Korrosionsbeständige Kupferlegierung

Abstract

 Bei einer korrosionsbeständigen Kupferlegierung für Rohrleitungen, Behälter od. dgl. kommt es darauf an, insbesondere gegenüber aggressivem Wasser eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Dazu werden dem Kupfer folgende Legierungsbestandteile zugesetzt, und zwar mit folgenden Gewichts-Prozenten der Gesamtmischung: Aluminium von 0,1 bis 6,0%, Zink von 1,0 bis 6,0%, Arsen und/oder Phosphor von 0,04 bis 0,1% und schließlich Nickel und/oder Chrom von 0,1 bis 8,0%. Der Rest sind übliche Verunreinigungen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf eine Kupferlegierung für Rohrleitungen, Behälter od. dgl., die mit einem flüssigen Medium, insbesondere mit aggressivem Wasser, in Berührung kommt. Bisher wurde in solchen Fällen ein sauerstoffreies Kupfer eingesetzt, welches für Löt-Arbeiten durch seinen Phosphorgehalt günstig ist und üblicherweise als "SF-Cu" bezeichnet wird. Dieses SF-Cu hielt aber, wie noch näher gezelgt wird, den Korrosionsbelastungen nicht ausreichend stand.

[0002] Aggressive Wässer, wie Brauchwasser, Seewasser aber auch das unter heutigen Umweltbelastungen anfallende Trinkwasser, stellen hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit einer Kupferlegierung. Man stellt einen Lochfraß aber auch eine gleichmäßige, auf die Metalloberfläche wirkende Flächenkorrosion fest, die mit einem Abtrag der obersten Metallschicht verbunden ist. Im Wasser ergeben sich dann die Metallionen, die ihrerseits schädliche Wirkungen hervorrufen können. Dies macht sich besonders bei Wässern bemerkbar, die aufgrund ihrer Verunreinigungen ohnehin bereits niedrigen Grenzwerten unterliegen.

[0003] Es ist bereits bekannt (EP- 0 238 859 - A1), einen korrosionsbeständigen Kupferverkstoff für Rohrleitungen, Behältnisse od. dgl. zu entwickeln, die alternativ zu Aluminium auch Silizium und zusätzlich noch Titan und/oder Niob sowie Germanium und/oder Gallium als Legierungswerkstoff aufwiesen. Dieser hatte zwar bereits bessere Korrosionseigenschaften, die aber in der Praxis noch nicht restlos befriedigten.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kupferlegierung für Rohrleitungen, Behälter od. dgl. zu entwickeln, die insbesondere gegenüber aggressivem Wasser einen ausreichenden Korrosionswiderstand gegenüber Lochfraß und gegenüber Flächenkorrosion aufweist. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Legierungsbestandteile erreicht, wenn diese in den dort angegebenen Gewichts-Prozenten angewendet werden. Diese Legierungsbestandteile kommen zum Kupfer hinzu, welches übliche Verunreinigungen aufweisen kann.

[0005] Wie anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert wird, kann gegenüber den bisherigen Kupferlegierungen ein deutlich besseres Korrosionsverhalten bei ähnlich guter oder sogar noch besserer Verarbeitbarkeit im Fertigungsprozeß erreicht werden. Besonders gute Ergebnisse ergeben sich bei einer Zusammensetzung der Kupferlegierung gemäß Anspruch 2.

[0006] Als "Legierungs-Variante I" soll eine Kupferlegierung mit folgenden Gewichts-Prozenten der Gesamtmischung verwendet werden: 96,75% Cu; 1,23% A1; 1,05% Zn; 0,40% Ni; 0,26% Cr; 0,11% P und Rest Verunreinigungen. Daraus wurden Rohrabschnitte mit den Abmessungen 22 x 1 mm hergestellt und in unterschiedlichem Wasser mit dem bekannten SF-Cu verglichen.

[0007] Fig. 1 zeigt die Ergebnisse. Dort ist der Massenverlust dieser Legierungs-Variante I als schwarze Säule dargestellt, im Vergleich mit der punktschraffierten Säule des SF-Cu, und zwar in zwei verschiedenen Elektrolyten nach einer Betriebsdauer von 140 Tagen. Dieser Elektrolyt wurde im Kreislaufsystem umgewälzt. Die Ergebnisse zeigen, daß der Massenverlust bei der Erfindung beträchtlich reduziert ist. Bei dem verwendeten Elektrolyt I handelt es sich um ein weiches, wenig gepuffertes Oberflächenwasser, das von pH = 8,5 bis 9,8 auf pH = 6 angesäuert wurde. Die Säurekapazität war auf Ks 4.3 = 0,5 mmol/l eingestellt. Der Elektrolyt II ist durch Zugabe von Anionen zu dem Elektrolyten I in einer dem Trinkwasser entsprechenden Konzentration eingestellt worden.

[0008] In der Tabelle der Fig. 2 sind die Ergebnisse aus einem Versuch in der Praxis wiedergegeben. Hier sind die Korrosionserscheinungen von SF-Cu und der Legierungs-Variante I bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen nach 257 Tagen berücksichtigt. Während sich bei SF-Cu maximal Lochtiefen von 15 bis 25 µm in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ergeben, gab es bei der erfindungsgemäßen Kupferlegierung keinerlei Ansätze für einen Lochfraß. Auch die Verhältnisse beim Flächenabtrag sind für die Erfindung deutlich günstiger.

[0009] In Fig. 3 ist das freie Korrosionspotential von SF-Cu und der erwähnten Legierungs-Variante I unter den in der Tabelle von Figur 2 angegebenen Betriebsbedingungen nach einer Betriebsdauer von 400 Stunden gezeigt. Bei der Erfindung ergeben sich, wie ersichtlich, wesentlich höhere Korrosionspotentiale, was die bessere Korrosionsbeständigkeit der Erfindung erklärt.

[0010] In Fig. 4 sind einige Ergebnisse von Vergleichsversuchen in Meerwasser nach einer Betriebsdauer von 140 Tagen gezeigt, wobei der Versuch in einem Kreislaufsystem ausgeführt wurde. Hierbei wurde wieder die erfindungsgemäße Legierungs-Variante I mit dem bekannten SF-Cu und noch mit einer weiteren Legierungskomponente in Vergleich gesetzt. Wie ersichtlich, besitzt die erfindungsgemäße Kupferlegierung auch in diesem Fall bessere Korrosionseigenschaften.

Ansprüche

1. Korrosionsbeständige Kupferlegierung für Rohrleitungen, Behälter od. dgl. insbesondere für aggressives Wasser ,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kupfer Legierungsbestandteile in folgenden Gewichts-Prozenten der Gesamtmischung zugesetzt sind:

(a) Aluminium von 0,1 bis 6,0%

(b) Zink von 1,0 bis 6,0%

(c) Arsen und/oder Phosphor von 0,04 bis 0,1%

(d) Nickel und/oder Chrom von 0,1 bis 8,0%,

wobei die Prozentangaben bei (c) und (d) sich auf die Summe der beiden Bestandteile der jeweiligen Mischungskomponenten richten.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kupfer folgende Legierungsbestandteile zugesetzt sind:

(a) Aluminium von 0,1 bis 3,0%

(b) Zink von 1,0 bis 3,0%

(c) Arsen und/oder Phosphor von 0,04 bis 0,1%

(d) Nickel und/oder Chrom von 0,1 bis 2,0%.

Zeichnung