Бакарни материјал

Бакар је хиљадама година био основни материјал за људске иновације.

Од древних цивилизација до најсавременијих технологија, свестраност бакра, проводљивост, и издржљивост су га учинили незаменљивим.

Овај пост ће истражити различите врсте и врсте бакра, удубите се у његова кључна својства, и дискутују о његовој разноврсној примени.

И пружите корисне савете за избор који ће вам помоћи да одаберете прави бакар за ваш следећи пројекат.

1. Шта је бакар?

‌Бакар (Бакар) је метални елемент са хемијским симболом Цу. ‌

Бакар је прелазни метални елемент са атомским бројем 29 и налази се у 4. периоду и групи ИБ периодног система.

Чисти бакар је меки метал црвенкасто-наранџасте боје када је површина само исечена, са металним сјајем, љубичасто-црвена боја када је елемент чист,

добра дуктилност, висока топлотна проводљивост, и електричну проводљивост.

Елемент бакра или Цу припада категорији црвених метала заједно са месингом и бронзом. Бакарни елемент је обојени материјал који се може лако прерадити, тако да је лако произвести различите делове.

То је трећи најкоришћенији метал на свету после гвожђа и алуминијума.

Из перспективе глобалних рудника бакра и производње бакра, према ИЦСГ, од јануара до октобра 2022,

прве три земље у свету по производњи рудника бакра су Чиле, Перу, и Конго, рачуноводство за 24%, 11%, и 10% светске производње бакра, односно.

Производња рудника бакра у Кини заузима четврто место у свету, рачуноводство за 9%.

2. Производни процеси

Екстракција и прерада

• Рударство: Бакар се првенствено вади из рудних лежишта отвореним или подземним рударством. Главне руде бакра укључују халкопирит (ЦуФеС2) и борнит (Цу5ФеС4).
  Отворено рударство чини око 60% светске производње бакра.
• Топљење: Након рударења, руда се прерађује да би се концентрисао садржај бакра. Ово укључује дробљење, млевење, и флотација за одвајање минерала бакра од отпадних стена.
  Концентрат обично садржи 20-30% бакар.
• Рафинирање: Концентровани бакар се затим рафинише да би се добио чист бакар. Две главне методе рафинирања су:

• • Пирометалуршко топљење: Ова метода укључује загревање концентрата у пећи за екстракцију нечистоћа и производњу блистер бакра, који садржи о 98-99% бакар.
  • Елецтролитиц Рафининг: Блистер бакар се даље рафинише пропуштањем електричне струје кроз раствор бакар сулфата, наношење чистог бакра на катоду.
    Овај процес даје бакар чистоће од 99.99%.

Формирање и обликовање

Ливење

Ливење подразумева уливање растопљеног бакра у калупе за стварање сложених облика и делова. Ова метода је идеална за производњу сложених компоненти:

• Ливење песка: Растопљени бакар се сипа у пешчане калупе, који се затим хладе и ломе да би се открио ливени део.
• Ливење: Истопљени бакар се убризгава под високим притиском у металне калупе, омогућавајући производњу прецизних и детаљних делова.

Котрљање

Ваљање се користи за формирање бакра у лимове, плоче, и траке. Овај процес укључује пролазак бакра кроз низ ваљака:

• Топло котрљање: Бакар се загрева и пролази кроз ваљке да би се смањила његова дебљина и побољшала униформност.
• Хладно котрљање: Бакар се ваља на собној температури да би се постигла још већа прецизност и завршна обрада површине. Хладно ваљање може произвести танке плоче као 0.005 центиметар.

Цртање

Цртање се користи за прављење жица и цеви провлачењем бакра кроз калупе:

• Вире Дравинг: Бакарне шипке се провлаче кроз низ прогресивно мањих калупа да би се смањио њихов пречник. Овај процес може произвести жице танке као 0.0005 центиметар.
• Цртеж цеви: Бакарне шипке се провлаче кроз калупе да би се формирале цеви различитих пречника и дебљина зида.

Ковање

Ковање подразумева обликовање бакра чекићем или пресовањем у жељени облик. Овај метод се често користи за апликације високе чврстоће:

• Отворено ковање: Бакар се поставља између две равне матрице и чекићем или пресује да се обликује.
• Затворено ковање: Бакар се ставља у матрицу одређеног облика и чекићем или пресује да испуни шупљину калупа.

Екструзија

Екструзија се користи за стварање бакра са специфичним профилима попречног пресека. Процес укључује пробијање бакра кроз калуп:

• Дирецт Ектрусион: Бакар се гура кроз калуп помоћу овна, стварање жељеног облика.
• Индирецт Ектрусион: Матрица се гура кроз бакар, који се држи у контејнеру. Ова метода је мање уобичајена, али може произвести сложеније облике.

3. Врсте бакра и њихове класе

Бакар је свестран метал који се широко користи у разним индустријама, а његова својства могу бити побољшана или модификована легирањем са другим елементима.

Разумевање типова бакра и њихових одговарајућих разреда је од суштинског значаја за избор правог материјала за вашу специфичну примену.

У овом одељку, истражићемо главне врсте бакра и најчешће врсте бакра које се користе у производњи.

3.1. Пуре Цоппер (Нелегирани бакар)

Чисти бакар је облик бакра највишег квалитета и често се користи тамо где је електрична проводљивост, висока топлотна проводљивост, а савитљивост су најкритичнији фактори.

Садржи 99.9% бакар, са само траговима других елемената.

Уобичајени разреди чистог бакра:

• Ц11000 (Елецтролитиц Тоугх Питцх Цоппер – ЕТП): Ово је најчешће коришћени разред чистог бакра.
  Има одличну електричну проводљивост (approximately 100% ИАЦС), што га чини идеалним за електричне инсталације, каблови за напајање, и компоненте у електричној опреми.
  Такође је отпоран на корозију и веома дуктилан, што је корисно у разним индустријским применама.

• Ц10100 (Бакар без кисеоника): Бакар без кисеоника се рафинише на виши ниво чистоће од Ц11000 уклањањем садржаја кисеоника,
  што га чини идеалним за апликације високих перформанси које захтевају високу проводљивост и отпорност на кртост водоником,
  као што су вакуумске цеви, врхунска аудио опрема, и осетљиве електричне системе.

3.2. легуре бакра

Док је чисти бакар користан у многим апликацијама, легуре бакра су често практичнији због својих побољшаних механичких својстава, укључујући повећану снагу, побољшана отпорност на корозију, и боље перформансе у окружењима високог стреса.

Легуре бакра се обично праве комбиновањем бакра са елементима као што је цинк, лименка, алуминијум, и берилијум.

А. Месинга (Легуре бакра и цинка)

Месинга је легура бакра и цинка. Позната је по свом златном изгледу, одлична обрадивост, и отпорност на корозију, што га чини корисним у широком спектру апликација,
као што су водовод, Електрични конектори, и музичких инструмената.

• Ц36000 (Месинг за слободну машинску обраду): Једна од најпопуларнијих легура месинга, Ц36000 је идеалан за машинску обраду и широко се користи за производњу делова са навојем, фитинги, и причвршћивачи.
  Има високу обрадивост и лако се може формирати у сложене облике.
• Ц27000 (Цоммерциал Брасс): Садржи около 30% цинка, ова легура је мање обрадива од Ц360, али пружа равнотежу снаге, отпорност на корозију, и лакоћа лемљења.

Б. Бронза (Легуре бакра и калаја)

Бронза је још једна важна легура бакра, направљена првенствено од бакра и калаја. Познат је по својој тврдоћи, отпорност на корозију, и отпорност на хабање, што га чини идеалним за употребу у високим стресним и морским окружењима.

• Ц51000 (Фосфор Бронзе): Садржи мале количине фосфора, што повећава његову чврстоћу и отпорност на хабање. Широко се користи у електричним контактима, опруга, и лежајеви.
• Ц61400 (Алуминијум Бронза): Ова легура бронзе садржи и алуминијум и бакар, пружајући одличну снагу, отпорност на корозију (посебно у морској води), и отпорност на хабање.
  Обично се користи за бродски хардвер, вентили, и лопатице турбине.

Ц. Берилијум Бакар (Легуре бакра и берилијума)

Берилијум бакар је легура бакра високе чврстоће која садржи берилијум (обично 0.5-3%) заједно са бакром.
Има одличну електричну проводљивост и јача је од многих других легура бакра, што га чини корисним у апликацијама које захтевају велику чврстоћу, проводљивост, и отпорност на корозију.

• Ц17200 (Берилијум Бакар): Ово је најчешће коришћена врста берилијум бакра.
  Обично се користи за апликације које захтевају високу чврстоћу на замор, као што су електрични контакти, опруга, и конектори у ваздухопловству, аутомотиве, и индустријске машине.
• Ц17000 (Берилијум Бакар, Велика снага): Овај разред има чак већу снагу од Ц17200 и користи се у прецизним инструментима, Војне апликације, и опруге високих перформанси.

Д. Алуминијум Бронза (Легуре бакра и алуминијума)

Алуминијумска бронза комбинује бакар и алуминијум да формира легуру која је јача и отпорнија на корозију од обичне бронзе.
Познат је по одличној отпорности на хабање и замор, што га чини погодним за апликације са високим стресом.

• Ц95400 (Алуминијум Бронза): Садржи до 11% алуминијум, ова легура се користи за поморску примену, хидраулични цилиндри, и лежајеви.
• Ц95800 (Алуминијумска бронза високе чврстоће): Алуминијумска бронза високе чврстоће која се користи за компоненте под високим оптерећењем у индустријама као што су ваздухопловство и аутомобилска индустрија.

3.3. Друге легуре и класе бакра

А. Легуре бакра и никла

Легуре бакра и никла су познате по својој отпорности на корозију у морској води и другим тешким окружењима.
Ове легуре се користе у поморским апликацијама, постројења за десалинизацију, и опрема за хемијску обраду.

• Ц70600 (90/10 Бакар-никл): Ова легура садржи 90% бакар и 10% никл. Обично се користи у морским срединама за измењиваче топлоте, кондензаторске цеви, и цеви за морску воду.
• Ц71500 (70/30 Бакар-никл): Са већим процентом никла, ова легура нуди бољу чврстоћу и отпорност на корозију од легура 90/10 легуре и користи се у захтевнијим поморским и индустријским апликацијама.

Б. Легуре бакра и олова

Ове легуре бакра имају мале количине олова које се додају ради побољшања обрадивости. Често се користе за производњу делова који захтевају лаку машинску обраду, као што су чауре, лежајеви, и зупчаници.

• Ц93200 (Оловна лимена бронза): Ова легура има висок садржај олова и калаја, што га чини идеалним за апликације са високим оптерећењем, као што су чауре и чауре лежаја.

3.4. Како одабрати праву класу бакра

Избор одговарајуће класе бакра зависи од неколико фактора:

• Захтеви за пријаву: Размотрите потребна механичка својства, попут снаге, отпорност на корозију, и проводљивост.
  За електричне компоненте, бакар високе проводљивости попут Ц11000 је идеалан, док за апликације високе чврстоће, легуре берилијум бакра (Ц17200) може бити прикладнији.
• Услови животне средине: Да ли ће део бити изложен морској води, високе температуре, или корозивних материја?
  Алуминијумска бронза (Ц95400) или легуре бакра и никла (Ц70600) су погоднији за таква окружења.
• Разматрања трошкова: Чисти бакар (Ц11000) може бити скупљи од легура, али његова висока проводљивост чини га незаменљивим за електричне примене.
  С друге стране, легуре месинга или бронзе могу понудити исплативију опцију за општу употребу.
• Обрада: Ако вам је потребан материјал који се лако обрађује, месинг за слободну обраду као што је Ц36000 је добар избор, пошто има високу оцену обрадивости.

4. Кључна својства бакра

Јединствена својства бакра чине га непроцењивим материјалом у различитим индустријама. Разумевање ових својстава је кључно за одабир правог типа бакра за специфичне примене.
Овде, удубљујемо се у хемијска и физичка својства бакра.

Хемијска својства

Отпорност на корозију

• Природна формација патине: Једна од најзначајнијих хемијских особина бакра је његова способност да формира заштитну патину.
  Када се изложи ваздуху и влаги, бакар развија зелени слој бакар карбоната и бакар сулфата.
  Ова патина делује као баријера, спречавање даље корозије. Формирање патине може трајати неколико година, У зависности од услова животне средине.
• Отпорност на воду и киселине: Бакар не реагује са водом, што га чини идеалним за водоводне и водоводне системе.
  Међутим, може да реагује са јаким киселинама као што су азотна киселина и сумпорна киселина, као и јаке базе.
  Бакар је генерално отпоран на већину неоксидирајућих киселина и алкалија, што повећава његову издржљивост у различитим окружењима.

Реактивност

• Оксидација: Бакар може оксидирати када је изложен ваздуху, формирајући слој бакарног оксида (ЦуО).
  Ова оксидација је спорија у поређењу са другим металима и не утиче значајно на интегритет материјала.
• Галванска корозија: Када је бакар у контакту са активнијим металима попут алуминијума или челика у присуству електролита (Нпр., слана вода), може доћи до галванске корозије.
  Да то спречи, препоручује се одговарајућа изолација или употреба компатибилних материјала.

Стабилност животне средине

• Атмосферска и морска средина: Природна отпорност бакра на атмосферско и морско окружење чини га пожељним материјалом за спољашњу и морску примену.
  Може да издржи продужено излагање ваздуху, киша, и морске воде без значајније деградације.

Физичка својства

Густина

• Вредност: 8.96 Г / цм³
• Значај: Густина бакра је релативно висока, што може бити недостатак у апликацијама осетљивим на тежину као што је ваздухопловство.
  Међутим, ово својство такође доприноси његовој стабилности и структурном интегритету у многим другим употребама.

Тачка топљења

• Вредност: 1,085° Ц (1,984° Ф)
• Значај: Висока тачка топљења бакра чини га погодним за апликације на високим температурама, као што су измењивачи топлоте и пећи.
  Може да одржи свој структурни интегритет и проводљивост на повишеним температурама.

Топлотна проводљивост

• Вредност: 385 В / м · к
• Значај: Бакар има једну од највећих топлотних проводљивости међу металима, друго после сребра.
  Ово својство га чини идеалним за апликације које захтевају ефикасан пренос топлоте, као што су системи за хлађење, Измењивачи топлоте, и посуђе.
  Може брзо распршити топлоту, побољшање перформанси и ефикасности ових система.

Електрична проводљивост

• Вредност: 59.6 × 10^6 С/м
• Значај: Висока електрична проводљивост бакра је једно од његових најважнијих својстава.
  Широко се користи у електричним инсталацијама, штампане плоче (Пцбс), и електронске компоненте.
  Способност бакра да проводи електричну енергију са минималним отпором осигурава ефикасне и поуздане електричне системе.

Дуктилност и месавост

• Дуктилност: Бакар се може увући у танке жице без ломљења. Ово својство је кључно за производњу електричних жица и каблова, који захтевају флексибилност и снагу.
• Месавост: Бакар се може чекићем или ваљати у танке листове без ломљења.
  Ово својство омогућава производњу бакарних лимова, плоче, и друге танке компоненте, што га чини разноврсним за различите процесе формирања и обликовања.

Термално ширење

• Вредност: 16.5 µм/м·°Ц (од 20°Ц до 100°Ц)
• Значај: Бакар има умерени коефицијент топлотног ширења, што значи да се шири и скупља са променама температуре.
  Ово својство се мора узети у обзир у апликацијама где су варијације температуре значајне да би се спречио стрес и потенцијални квар.

Магнетна својства

• Неагнетнички: Бакар није магнетан, што је корисно у апликацијама где је потребно минимизирати магнетне сметње, као што су електронски уређаји и медицинска опрема.

5. Предности и недостаци бакра

Предности

• Одлична електрична и топлотна проводљивост: Висока проводљивост бакра чини га идеалним за електричне инсталације, Измењивачи топлоте, и системи за хлађење.
  Користи се у око 70% свих електричних инсталација.
• Отпорност на корозију: Природна отпорност бакра на корозију осигурава дуготрајне и издржљиве компоненте, посебно у атмосферским и морским срединама.
• Савитљивост и дуктилност: Способност бакра да се лако обликује и формира у различите компоненте чини га разноврсним за многе примене.
• Рециклирање: Бакар је 100% могу се рециклирати без губитка квалитета, што га чини еколошки прихватљивим материјалом.
  Рециклажа бакра штеди до 85% енергије потребне за ископавање и рафинисање новог бакра.

Недостатак

• Висока цена: Бакар је скупљи од неких алтернативних материјала, што може повећати трошкове пројекта. Цена бакра може значајно да варира због тржишних услова.
• Тежина: Бакар је тежи од неких других материјала, што може бити недостатак у апликацијама осетљивим на тежину као што је ваздухопловство.
• Мекоћа: Чисти бакар је релативно мекан и може се деформисати под великим напрезањем, које захтевају легирање за повећање чврстоће.

6. Примене бакра

Електричне и електронске апликације

• Ожичење и каблови: Бакар је пожељан материјал за електричне инсталације и каблове за напајање због своје високе проводљивости. Користи се у стамбеним, комерцијалан, и индустријске поставке.
• Штампане плоче (Пцбс): Бакар је неопходан за проводне трагове у електронским колима, омогућавајући минијатуризацију и перформансе савремене електронике.
• Конектори и терминали: Бакар обезбеђује поуздане електричне везе у различитим уређајима, од потрошачке електронике до индустријских машина.

Грађевинарство и архитектура

• Кров и облагање: Издржљивост и естетска привлачност бакра чине га популарним избором за кровове и облоге. Може да траје 100 године уз минимално одржавање.
• Цевоводи и водовод: Отпорност бакра на корозију и бактерије чини га идеалним за системе водоснабдевања. Користи се у стамбеним и пословним водоводима.
• Децоративе Елементс: Бакар се користи у архитектонским детаљима и дизајну ентеријера због своје естетске привлачности, додајући дашак елеганције и топлине у просторе.

Индустријске апликације

• Измењивачи топлоте: Висока топлотна проводљивост бакра чини га идеалним за измењиваче топлоте у ХВАЦ системима и индустријским процесима.
  Може ефикасно пренети топлоту, побољшање енергетске ефикасности.
• Пумпе и вентили: Отпорност на корозију и издржљивост бакра чине га погодним за различите индустријске уређаје, укључујући пумпе и вентиле.
• Марине Екуипмент: Отпорност бакра на корозију морске воде чини га пожељним материјалом за трупове чамаца, пропелери, и поморски хардвер.
  Помаже у спречавању биолошког обраштања и продужава животни век морских компоненти.

Цонсумер Продуцтс

• Посуда за кухање: Одлична дистрибуција топлоте и естетска привлачност бакра чине га популарним избором за саксије, тигања, и кухињски прибор.
  Осигурава равномерно кување и додаје луксузан изглед кухињи.
• Накит: Гибљивост и способност бакра да формира сложене дизајне чине га популарним материјалом за модне додатке.
  Често се користи у комбинацији са другим металима за стварање јединствених и лепих комада.
• Музички инструменти: Бакар се користи у месинганим инструментима због својих акустичних својстава и издржљивости. Доприноси богатом звуку и дуговечности музичких инструмената.

7. Како одабрати прави бакар за свој пројекат

Одабир праве врсте бакра за ваш пројекат је од суштинског значаја да бисте осигурали оптималне перформансе, издржљивост, и економичност.
Ево кључних разматрања која ће вас водити у одабиру најбољег бакарног материјала за ваше потребе:

Одредите потребна кључна својства

Различити типови бакра се истичу у различитим атрибутима. Разумевање основних својстава потребних за ваш пројекат ће сузити ваше могућности.

• Електрична проводљивост: За апликације као што је ожичење, конектори, и електричних система,
  бакар високе чистоће (као Ц11000 ЕТП) или бакра без кисеоника (Ц10100) идеалан је због своје изузетне проводљивости.
• Отпорност на корозију: Ако ваш пројекат укључује излагање влази, хемикалије, или слану воду,
  размотрите легуре бакра попут алуминијумске бронзе (Ц95400) или бакар-никл (Ц70600) због њихове супериорне отпорности на корозију.
• Снага и трајност: За апликације са високим стресом, као што су тешке машине или делови ваздухопловства,
  берилијум бакар (Ц17200) пружа и снагу и отпорност на хабање, чинећи га трајним избором.
• Топлотна проводљивост: За измењиваче топлоте или друге компоненте које захтевају ефикасно одвођење топлоте, изаберите бакар високе чистоће као што је Ц11000.

Процените услове животне средине

Окружење у којем ће се бакарни материјал користити је критичан фактор:

• Марине Енвиронментс: Легуре бакра и никла (Ц70600 и Ц71500) веома су отпорни на корозију морске воде,
  што их чини идеалним за бродоградњу, постројења за десалинизацију, и оффсхоре опрема.
• Апликације са високим температурама: Неке легуре, као алуминијумска бронза, задржавају снагу на вишим температурама, што је корисно за ваздухопловне и индустријске компоненте пећи.
• Корозивне хемикалије: За апликације изложене јаким хемикалијама, Фосфор Бронзе (Ц51000) и алуминијумска бронза пружају одличну отпорност.

Узмите у обзир производне захтеве

Ваш одабрани бакарни материјал треба да буде компатибилан са жељеним производним процесима:

• Обрада: Ако ваш пројекат захтева опсежну машинску обраду, месинг за слободну обраду (Ц36000) је одличан избор због лакоће обликовања и обраде.
• Обликавост: За пројекте који укључују дубоко извлачење, жигосање, или савијање, одлучити се за легуре бакра са високом дуктилношћу, као што су алуминијумска бронза или фосфорна бронза.
• Ливење или ковање: Ако је потребно ливење, легуре попут Ц93200 (оловна бронза) или алуминијумска бронза се добро понашају у овом процесу и нуде побољшану отпорност на хабање за тешке примене.

Процените ограничења трошкова

Буџет игра значајну улогу у одабиру материјала:

• Бакар високе чистоће: Док бакре високе чистоће (Ц11000, Ц10100) нуде супериорну проводљивост, обично су скупљи.
  Најбоље се користе у критичним електричним апликацијама где проводљивост не може бити угрожена.
• Легуре за економичност: Легуре месинга, као што је Ц27000, нуде добру отпорност на корозију и чврстоћу по нижој цени,
  чинећи их погодним за водовод, декоративни окови, и некритичне компоненте.

Усклађивање са специфичним индустријским стандардима

Многе индустрије имају посебне стандарде за бакар и легуре бакра како би се осигурала поузданост и перформансе.
Проверите да ли ваш пројекат мора да испуни одређене стандарде, као што су АСТМ или САЕ, јер ће ове смернице често препоручити одређене разреде бакра на основу захтева специфичних за индустрију.

Дуговечност и потребе за одржавањем

За компоненте које захтевају ниско одржавање и високу издржљивост:

• Отпорност на хабање: Берилијум бакар (Ц17200) је одличан избор за делове који трпе понављајуће покрете и стрес, попут опруга и конектора, због своје одличне отпорности на хабање.
• Заштита од корозије: Легуре бакра и никла се често бирају у поморским апликацијама због њихове дуговечности и смањеног одржавања у тешким условима.

9. Закључак

Бакар је свестран и суштински материјал са богатом историјом и обећавајућом будућношћу.
Његова одлична електрична и топлотна проводљивост, отпорност на корозију, и савитљивост чине га погодним за широк спектар примена.
Разумевањем различитих врста бакра, њихова својства, и производних процеса, можете донети информисане одлуке да изаберете прави бакар за ваш пројекат.

Надамо се да вам је овај водич пружио драгоцене увиде у бакар и његову примену.
Ако имате питања или желите да поделите своја искуства, слободно оставите коментар испод.
Пратите нас за информативнији садржај о производњи ДЕЗЕ.

 

Успут, ако имате било какве потребе за прилагођеним производима од бакра, слободно Контактирајте нас.

Референце: https://internationalcopper.org/