierte. Die Eisenstruktur wurde mit einer Zinkschicht versehen und die korrodierten Teile durch Edelstahl ersetzt.
Für die umfassende Restaurierung wurden 8.000 Quadratfuß Kupferblech verbaut, um Teile wie das Dach und die Fackel zu erneuern, während die Flamme der Fackel aus massivem Kupfer und Goldblech neu gefertigt wurde. Die neue Fackel wurde vor der Montage 1986 künstlich patiniert, um zum Rest der Statue zu passen. Die künstliche Patina nutzte sich innerhalb weniger Jahre ab, sodass das matte Kupfer sichtbar wurde. Es dauerte über zwanzig Jahre, bis sich auf dem matten Braun eine eigene Patinaschicht bildete.
Kupfer wird häufig mit anderen Metallen kombiniert, da es ein äußerst verformbares und duktiles Element ist. Gängige Kupferlegierungen sind Bronze (88 % Kupfer, 12 % Zinn) und Messing (66 % Kupfer, 34 % Zink mit Spuren von Eisen und Blei).
Kupferlegierungen unterscheiden sich von reinem Kupfer und korrodieren auch anders. Eine Kupferlegierung kann bei Korrosion eine andere Farbe annehmen als Grün. Messing beispielsweise erhält einen goldbraunen Ton, während Bronze von limettengrün bis dunkelbraun variieren kann.
Das Korrosionsverhalten von Kupferlegierungen hängt von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften, der Umgebung, Belastung und anderen Faktoren ab.
Kupferlegierungen zeigen unter bestimmten Bedingungen eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit. Hier einige Beispiele:
