DE4213487C1

DE4213487C1 - Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Zink-Legierung als korrosionsbeständiger Werkstoff

Info

Publication number: DE4213487C1
Application number: DE19924213487
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Duerrschnabel; Monika Dr Breu; Gert Dr Mueller; Phan Tan Dr Ing Tai
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2012-04-25
Also published as: FI102621B; FI102621B1; EP0566978B1; DK0566978T3; EP0566978A2; FI931829A0; DE59300302D1; ES2075740T3; FI931829A; EP0566978A3

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kupfer-Aluminium- Zink-Legierung als korrosionsbeständiger Werkstoff für Rohre in der Installations- und Sanitärtechnik und auf dem Trinkwassersektor.

Werkstoffe, die für den obigen Verwendungszweck eingesetzt werden, müssen vielfachen Anforderungen hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit genügen. Die Mehrzahl der Schadensfälle wird durch gleichmäßige Flächenkorrosion oder Lochfraß ausgelöst. Durch unsachgemäße Montage kann es außerdem zu Korrosionsangriffen im Bereich von Lötstellen und Verbindungen kommen.

Rohre für den genannten Einsatzzweck werden verbreitet aus sauerstofffreiem Kupfer (SF-Cu) hergestellt. Durch spezielle Herstellungsverfahren kann auf der Rohrinnenfläche eine oxidische Schutzschicht erzeugt werden. Eine Alternative ist ein legierter Werkstoff, bei dem sich unter Einsatzbedingungen von selbst eine oxidische, schützende Deckschicht bildet.

Für den genannten Einsatzzweck ist weiterhin beispielsweise eine Cu-Mg-Al/Si-Legierung (DE-PS 30 43 833) vorgeschlagen worden, welche jedoch die gestellten Anforderungen auch nur teilweise erfüllen konnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen korrosionsbeständigen Werkstoff anzugeben, für den keine Lochfraßgefährdung besteht und bei dem die Kupfer-Löslichkeit und der Massenabtrag herabgesetzt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Zink-Legierung gelöst, die aus 0,1-1,0% Aluminium, 0,1-1,0% Zink, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht (die Prozentangaben beziehen sich dabei auf das Gewicht).

Die Zusammensetzung einer Kupferlegierung der genannten Art ist zwar beispielsweise aus der GB-PS 1 152 481 bekannt, dort findet sich jedoch kein Hinweis auf den beanspruchten Verwendungszweck.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Kupferlegierung mit 0,1-0,5% Aluminium und 0,1-0,5% Zink verwendet. Weiterhin empfiehlt es sich, eine Kupferlegierung zu verwenden, die zusätzlich ein oder mehrere der Elemente Silizium, Magnesium, Eisen, Zinn, Niob bis zu einem Maximalgehalt von insgesamt 1,5% enthält. Vorzugsweise werden Kupferlegierungen mit den Zusammensetzungen nach den Ansprüchen 4 bis 7 verwendet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, der Legierung maximal 0,04% Phosphor zuzusetzen. Phosphor verbessert dabei die Gießbarkeit und wirkt als Desoxidationsmittel.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Es wurden Rohre der Abmessung 18×1 mm aus SF-Cu und einer erfindungsgemäßen Legierung mit der Zusammensetzung gemäß der folgenden Tabelle hergestellt:

Werkstoff
SF-Cu
weich, 50-70 HB
	hart, 100-120 HB
CuAl0.3Zn0.3	weich, 50-70 HB
	hart, 100-120 HB

Zur Beurteilung des Korrosionsverhaltens wurden an den Rohrmustern Stromdichte-Potential-Kurven (Fig. 1) und der elektro- chemische Polarisationswiderstand (R_p) bzw. Polarisationsleitwert (R_p ^-1) gemäß Fig. 2a-2c gemessen sowie der Massenabtrag (Fig. 3) ermittelt.

Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 die Stromdichte-Potential-Kurve der Legierung CuAl0.3Zn0.3 im Vergleich zu SF-Cu. Bezugselektrode: gesättigte Kalomelelektrode;

Fig. 2a bis 2c den Polarisationsleitwert R_p ^-1 als Funktion der Versuchsdauer.

(a) SF-Cu, Zustand weich, 50-70 HB bzw. hart, 100-120 HB,

(b) CuAl0.3Zn0.3, Zustand weich, 50-70 HB,

(c) CuAl0.3Zn0.3, Zustand hart, 100-120 HB;

Fig. 3 den auf die Fläche bezogenen Gewichtsverlust nach einer Zeit von 1000 h.

In Fig. 1 sind die Stromdichte-Potential-Kurven der Legierung CuAl0.3Zn0.3 und SF-Cu im Vergleich dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die zulegierten Elemente den Bereich der Korrosionsbeständigkeit deutlich erweitern. Die Passivstromdichte ist gegenüber SF-Cu verringert, was für die bessere Deckschichtqualität spricht. Die Durchbruchpotentiale sind zu positiveren Potentialen hin verschoben.

Der Polarisationswiderstand R_p bzw. der Kehrwert, der Polarisationsleitwert R_p ^-1, ist ein Maß für die Korrosionsgeschwindigkeit. Je geringer der Polarisationsleitwert, desto größer ist die Beständigkeit gegen gleichmäßige Korrosion. Die Fig. 2a bis c vergleichen den Polarisationsleitwert des Werkstoffes CuAl0.3Zn0.3 in verschiedenen Zuständen (weich/hart) mit demjenigen von SF-Cu. Unlegiertes Cu zeigt nicht nur ein schlechteres Verhalten, sondern auch eine beträchtliche Streuung.

Der Massenverlust ist gegenüber SF-Cu entsprechend Fig. 3 erheblich reduziert.

In allen Fällen zeigt die erfindungsgemäß verwendete Kupfer-Aluminium- Zink-Legierung ein deutlich besseres Verhalten als SF-Cu. Es wird nicht nur die Deckschichtqualität verbessert, sondern auch die Bildungsgeschwindigkeit beeinflußt und vor allem der Potentialbereich der Korrosionsbeständigkeit ausgedehnt. Durch diese Ausbildung der Passivschicht wird die Cu-Löslichkeit deutlich herabgesetzt.

Es ist weiterhin als entscheidender Vorteil anzusehen, daß durch die Kombination der Zwangskomponenten Al und Zn der pH-Wert-Bereich für die Bildung von Deckschichten erweitert wird. Während Al gemäß dem Pourbaix-Diagramm fähig ist, auch in sauren Medien Reaktionsprodukte zu bilden und somit zum Aufbau einer wirksamen Schutzschicht beizutragen, gilt entsprechendes für Zn in alkalischen Medien. Beide Zusätze stabilisieren sich wechselseitig und sind in der Lage, gemeinsam im System Cu-Al-Zn einen verhältnismäßig weiten pH-Wert-Bereich abzudecken. Somit sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffe nicht nur in neutralen Wässern einsetzbar. Gewisse pH-Wert-Schwankungen wirken sich nicht negativ auf das Korrosionsverhalten aus.

Verschiebt sich das Durchbruchpotential außerdem so weit in positive Richtung, daß es sich nicht mehr im Bereich des freien Korrosionspotentials befindet, so liegt ein zusätzlicher Schutz gegen Elementbildung wie z. B. Kontakt- oder Belüftungselemente vor. Zudem konnte bei den überprüften Rohrmustern keine Lochfraßgefährdung festgestellt werden.

Claims

1. Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Zink-Legierung, bestehend aus 0,1 bis 1,0% Aluminium; 0,1 bis 1,0% Zink; Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen, als korrosionsbeständiger Werkstoff für Rohre in der Installations- und Sanitärtechnik und auf dem Trinkwassersektor.

2. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 0,1 bis 0,5% Aluminium; 0,1 bis 0,5% Zink für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2, die zusätzlich ein oder mehrere der Elemente Silizium, Zinn, Niob bis zu einem Maximalgehalt von insgesamt 1,5% enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 3 mit maximal 0,5% Silizium für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 3 mit maximal 0,5% Zinn für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 3 mit maximal 0,1% Niob für den Zweck nach Anspruch 1.

7. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 6 mit maximal 0,05% Niob für den Zweck nach Anspruch 1.

8. Verwendung einer Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 mit maximal 0,04% Phosphor für den Zweck nach Anspruch 1.