Metal·lúrgia i siderúrgia/El coure

Salta a la navegació Salta a la cerca

Coure[modifica]

Níquel - Coure - Zinc
Cu
Ag  
 
 
Cu-TableImage.svg
Taula completa
General
Nom, Llista d'elements per símbol, nombre Coure, Cu, 29
Sèrie química Metall de transició
Grup, període, bloc 11 , 4 , d
Densitat, duresa Mohs kg/m3, 3,0
Aparença Metàl·lic, rogenc
Cu,29.jpg
Propietats atòmiques
Pes atòmic 63,536 uma
Radi mig

135 pm
Radi atòmic calculat 145 pm
Radi covalent 138 pm
Radi de Van der Waals 140 pm
Configuració electrònica [Ar]3d104s1
Estats d'oxidació (òxid) 2,1 (lleument bàsic)
Estructura cristal·lina Cúbica centrada en les cares
Propietats físiques
Estat de la matèria Sòlid (__)
Punt de fusió 1357,6 K
Punt d'ebullició 2840 K
Entalpia de vaporització 300,3 kJ/mol
Entalpia de fusió 13,05 kJ/mol
Pressió de vapor 0,0505 Pa a 1358 K
Velocitat del so 3570 m/s a 293,15 K
Informació diversa
Electronegativitat 1,9 (Pauling)
Calor específica 380 J/(kg·K)
Conductivitat elèctrica 59,6 x 106 m-1·Ω-1
Conductivitat tèrmica 401 W/(m·K)
potencial d'ionització 745,5 kJ/mol
2n potencial d'ionització 1957,9 kJ/mol
3r potencial d'ionització 3555 kJ/mol
4t potencial d'ionització 5536 kJ/mol
Isòtops més estables
iso. AN Període de semidesintegració CD ED MeV PD
63Cu 69,17% Cu és estable amb 34 neutrons
64Cu Sintètic 12,7 h ε 1,675 64Ni
64Cu Sintètic 12,7 h β- 0,579 64Zn
65Cu 30,83% Cu és estable amb 36 neutrons

El coure, de símbol Cu, és un element químic de nombre atòmic 29, i és un dels metalls més importants. Es tracta d'un metall de transició de coloració rogenca i brillantor metàl·lica que, juntament amb la plata i l'or, forma part de l'anomenat grup 11 de la taula periòdica, caracteritzat perquè són els millors conductors d'electricitat. Gràcies a la seva alta conductivitat elèctrica, ductilitat i mal·leabilitat, s'ha convertit en el material més utilitzat per a fabricar cables elèctrics i altres components elèctrics i electrònics.

El coure dóna lloc a nombrosos aliatges que principalment tenen com a objectiu millorar les propietats mecàniques d'aquest element químic. Els dos aliatges principals del coure són el llautó i el bronze. Altre punt positiu del bronze és la seva vida útil, és un element que pot ser reciclat un nombre il·limitat de vegades sense que perdi les seves propietats mecàniques.

Com que el coure és un metall de transició de color rogenc, presenta una conductivitat elèctrica i tèrmica molt alta, només superada per la de la plata. Es creu que possiblement el coure va ser el metall més antic en haver-se emprat, degut a l'aparició de peces d'aquest material l'any 8700 a.C. El coure generalment té estats d'oxidació baixos quan forma composts o també anomenats valències amb les que actua, aquests estats són +1 ; +2.

El coure, de color salmó inicialment, varia de color fins a arribar al color violeta per la formació de l'àcid cuprós (Cu2O), també adopta un color totalment negre durant la formació d'òxid cúpric (CuO). Amb el sofre forma un sulfur (CuS) de color blanc.

Entre les seves propietats mecàniques destaca la seva excepcional capacitat de deformació i ductilitat. En general, les seves propietats milloren amb les baixes temperatures, fet pel qual s'utilitza en aplicacions criogèniques.

El coure generalment forma dos aliatges principals que són el coure i el bronze, però també pot formar altres aliatges com:

  • Coure-crom: Entre 0,5% i 1% aconsegueixin una millora resistent a altes temperatures i en conseqüència es milloren, tant la conductivitat elèctrica com tèrmica. El seu ús es destina a electròdes de soldadura per resistència, barres de col·lectors, comptadors de potència, equips siderúrgics i ressorts conductors. Encara s’optimitza aquesta millora incloent-hi circoni.
  • Coure-circoni: S’aplica amb un 0,1%-0,2% i aconseguim unes característiques mecàniques similars a les aconseguides amb crom.
  • Coure-ferro-fòsfor i coure-cobalt-fòsfor: Aquestes aleacions s’utilitzen, bàsicament, en circuits integrats. Tenen una bona conductivitat elèctrica juntament amb bones propietats mecàniques i resistència a la temperatura.
  • Coure-cadmi: Aconsegueixin major capacitat resistent. El seu ús es destina a cables i catenàries.
  • Coure-argent i coure-estany: Eleven la temperatura de recristalització del material.
  • Coure-sofre coure-plom: Milloren les seves aptituds pel mecanitzat.
  • Coure-silici.

Història del coure[modifica]

El coure fou el primer metall utilitzat industrialment. Ha donat nom a un període de la prehistòria, el neolític, dit també calcolític. La descoberta d’aquest metall tingué lloc al Pròxim Orient, i les primeres etapes no són gaire conegudes. Les primeres mostres d'ús d'aquest element provenen de Sialk (Iran) i a Anatòlia a la primera del IV mil·lenni; durant aquell mateix mil·lenni s’estengué a tot el Pròxim Orient asiàtic i a Egipte. Aquests primers usos, el coure era treballat amb martell, però posteriorment aquest mètode va ser substituir pel mètode de la fosa i de la fabricació d’objectes amb motlle. Els dos primers grans centres d'explotació del coure varen ser l’Iran i Xipre, però actualment les principals concentracions de coure es troben a Xile, els Estats Units, l'antiga URSS i el Canadà. L’ús del coure s’estengué per la resta de la Mediterrània entre el 2500 i el 2000 aC.

A l’edat mitjana les mines alemanyes varen les més productores coure, però posteriorment foren superades per les de Cornualla. Al s XIX la preeminència de la producció passà a les mines andaluses de Riotinto, que, controlades per interessos britànics, varen convertir a la Gran Bretanya com a primer productor mundial. L'electrificació va fer augmentar la demanda i va capgirar el mercat tradicional, on la producció l'any 1880, va ser d'unes 200.000 tones, provinents sobretot dels EUA, que havien posat en explotació els grans jaciments d’Arizona, Montana i Utah.

Llautó[modifica]

Figura de llautó groc.

El llautó és l'aliatge que forma el coure quan es junta amb el zinc(d’un 5 a un 45 % de zinc). El zinc en aquesta unió millora les propietats mecàniques del coure: baixa el punt de fusió i el fa més apte per a l'obtenció d'objectes per emmotllament. Altra millora del zinc sobre el coure, és la reducció de la conductivitat elèctrica i tèrmica del coure. A més, el cost del llautó és més barat que el dels seus components. Segons les proporcions de zinc, propietats com la ductilitat (facilitat per ser estirat) o la resistència a la corrosió varien molt.

Alguns tipus de llautó són mal·leables només en fred, altres només en calent, i alguns no ho són a cap temperatura. Tots els tipus d'aquest aliatge es tornen trencadissos quan s'escalfen a una temperatura pròxima al punt de fusió.

Segons la utilització a què estigui destinat, el llautó té una composició química diferent. N'hi ha de molts tipus. Alguns exemples són els següents:

  • Llautó (Cu63/Zn37): 63% de Coure + 37% de Zinc
  • Llautó (Cu70/Zn30): 70% de Coure + 30% de Zinc
  • Llautó de forja:
Cu (Coure): 58,0 - 61,0%
Pb (Plom): 1,5 - 2,5%
Fe (Ferro): 0,30% (màx.)
Altres conjuntament: 0,50% (màx.)
Zn (Zinc): la resta
  • Llautó per a mecanitzat:
Cu (Coure): 57,0 - 59,0%
Pb (Plom): 2,5 - 3,5%
Fe (Ferro): 0,5% (màx.)
Sn (Estany): 0,4% (màx.)
Ni (Níquel): 0,5% (màx.)
Al (Alumini): 0,1% (màx.)
Altres conjuntament: 0,2% (màx.)
Zn (Zinc): la resta

Existeixen tres grups principals de llautons en funció del seu percentatge de Zn.

  • Llautons de primer títol, amb percentatge de Zn inferior a 33%
  • Llautons de segon títol, amb percentatge de Zn de 33 a 45%
  • Llautons de tercer títols amb percentatges de Zn superior a 45% sense amb prou feines aplicacions industrials.

Tipus de llautons[modifica]

Els tipus de llautons són:

Peces de llautó de l'antiguitat.
  • Llautó almirallat, conté 30% de zinc, i 1% d'estany, el que inhibeix descincificación en la majoria d'entorns.
  • Aliatge de Aicha, típicament conté 60,66% de coure, zinc 36,58%, 1,02% d'estany, i de 1,74% de ferro. Dissenyat per al seu ús en servei marítim a causa de la seva resistència a la corrosió, duresa i tenacitat. Una aplicació característica és la de la protecció dels fons dels vaixells, però amb mètodes més moderns de protecció catòdica han fet que el seu ús menys comú. La seva aparença s'assembla a la d'or.
  • Llautons alfa, amb menys de 35% de zinc, són mal·leables, es pot treballar en fred, i s'utilitzen en el premsat, forja, o aplicacions similars. Contenen només una fase, centrada en la cara amb estructura cristal.lina cúbica. de metall o metall de Prince Prince Rupert és un tipus de llautó alfa que conté 75% de coure i 25% de zinc. A causa del seu bell color groc, s'utilitza com una imitació d'or. [22] L'aliatge va ser nomenat després del príncep Rupert del Rin.
  • Llautó alfa-beta (metall Müntzer), també anomenat de bronze a dues cares, és 35-45% de zinc i és adequat per al treball en calent. Conté α i fase β ", la β'fases és cúbica centrada i és més dur i més fort que el α. llautons alfa-beta són habituals de treball en calent.
  • Llautó amb alumini, el que millora la seva resistència a la corrosió. S'utilitza per al servei d'aigua de mar [23] i també en les monedes d'euro (or nòrdic).
  • Llautons Beta, amb un contingut de zinc 45-50%, només es pot treballar en calent, i són més difícils, més forta i apta per llançar.
  • Llautó rebladura, és un llautó amb un 37% de zinc, barat i estàndard per al treball en fred.

llautó DZR és descincificación llautó resistent amb un petit percentatge d'arsènic.

  • Llautó amb plom, és un metall alfa-beta amb addició de plom. Té una excel·lent maquinabilitat.
  • Llautó vermell, representa un aliatge entre coure, zinc i estany.
  • Llautó enriquit, amb un 15% de zinc. Sovint s'utilitza en aplicacions de joieria. També anomenat CW617N CZ122 o OT58) és un aliatge de coure-plom-zinc. No es recomana l'ús d'aigua de mar.
Dau decoratiu de llautó, al costat de mostres de coure i zinc.
  • Llautó blanc, conté més del 50% de zinc i és massa fràgil per a ús general. El terme també pot referir-se a determinats tipus d'aliatges de plata níquel, així com Cu-Zn-Sn aliatges amb un alt percentatge (normalment 40% +) d'estany i / o zinc, així com els aliatges de zinc sobretot amb l'additiu de coure.
  • Llautó groc, és un terme americà per 33% de zinc i coure.

Bronze[modifica]

Estàtua de bronze resistent a la corrosió.

El bronze és un aliatge del coure format principalment per coure i estany. Aquest aliatge mai ha sigut pur, és a dir, no només contenen aquests dos metalls. A l'antiguitat grecs i romans ja dominaven el bronze, i estava format per coure, estany, plom i plata. Les principals característiques del bronze es la resistència a la corrosió i la facilitat de lubricació. A partir del 10% d'estany, l'aliatge es dur i té un punt de fusió baix. Quan un aliatge de coure i estany no és pur, el seu nom conté el nom dels components addicionals: bronze d'alumini, bronze de manganès, bronze de fòsfor...

Composició del bronze[modifica]

Existeixen molts aliatges de bronze, però el bronze pur és típicament 88% coure i 12% d'estany. Altres bronzes com per exemple el bronze alfa alfa consisteix en la solució sòlida d'estany en coure, amb només un 4-5% d'estany (utilitzat per fer monedes, ressorts, turbines i pales). El bronze comercial està format per un 90% de coure i un 10% d'estany, tots aquests tipus s'empren principalment en aplicacions arquitectòniques.

Tipus de bronze[modifica]

Existeixen diferents tipus de bronzes:

  • Bronzes
-Bronzes binaris. Són adequats per a la laminació en fred, a partir de colades contínues d’alambrons o de bandes primes que després es laminen en fred.
-Bronzes fosfòrics. Tenen entre un 0,1% i un 0,2% de fòsfor. D’aquesta manera s’augmenta la seva duresa i resistencia al desgast del bronze.
-Bronzes al zinc. S’aplica entre un 4% i un 10% de zinc. Es millora la mal·leabilitat de l’aliatge però disminuint la resistència al desgast. Si, a més a més, se li aplica, aproximadament un 4% de plom milloren les seves propietats de mecanitzat.


  • Bronzes de fundició. Contenen entre un 4% i 13% amb addicions de Zn, Pb i P.
-Bronzes binaris. Permeten ser moldejats amb gran facilitat.
-Bronzes al plom. S’aplica un 7% de plom per millorar el mecanitzat, i si arribem fins al 30%, el bronze guanya en resistència a la fricció.
-Bronzes al zinc i al plom. El zinc és un desoxidant en el metall, millorant la moldeabilitat de l'aliatge. Amb el plom es proveeix d’estanqueïtat al material. Aquest tipus, doncs, són idònis per instal·lacions de fontaneria.

Història del bronze[modifica]

Primeres eines fabricades amb bronze.

El descobriment del bronze va permetre a la gent a crear millors objectes de metall que era impossible abans. Eines, armes, armadures i diferents materials de construcció, com les rajoles decoratives, fet que aquestes fetes de bronze eren més dures i més duradores que les seves pedra i coure ("Calcolític") predecessors. Al principi el bronze era sintetitzat a partir del coure i del arsènic per així formar el bronze arsènic. Posteriorment, aquest arsènic va substituït per l'estany.

Els primers bronzes aliatge d'estany daten de finals del 4t mil·lenni aC a Susa (Iran) i alguns llocs antics en Luristán (Iran) i Mesopotàmia (Iraq). El coure i l'estany són poques vegades les que apareixen juntes (les excepcions inclouen un lloc antic de Tailàndia i un a l'Iran), obra en bronze de tal gravetat que ha implicat sempre el comerç. A Europa, la principal font d'estany de la Gran Bretanya en els dipòsits de mineral de Cornualla, que es comercialitzaven fins Fenícia a la Mediterrània oriental.

Tot bronze és generalment més dur que el ferro forjat, amb una duresa Vickers de 60-258, davant dels 30-80 del ferro forjat, l'Edat de Bronze va donar pas a l'Edat del Ferro, perquè el ferro era més fàcil de trobar.

Propietats del bronze[modifica]

Peces de bronze.

El bronze és molt menys fràgil que altres materials com el ferro. Normalment el bronze només s'oxida superficialment, altres materials en canvi, pateixen molt més aquesta oxidació, és el cas del coure. Per això, el bronze s'utilitza molt als exteriors. Encara que si, aquesta oxidació amb el temps provoca clorurs de coure, acaben per destruir per complet al bronze i és dóna el que es coneix com "malaltia de bronze".

Altra propietat important d'aquest aliatge de coure és el seu punt de fusió, aquest punt de fusió és més baix que el coure, acer o fins i tot, ferro. Els bronzes són més suaus i febles, són menys rígids (i així emmagatzemar menys energia) per al mateix volum. També és important la seva resistència a la corrosió(especialment la corrosió a l'aigua de mar) i té un límit de fatiga més alt que materials com l'acer o el ferro.

El coure i els seus aliatges tenen una gran varietat d'usos que reflecteixen les seves propietats físico-químiques versàtil, mecànic, i. Alguns exemples comuns són l'elevada conductivitat elèctrica del coure pur, les excel.lents qualitats de profunditat de dibuix de bronze cartutx cas, les propietats de baixa fricció de bronze amb les qualitats de ressonància de bronze de campana, i la resistència a la corrosió per aigua de mar de diverses aliatges de bronze .

El punt de fusió del bronze varia en funció de la relació real dels components de l'aliatge i està a uns 950 º C.

Alpaca (Cu-Ni-Zn)[modifica]

Copes fetes d'alpaca

Les alpaques o plates alemanyes són aliatges de coure, níquel (Ni) i zinc (Zn). en una proporció de 50-70% de coure, 13-25% de níquel, i del 13-25% de zinc. Les seves propietats varien de forma contínua en funció de la proporció d'aquests elements en la seva composició, passant de màxims de duresa a mínims de conductivitat Aquestes aliatges tenen la propietat de rebutjar els organismes marins. Si a aquestes aliatges de coure-níquel-zinc, se'ls afegeixen petites quantitats d'alumini o ferro, constitueixen aliatges que es caracteritzen per la seva resistència a la corrosió marina, per la qual cosa s'utilitzen àmpliament en la construcció naval, principalment en els condensadors i canonades, així com en la fabricació de monedes i de resistències elèctriques.

Les aliatges d'alpaca tenen una bona resistència a la corrosió i bones qualitats mecàniques. La seva aplicació s'abasta materials de telecomunicacions, instruments i accessoris de fontaneria i electricitat, com aixetes, abraçadores, molls, connectors. També s'utilitza en la construcció i ferreteria, per a elements decoratius i en les indústries químiques i alimentàries, a més de materials de vaixelles i orfebreria.

Monel[modifica]

El monel és un aliatge que s'obté directament dels minerals canadencs, i té una composició de Cu = 28.-30.%, Ni = 66-67%, Fe = 3-3,5%. Aquest material té una gran resistència als agents corrosius ia les altes temperatures.

Monel és el nom que s'assigna a les aliatges comercials amb raons níquel-coure d'aproximadament 2:1 de pes. El monel és més dur que el coure i extremadament resistent a la corrosió. Els aliatges de l'Monel resisteixen a la corrosió en un major rang d'ambients. La conductivitat tèrmica del monel encara és menor que la del níquel és significativament major que la dels aliatges de níquel que conté quantitats de crom o ferro. Posseeix gran resistència que el níquel l'àcid sulfúric, salmorra i aigua. A causa de la seva bona conductivitat tèrmica i resistència a la corrosió s'utilitza freqüentment en intercanviadors de calor. En ulleres s'utilitza per varetes, ponts i parts davanteres, i amb menor freqüència per anelles, permet soldadures molt resistents i un acabat que no es desgasta.

Platinoide[modifica]

El platinoide és un metall blanc compost de 60% de coure, 14% de níquel, 24% de zinc i de 1.-2.% de tungstè.

Referències[modifica]