Wat koper is
Koper is een roodachtig-bruin metaal dat al sinds de oudheid wordt gebruikt. Het is kneedbaar en taai, wat betekent dat het kan worden gebogen en gevormd zonder te breken, en het heeft een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid, waardoor het het referentiemateriaal is voor elektrische geleiders en warmtewisselaars. Een pas blootgesteld oppervlak van zuiver koper is roze-oranje en vormt in de lucht geleidelijk een beschermende oxide of patina die het metaal zijn goede weerstand tegen atmosferische corrosie geeft.
Commercieel wordt het metaal geleverd als elektrolytisch taai koper, fosfor-gedeoxideerd koper of zuurstof-vrij koper, en elk van deze kwaliteiten wordt gedefinieerd door een norm zoals ASTM B152 voor plaat, strip en plaat of ASTM B75 en ASTM B88 voor buizen en pijpen.
Wat nikkel is
Nikkel is een zilverachtig-wit metaal met een lichte gouden tint, harder dan koper, maar nog steeds kneedbaar genoeg om tot munten te worden geslagen of tot sieraden en hardware te worden verwerkt. Het heeft een veel hoger smeltpunt dan koper en vormt een dunne passieve oppervlaktefilm die het een bruikbare weerstand geeft tegen veel corrosieve media, met name alkaliën. Vanwege die combinatie wordt nikkel in de meeste toepassingen gebruikt als legeringselement in plaats van als structureel metaal.
Hoofd-tot-hoofdvergelijking
| Eigendom | Koper | Nikkel |
|---|---|---|
| Kleur | Roodachtig-bruin tot rozeachtig-oranje als het schoon is | Zilverachtig-wit met een lichte gouden tint |
| Chemisch symbool en atoomnummer | Cu, 29 | Ni, 28 |
| Dikte | ongeveer 8,96 g/cm³ | ongeveer 8,90 g/cm³ |
| Smeltpunt | ongeveer 1083 graden | ongeveer 1455 graden |
| Elektrische geleidbaarheid | ongeveer 59,6 miljoen S/m, de 100% IACS-referentie | ongeveer 14,3 miljoen S/m, ongeveer een kwart koper |
| Thermische geleidbaarheid | circa 390 W/(m·K) | circa 90 W/(m·K) |
| Hardheid | Zacht, ongeveer 3 op de schaal van Mohs | Moeilijker, ongeveer 4 op de schaal van Mohs |
| Corrosie gedrag | Beschermende oxide of patina, uitstekend in de atmosfeer en in water | Passieve film, goed in alkaliën, aangetast door zwavel-houdende media |
| Typische toepassingen | Bedrading, stroomrail, loodgieterswerk, dakbedekking, warmtewisselaars | Roestvrij staal, beplating, munten, batterijen, magneten, superlegeringen |
Het grootste praktische verschil is de kleur. Daarom zijn de twee metalen gemakkelijk met het oog te onderscheiden. De tweede is de elektrische geleidbaarheid: koper transporteert grofweg vier keer de stroom van nikkel voor dezelfde doorsnede-, dus nikkel wordt nooit gebruikt als geleider waar koper beschikbaar is. De derde is temperatuurbestendigheid: nikkel behoudt zijn nuttige sterkte ver boven het verwekingsbereik van koper.
Corrosie en servicegedrag vergeleken
Koper wordt buitenshuis en in watersystemen gebruikt omdat de film die zich op het oppervlak vormt stabiel en zelf-herstellend is. Nikkel gedraagt zich anders: het is afhankelijk van een passieve film die zeer effectief is in sterk alkalische omgevingen, maar minder stabiel is in zwavel{2}}houdende atmosferen. Daarom worden vernikkelde- onderdelen op agressieve industriële locaties beschermd met een toplaag. In stromend zeewater is geen enkel puur metaal op zichzelf ideaal, wat rechtstreeks leidt tot de hieronder beschreven legeringsfamilie.
Het praktische antwoord: koper-nikkellegeringen
De meeste industriële gebruikers kiezen helemaal niet tussen koper en nikkel; ze kiezen voor een gecontroleerde mix van de twee. Het toevoegen van nikkel aan koper verhoogt de sterkte en verbetert de weerstand tegen stromend zeewater dramatisch, terwijl er voldoende thermische geleidbaarheid behouden blijft om bruikbaar te zijn bij warmteoverdracht.
C70600 koper-nikkel 90/10is het standaard materiaal voor zeewaterleidingen en condensorbuizen, gebruikt in energiecentrales, ontziltingsinstallaties en scheepsboordsystemen.
C71500 koper-nikkel 70/30biedt een hogere weerstand tegen erosie en botsing en wordt gebruikt waar de watersnelheid en zwevende deeltjes hoger zijn.
Nikkel-zilverlegeringendie koper, nikkel en zink bevatten, combineren een zilverachtig uiterlijk met goede vervormbaarheid en worden gebruikt voor instrumentonderdelen, bestek en munten.
Nikkeltoevoegingen in roestvrij staalvan de orde van acht tot veertien procent stabiliseert de austenitische structuur van kwaliteiten zoals 304 en 316, wat qua volume een belangrijk gebruik van nikkel is.
Warmtewisselaar en condensorbuis uit de koper{0}}nikkelfamilie zijn gespecificeerd volgens ASTM B111/B111M, waarbij de exacte legering, temperatuur en afmetingen zijn gedefinieerd voor het betreffende gebruik.
Selectiebegeleiding en duurzaamheid
Kies koper waarbij elektrische of thermische geleidbaarheid de vereiste is.
Kies nikkel of een nikkel{0}}dragende legering waarbij hoge temperatuursterkte, alkalische eigenschappen of een specifieke magnetische of elektrochemische eigenschap vereist zijn.
Kies een koper-nikkellegering als er sprake is van zeewater of brak koelwater en zowel corrosiebestendigheid als warmteoverdracht vereist zijn.
Houd er rekening mee dat beide metalen worden geproduceerd uit natuurlijke ertsen en voor onbepaalde tijd kunnen worden gerecycled zonder hun eigenschappen te verliezen. Daarom behouden beide metalen aan het einde van hun levensduur een hoge schrootwaarde.
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het belangrijkste verschil tussen koper en nikkel?
Kleur en geleidbaarheid. Koper is roodachtig en is de standaard elektrische geleider, terwijl nikkel zilverachtig-wit is, veel harder, smelt bij een hogere temperatuur en slechts ongeveer een kwart van de stroom van koper transporteert voor dezelfde doorsnede-.
Vraag: Welk metaal heeft een hoger smeltpunt?
Nikkel, op ongeveer 1455 graden, vergeleken met ongeveer 1083 graden voor koper.
Vraag: Is nikkel een betere geleider dan koper?
Nee. Koper heeft een elektrische geleidbaarheid van ongeveer 59,6 miljoen siemens per meter, wat de basis is van de 100% IACS-referentie, terwijl nikkel slechts ongeveer 14,3 miljoen siemens per meter bereikt.
Vraag: Waarom worden koper en nikkel gecombineerd in legeringen?
De combinatie geeft een hogere sterkte en een veel betere weerstand tegen stromend zeewater dan puur koper, terwijl de nuttige thermische geleidbaarheid behouden blijft. Koper-nikkelkwaliteiten zijn daarom de standaardkeuze voor condensorbuizen voor schepen en elektriciteitscentrales.
Vraag: Welke norm heeft betrekking op koperen-nikkelcondensorbuizen?
ASTM B111/B111M omvat naadloze condensorbuizen en ferrule-buizen van koper en koperlegeringen, inclusief de 90/10 en 70/30 koper-nikkelkwaliteiten.
Vraag: Zijn koper en nikkel recyclebaar?
Ja. Beide worden geproduceerd uit natuurlijk erts en kunnen herhaaldelijk worden gerecycled zonder hun eigenschappen te verliezen, en beide hebben een hoge waarde als schroot.
