Bronze
Bronzen (entlehnt aus it. bronzo für die Legierung aus Kupfer und Zinn) sind Legierungen aus Kupfer, die meist Zinn, aber manchmal auch andere Metalle enthalten. Wird dagegen eine Kupfer-Zink-Legierung eingesetzt, handelt es sich um Messing oder Rotguss.
Die technischen Legierungen gliedern sich in Knet- (bis 8,5 % Zinngehalt) und Gusslegierungen (bis 22 % Zinn). Die Schmelztemperatur hängt ab vom Mischungsverhältnis und liegt meist knapp unter 1000 °C. Die Dichte von CuSn15 (85 % Kupfer, 15 % Zinn) beträgt 8,7 g/cm³. Bronze ist nicht magnetisch.
Legierungen
Je nach Zusammensetzung werden beim Bronzeguss unterschiedliche Bronzearten charakterisiert, jedoch sind die Möglichkeiten, verschiedene Metalle miteinander zu kombinieren, auch darüber hinaus sehr vielfältig.
| Name der Legierung | Komponenten zu Kupfer | Eigenschaften | Verwendung |
|---|---|---|---|
| Zinnbronze | bis 40 % Zinn, typischerweise 8 % Zinn, Dichte etwa 8,8 kg/dm³ | elastisch, zäh, korrosionsbeständig | Kunstguss, Turbinen-, Zahnräder, Glocken, früher Kanonen, Münzmetall, manchmal auch Schlagwerke und Schlagzeugbecken |
| Aluminiumbronze | 5–12 % Aluminium 3,5–7 % Eisen | seewasserbeständig, verschleißfest, elastisch, leicht magnetisch, goldfarben | Federblech, Waagebalken, Schiffspropeller, Chemische Industrie, Münzmetall |
| Bleibronze (Tokat-Bronze) | bis zu 28 % Blei | korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften | Achsenlager, Verbund- und Formgusswerkstoffe, antike Münzbronze enthielt neben Zinn häufig auch Blei |
| Manganbronze | 12 % Mangan | korrosionsbeständig, hitzebeständig | elektrische Widerstände
(in den USA trotz des in manchen Legierungen enthaltenen Zinkanteils von 20–40 % als manganese bronze bezeichnet, z. B. bei einigen von Ampco hergestellten Werkstoffen) |
| Siliciumbronze | 1–2 % Silicium | mechanisch und chemisch hoch beanspruchbar, hohe Leitfähigkeit | Oberleitungen, Schleifkontakte, Chemische Industrie |
| Berylliumkupfer (Berylliumbronze) | 2 % Beryllium | hart, elastisch | Federn, Uhren, funkenfreie Werkzeuge |
| Phosphorbronze | 7 % Zinn, 0,5 % Phosphor | hohe Dichte und Festigkeit | zähfeste Maschinenteile, Achsenlager, Gitarrensaiten |
| Leitbronze | Magnesium, Cadmium, Zink (gesamt 3 %) | elektrische Eigenschaften ähnlich Kupfer, jedoch zugfester | Freileitungen, Starkstromanlagen |
| Rotguss | Zinn, Zink, Blei (gesamt 10–20 %) | korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften und Gießbarkeit | Gleitlager, Armaturen, Schneckenräder, Kunst |
| Konstantan | 40 % Nickel | temperaturunabhängige Leitfähigkeit | elektrische Widerstände |
| Korinthisches Erz (corinthium aes) | 1–3 % Gold, 1–3 % Silber, manchmal wenige Prozent Arsen, Zinn oder Eisen | durch Patinieren schwarz färbbar | historischer Werkstoff für Statuen und Luxusartikel (Antike) bronze ist orange |
Die Zinnbronze ist die bekannteste dieser Legierungen. Glockenbronze besteht zu 20 bis 25 Prozent aus Zinn und ist sowohl für Glocken, Klangschalen als auch für den Bau von Kanonen eingesetzt worden. Während der beiden Weltkriege wurden unter anderem Patronenhülsen und Führungsringe von Granaten daraus hergestellt (siehe auch Glockenfriedhof). Potin ist eine Bronzelegierung mit hohem Zinngehalt, diese enthält neben Silber und Blei auch Spuren anderer Metalle. Dieser Werkstoff wurde von den Kelten zum Gießen von Potinmünzen benutzt.
Geschichte
Der Name leitet sich ab von Brundisium, dem lateinischen Namen der süditalienischen Stadt Brindisi, die in der Antike eine Hochburg der Bronzeverarbeitung und des Bronzehandels war. Die Herstellung von Bronze dürfte in Vorderasien zuerst begonnen haben (etwa 3300 v. Chr.). In China begann die Verwendung im 3. Jahrtausend v. Chr., spätestens während der Xia-Zeit.
Bronze gilt als eine der ersten gezielt von Menschen hergestellten Legierungen, jedoch wurden auch schon vorher Legierungen aus Kupfer und Arsen gefertigt, deren Arsengehalte derart hoch sind, dass diese wohl als beabsichtigt gelten dürften.[1] Auch Antimon- und Blei-Bronzen wurden genutzt. Im dritten Jahrtausend v. Chr. verdrängten Bronzewaffen und -werkzeuge die bis dahin gebräuchlichen Gerätschaften aus Stein oder Kupfer. Die Bronzezeit endete jedoch nicht sofort mit der Erfindung der Eisenverhüttung, da unlegiertes Eisen der Bronze unterlegen war. Die beiden Materialien wurden für gewisse Zeit nebeneinander verwendet, bis der Zusammenhang zwischen Kohlenstoff im Eisen und dessen Eigenschaften näher verstanden wurde (Stahlherstellung). Die viel größere Verfügbarkeit von Eisenerzen und die hervorragenden Eigenschaften des Kohlenstoffstahls dürften die Gründe sein, warum die Bronze an Bedeutung als Werkstoff für Geräte und Waffen verlor.
Verwendung
Traditionelle Anwendungsbereiche
- Große Produktgruppen aus Bronze waren seit dem Mittelalter Glocken einerseits und Kanonen andererseits.
- Das Material wurde für Kunstgegenstände (Kunstguss) verwendet. An besonderen Gebäuden wurden und werden wertvolle Bronzetüren eingebaut, beispielsweise im Hildesheimer Dom die Bernwardstür.
- Ehrenauszeichnungen, von Denkmälern und Skulpturen bis hin zu Medaillen, werden oft in Bronze gefertigt. Im Sport wird der dritte Platz mit einer Bronzemedaille gewürdigt. Der Sportler erhält dann aber kein Edelmetall im chemischen Sinne.
- In der Musik sind etwa Schlagzeugbecken oder vereinzelt auch die Kessel von Snaredrums aus Bronze.
- Das Trägermaterial der Himmelsscheibe von Nebra ist aus Bronze.
Heutige technische Anwendungen
Kupfer-Zinn-Legierungen werden in der Technik auch mit weiteren Zusätzen eingesetzt. Der Zusatz von Nickel etwa bewirkt eine höhere Festigkeit und wird für stärker beanspruchte Lager sowie für Führungsmuttern von Gewindespindeln und vor allem in Schneckengetrieben als Schneckenrad eingesetzt; Blei als Zusatz dient der leichteren Zerspanbarkeit und einer besseren Notlaufeigenschaft, da es sich elementar an den Korngrenzen anlagert. Drähte aus Phosphor-Bronze in den Qualitäten CuSn4, CuSn6 oder CuSn8 finden als so genannte Pins Verwendung in Steckverbindern im Elektronikbereich. Teilweise wird dazu die Oberfläche galvanisch beschichtet. Fittings aus Bronze finden Anwendung als Verbindungs- und Anschlussstücke für Rohrleitungen. Zur Herstellung von Propellern für Seeschiffe werden Aluminium-Mehrstoffbronzen verwendet. Binnenschiffspropeller werden auch aus Messinglegierungen gegossen. In der Synthesechemie findet Kupferbronze bei der Ullmann-Kupplung Anwendung zur Herstellung von Biarylen.
Siehe auch
Literatur
- Bronze - unverzichtbarer Werkstoff der Moderne. Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf 2003.
- T. L. Kienlin, Frühes Metall im nordalpinen Raum: Eine Untersuchung zu technologischen und kognitiven Aspekten früher Metallurgie anhand der Gefüge frühbronzezeitlicher Beile. Archäologische Informationen 27, 2004, S. 187–194.
Einzelnachweise
- ↑ für Analysen früher Bronzen siehe T. L. KIENLIN, COPPER AND BRONZE DURING THE ENEOLITHIC AND EARLY BRONZE AGE: A METALLOGRAPHIC EXAMINATION OF AXES FROM THE NORTHALPINE REGION, Archaeometry 48/3, 2006, S. 453–468.
