DE4423635A1 - Korrosionsbeständige Kupferlegierung - Google Patents

Description

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 sauerstofffreies 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 gezeigt wird, den Korrosionsbelastungen nicht ausreichend stand.

Aggressive Wässer, wie Brauchwasser, Seewasser aber auch das unter heutigen Umweltbelastungen anfallende Trinkwas­ ser, stellen hohe Anforderungen an die Korrosionsbestän­ digkeit 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 Wir­ kungen hervorrufen können. Dies macht sich besonders bei Wässern bemerkbar, die aufgrund ihrer Verunreinigungen ohnehin bereits niedrigen Grenzwerten unterliegen.

Es ist bereits bekannt (EP-0 238 859-A1), einen korro­ sionsbeständigen Kupferwerkstoff für Rohrleitungen, Be­ hältnisse od. dgl. zu entwickeln, die alternativ zu Alu­ minium auch Silizium und zusätzlich noch Titan und/oder Niob sowie Germanium und/oder Gallium als Legierungs­ werkstoff aufwiesen. Dieser hatte zwar bereits bessere Korrosionseigenschaften, die aber in der Praxis noch nicht restlos befriedigten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kupferle­ gierung für Rohrleitungen, Behälter od. dgl. zu ent­ wickeln, die insbesondere gegenüber aggressivem Wasser einen ausreichenden Korrosionswiderstand gegenüber Loch­ fraß 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.

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 Fertigungs­ prozeß erreicht werden. Besonders gute Ergebnisse ergeben sich bei einer Zusammensetzung der Kupferlegierung gemäß Anspruch 2.

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

Fig. 1 zeigt die Ergebnisse. Dort ist der Massenverlust dieser Legierungs-Variante I als schwarze Säule darge­ stellt, im Vergleich mit der punktschraffierten Säule des SF-Cu, und zwar in zwei verschiedenen Elektrolyten nach einer Betriebsdauer von 140 Tagen. Dieser Elektrolyt wur­ de im Kreislaufsystem umgewälzt. Die Ergebnisse zeigen, daß der Massenverlust bei der Erfindung beträchtlich re­ duziert 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.

In der Tabelle der Fig. 2 sind die Ergebnisse aus einem Versuch in der Praxis wiedergegeben. Hier sind die Korro­ sionserscheinungen von SF-Cu und der Legierungs-Variante I bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen nach 257 Ta­ gen berücksichtigt. Während sich bei SF-Cu maximal Loch­ tiefen von 15 bis 25 µm in Abhängigkeit von den Betriebs­ bedingungen ergeben, gab es bei der erfindungsgemäßen Kupferlegierung keinerlei Ansätze für einen Lochfraß. Auch die Verhältnisse beim Flächenabtrag sind für die Er­ findung deutlich günstiger.

In Fig. 3 ist das freie Korrosionspotential von SF-Cu und der erwähnten Legierungs-Variante I unter den in der Ta­ belle von Fig. 2 angegebenen Betriebsbedingungen nach einer Betriebsdauer von 400 Stunden gezeigt. Bei der Er­ findung ergeben sich, wie ersichtlich, wesentlich höhere Korrosionspotentiale, was die bessere Korrosionsbestän­ digkeit der Erfindung erklärt.

In Fig. 4 sind einige Ergebnisse von Vergleichsversuchen in Meerwasser nach einer Betriebsdauer von 140 Tagen ge­ zeigt, wobei der Versuch in einem Kreislaufsystem ausge­ führt wurde. Hierbei wurde wieder die erfindungsgemäße Legierungs-Variante I mit dem bekannten SF-Cu und noch mit einer weiteren Legierungskomponente in Vergleich ge­ setzt. Wie ersichtlich, besitzt die erfindungsgemäße Kup­ ferlegierung auch in diesem Fall bessere Korrosionseigen­ schaften.

Claims (3)

1. Korrosionsbeständige Kupferlegierung für Rohrleitun­ gen, 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 Mi­ schungskomponenten richten.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Kupfer folgende Legierungsbestand­ teile 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%.