CUPRUL SI ALIAJELE SALE

Cuprul a fost un material esenţial pentru omenire din timpuri străvechi. De fapt una dintre cele mai mari „epoci” ale omenirii este denumită după un aliaj al cuprului: bronzul.

Cuprul a fost primul metal folosit în cantitate nedeterminată de către om. Cei mai vechi meşteri care au lucrat cu cuprul, au constatat curând că este ușor de format în foi cu ciocanul și foile la rândul lor lucrate la alte forme care au devenit tot mai complexe cu cât priceperea lor creştea.

După apariţia bronzului, o gamă largă de piese turnate au devenit accesibile. Multe dintre ilustrațiile de pe această pagină web servesc la demonstrarea progresului omului ca meşter în prelucrarea metalului, culminând în moștenirea neprețuită a meșteșugarilor renascentişti. Dar cuprul și principalele sale aliaje, bronzul şi alama, au fost întotdeauna mai mult decât un mijloc pentru înfrumusețare decorativă.

Deși fierul a devenit metalul de bază în fiecare civilizație occidentală, începând cu cea romană însăşi, cuprul şi aliajele sale au fost folosite atunci când a fost nevoie de o combinație de rezistență și durabilitate. Capacitatea de a rezista la coroziune a asigurat ca  aceste metale: cuprul, bronzul şi alama să rămână atât materiale funcționale, cât și decorative în timpul Evului Mediu și de-a lungul secolelor, prin Revoluția Industrială și până în prezent.

Toate metalele și aliajele comune reacționează cu atmosfera umedă și se corodează. Numai în medii calde/uscate (deşerturi) și reci/uscate metalele rezistă la coroziune. Cu toate acestea, la cupru procesul de coroziune este foarte lent. Rezistenţa la coroziune al cuprului și aliajelor de cupru se bazează pe capacitatea lor de a forma compuși stabili care oferă protecție împotriva atacului coroziv. Când sunt expuse condițiilor atmosferice, se formează straturi protectoare de oxizi și săruri bazice puțin solubile pe suprafața cuprului și aliajelor de cupru. Elementele adecvate de aliere pot influența pozitiv formarea acestor învelişuri.

Cuprul este în același grup în tabelul periodic cu argintul şi cu aurul. Prin urmare, este relativ inert împotriva produselor chimice. În cei mai mulţi dintre compușii săi, poate avea valența (starea de oxidare) de +I sau valența de +II. Soluțiile apoase ale ionilor de cupru în starea de oxidare +II prezintă o culoare albastră, în timp ce ionii de cupru în starea de oxidare +I sunt incolori. Compușii de cupru și cuprul dau o culoare verzuie unei flacări.

Romanii au dat numele cuprului. Ei l-au numit "aes cyprium" (minereu din Cipru), deoarece, în cele mai vechi timpuri cea mai mare parte a cuprului provenea din Cipru. Cuvântul a fost ulterior modificat în "cuprum", din care vine denumirea modernă de "cupru".Egiptenii au folosit simbolul Ankh pentru desemnarea cuprului în sistemul lor de hieroglife. Acesta a reprezentat şi viața veșnică. Potrivit arheologilor, ţevi de cupru pentru transportul apei au fost folosite pentru prima dată în Egiptul Antic, în jurul anului 2750 î.Hr. O bucată dintr-o astfel de ţeavă, luată din templul de lângă piramida Sahure în Abusir, se află în Muzeul de Stat din Berlin. Faptul că aceste conducte de cupru sunt încă prezente și destul de intacte, în ciuda stării dărăpănate a templului, demonstrează durabilitatea cuprului ca material pentru conducte. 

Performanța cuprului este deosebită, făcând posibilă multiple aplicații industriale. Acest lucru se realizează prin aliere: se obţine un material solid din două sau mai multe metale diferite. Prin combinarea cuprului cu alte metale, se pot obține aliaje pentru orice aplicații.

The Copper Alloys Tree

Există mai mult de 400 aliaje ale cuprului, fiecare cu o combinație unică de proprietăți, ca să se potrivească mai multor aplicații, procese de fabricație și medii. Cuprul pur are cea mai bună conductivitate electrică și termică dintre toate metalele comerciale. Cuprul poate fi aliat mai liber decât majoritatea metalelor și cu o gamă largă de elemente de aliere pentru a produce următoarele aliaje:Alama este denumirea generică pentru o serie de aliaje cupru-zinc, cu combinații diferite de proprietăți, inclusiv soliditate, prelucrabilitate, ductilitate, rezistență la uzură, duritate, culoare, proprietate antimicrobiană, conductivitate electrică și termică, precum și rezistența la coroziune.

Aliajele de bronz sunt realizate din cupru și staniu și au fost primele care au fost dezvoltate în urmă cu aproximativ patru mii de ani. Ele au fost atât de importante, încât o perioadă din istoria omenirii este denumită Epoca Bronzului.

Denumirea de alamă roşie sau tombac (pentru armament) revine aliajelor cuprului cu staniu, zinc și plumb și au fost folosite timp de cel puțin 2000 de ani, datorită ușurinței de turnare, solidităţii bune și rezistenței la coroziune. Aliajele de cupru-nichel au o rezistență excelentă la coroziune și au o proprietate anti-vegetativă în mediul marin. Adaosul de nichel la cupru îmbunătățește soliditatea și rezistența la coroziune, dar ductilitatea se menţine. Aliajele argint nichel (alpaca) sunt fabricate din cupru, nichel și zinc și pot fi considerate alamă specială. Ele au mai degrabă un aspect argintat, decât culoarea tipică a alamei.Cuprul beriliu este cel mai tare și cel mai solid dintre toate aliajele cuprului, când este tratat termic şi prelucrat la rece. Proprietățile lui mecanice sunt similare multor oțeluri aliate cu rezistență ridicată, dar, în comparație cu oțelurile, are o rezistență mai bună la coroziune.

A l i a j e l e c u p r u l u iÎn tehnică şi mai ales în industria de piese turnate o largă utilizare o au

aliajele cuprului. Acestea se pot forma cu o gamă foarte largă de elemente chimice şi pot avea proprietăţi foarte diferite, dar şi deosebit de atractive pentru  domenii normale sau de vârf ale tehnicii.

Clasi f icarea al iaje lor cuprului Deşi sunt foarte diversificate, la caracterizarea aliajelor cuprului pot fi luate

în considerare două criterii mai importante de clasificare: - natura elementelui de aliere principal; -proprietăţile şi domeniul de utilizare al aliajelor.

În baza primului criteriu, aliajele cuprului se pot grupa în aliaje din sistemul Cu-Zn (alame) şi aliaje din sistemul Cu-Me (bronzuri), în care Me poate fi: staniu, aluminiu, mangan, beriliu, siliciu, plumb, nichel etc. Aliajele Cu-Zn (alamele) care conţin 5-42% Zn sunt destinate turnării în piese, dar şi prelucrării prin deformare plastică la cald sau la rece. Alamele care conţin între 5-20% Zn sunt cunscute sub denumirea de tombac. În funcţie de compoziţie şi structură, aliajele Cu-Zn se împart în: - alame   α care au max. 32% Zn şi sunt monofazice; - alame α + β  –  care au 32  – 38% Zn şi sunt bifazice; - alame β  – care au peste 38% Zn şi sunt monofazice.Alamele care în afară de Cu şi Zn, conţin şi alte elemente de aliere se numesc alame speciale şi pentru a preciza natura lor se utilizează şi denumirea celui de-al treilea element de aliere predominant: alame cu siliciu, alame cu mangan, alame cu staniu, alame cu plumb etc. Aliajele Cu-Me sunt cunoscute sub denumirea generică de bronzuri, ele purtând denumirea elementului de aliere predominant. Deoarece aliajele Cu-Sn au fost cele mai răspândite în perioada de început, există tendinţa de a denumi „bronzuri” numai aceste aliaje, ceea ce este incorect. În funcţie de elementul principal de aliere aceste aliaje se pot grupa în două mari categorii: - bronzuri cu staniu, pe baza sistemului Cu-Sn - bronzuri speciale, care după elementul principal de aliere pot fi: bronzuri cu aluminiu, bronzuri cu siliciu, bronzuri cu mangan, bronzuri cu plumb, bronzuri cu beriliu, bronzuri cu nichel etc. Aliajele de cupru pot fi clasificate şi după alte criterii care vizează proprietăţile lor tehnologice: antifricţiune, cu conductibilitate electrică şi termică ridicată,

refractare, anticorozive, criogene, superconductoare, magnetice, antiscântei, rezistive, cu proprietăţi mecanice deosebite etc. În afara aliajelor cu bază de cupru industriale se mai întâlnesc aliajele metalurgice pe bază de cupru, cunoscute sub denumirea de prealiaje, folosite  pentru producţia altor aliaje sau ca adaosuri tehnologice (dezoxidanţi, rafinatori, modificatori).BIBLIOGRAFIE: 1.Ienciu, M., Moldovan, P., Panait, N., Buzatu, M., - Elaborarea şi turnarea aliajelor neferoase, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982. 2.Ioan Carcea, Matei Gheorghe, “Aliaje neferoase de turnatorie”, Editura Performantica, 2009