Miedź występuje w przyrodzie w postaci rodzimej oraz w rudach siarczkowych: błyszczu miedzi, czyli chalkozynie - Cu2S, bornicie - Cu3FeS2, chalkopirycie - CuFeS2, lub rudach tlenkowych, np. kuprycie - Cu2O.
Miedź ma liczbę atomową równą 29, jej masa atomowa wynosi 63,5463.
W związkach chemicznych miedź jest jedno- lub dwuwartościowa. Miedź nie wykazuje odmian alotropowych i krystalizuje w sieci ściennie centrowanej układu regularnego A1. Temperatura topnienia miedzi wynosi 1084,88*C, a wrzenia ok. 2595*C.
ZNACZENIE DOMIESZEK MIEDZI
Przewodność elektryczna miedzi zmniejsza się bardzo znacznie przy niewielkim nawet stężeniu domieszek, głównie P, Fe, Co, Si, As, rozpuszczających się w miedzi i - ze względu na dużą różnicę średnic atomowych - powodujących znaczne zniekształcenie sieci krystalicznej miedzi. Pierwiastki Cd, Ag i Zn, których atomy w niewielkim stopniu różnią się wymiarami od atomów Cu, wywierają niewielki wpływ na zmniejszenie przewodności elektrycznej. Podobnie działają Bi i Pb - nierozpuszczające się w miedzi, wywierają jednak szczególnie niekorzystny wpływ na własności mechaniczne i technologiczne oraz sprzyjają kruchości na gorąco, co uniemożliwia obróbkę plastyczną miedzi. Obróbkę tę utrudnia również siarka tworząca niskotopliwą eutektykę z siarczkiem Cu2S oraz tlen tworzący eutektykę z tlenkiem Cu2O, zmniejszające plastyczność miedzi. W wyniku redukcji powstałego tlenku miedzi wodorem tworzy się woda, której para w wysokiej temperaturze powoduje pęknięcia i naderwania, uniemożliwiające dalszą obróbkę plastyczną. Zjawisko to, zwane chorobą wodorową, występuje po wyżarzaniu miedzi w atmosferze zawierającej wodór. Miedź jest odporna na korozję atmosferyczną dzięki pokrywaniu się patyną, tj. zasadowym węglanem miedziowym, i na działanie wody, nie wykazuje zaś odporności na działanie amoniaku.
ZASTOSOWANIE MIEDZI
Miedź jest stosowana w elektrotechnice na przewody, gdzie wykorzystuje się jej wysoką przewodność elektryczną oraz w energetyce i przemyśle chemicznym na chłodnice i wymienniki ciepła - ze względu na dużą przewodność cieplną. W budownictwie są stosowane rury z miedzi Cu-DHP (min. 99,9% Cu), z których wykonuje się instalacje ciepłej i zimnej wody, ogrzewania, gazowe, ciekłego paliwa i sanitarne.
MIEDŹ STOPOWA I NISKOSTOPOWE STOPY MIEDZI
Własności mechaniczne miedzi (poza obróbką plastyczną na zimno) zwiększa niewielki dodatek - do 2% - pierwiastków stopowych jedynie nieznacznie pogarszających przewodność elektryczną. Tradycyjnie stopy te są nazywane miedzią stopową. Stosowana jest miedź stopowa srebrowa, fosforowa, arsenowa, chromowa, niklowa, cynowa, cynkowa, kadmowa, siarkowa, manganowa, krzemowo-manganowa, tellurowa i cyrkonowa.
KLASYFIKACJA STOPÓW MIEDZI
Stopy miedzi dzieli się na:
odlewnicze,
przeznaczone do obróbki plastycznej.
Wyróżnia się następujące grupy stopów miedzi:
z cynkiem,
z cynkiem i ołowiem,
z cynkiem i niklem,
z niklem,
z cyną,
z aluminium,
z innymi pierwiastkami stopowymi, których łączne stężenie przekracza 5%, niskostopowe, w których stężenie pierwiastków stopowych jest mniejsze niż 5%. Stopy miedzi - w zależności od tego, czy oprócz głównego dodatku zawierają jeszcze inne pierwiastki stopowe - mogą być: dwuskładnikowe, wieloskładnikowe.
Mosiądze to stopy zawierające Zn jako główny dodatek stopowy,
miedzionikle - stopy, w których głównym dodatkiem jest Ni
brązy to stopy miedzi zawierające ponad 2% dodatków stopowych, spośród których głównym nie jest Zn lub Ni (dzieli się na cynowe, aluminiowe, berylowe, ołowiowe.)
Stopy miedzi z cynkiem - mosiądze
Mosiądze charakteryzują się dobrą odpornością na korozję, szczególnie atmosferyczną i w wodzie morskiej. Odporność na korozję stopów miedzi z cynkiem zwiększa się wraz ze wzrostem stężenia Cu. Najczęściej spotykanymi rodzajami korozji mosiądzów jest odcynkowanie oraz korozja naprężeniowa, zwana pękaniem
sezonowym mosiądzów.
Własności mosiądzów dwuskładnikowych są polepszane przez wprowadzenie dalszych dodatków stopowych. Należą do nich Si, Al, Sn, Pb, Fe, Mn, Ni i As, dodawane pojedynczo lub w różnych zestawieniach, zwykle o łącznym stężeniu nieprzekraczającym 4%.
Dodawane pierwiastki stopowe powodują zwiększenie wytrzymałości i odporności mosiądzów na korozję. Krzem poprawia lejność i zwiększa odporność mosiądzów na ścieranie, lecz zmniejsza ich plastyczność, a w stężeniu do 1% obniża wrażliwość tych stopów na korozję naprężeniową. Odporność mosiądzów na ścieranie polepsza również Mn, szczególnie w obecności Si i Al. Dodatek Al. zwiększa także twardość i własności wytrzymałościowe, nieznacznie zmniejszając plastyczność mosiądzów. Dodatek 2-3% Al zapobiega odcynkowaniu mosiądzów, które jest hamowane również przez dodatek As, Ni lub 1-2% Sn. Natomiast Fe przyspiesza przebieg odcynkowania. Dodatek Fe powoduje jednak zmniejszenie skłonności do pękania na gorąco, poprawia własności wytrzymałościowe i wydłużenie oraz zapewnia drobnoziarnistość mosiądzom odlewniczym.
Mosiądze wieloskładnikowe w przeciwieństwie do dwuskładnikowych, znajdują szerokie zastosowanie jako materiały odlewnicze. Szeroko są stosowane również do Obróbki plastycznej. Cechuje: dobra odporność na korozję i ścieranie oraz dobre własności wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych. Stosuje się je głównie na armaturę, osprzęt, łożyska, śruby okrętowe i elementy maszyn.
Stopy miedzi z niklem - miedzionikle
głównym dodatkiem jest Ni o stężeniu do 40%, Nikiel powoduje podwyższenie własności mechanicznych, odporności na korozję, rezystywności oraz siły termoelektrycznej miedzionikli.
odporne na korozję (melchior, kunial, nikielina)
oporowe (konstantan)
Stopy miedzi z cyną
Miedź tworzy z cyną jeden roztwór stały graniczny krystalizujący w sieci A1 oraz 6 roztworów stałych wtórnych na osnowie faz międzymetalicznych. Techniczne stopy Cu z Sn, nazywane tradycyjnie brązami cynowymi, mają zazwyczaj strukturę roztworu . Duży zakres temperatury krystalizacji brązów o strukturze sprzyja jednak ich skłonności do segregacji. Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję, szczególnie w środowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Odporność ta ulega polepszeniu wraz ze zwiększeniem stężenia Sn, lecz do wartości nie większej od zapewniającej wystąpienie struktury dwufazowej, decydującej o ułatwieniu korozji. Brązy cynowe o strukturze jednorodnego roztworu a cechuje duża plastyczność i z tego względu mogą być obrabiane plastycznie na zimno. W stanie obrobionym plastycznie na zimno brązy cynowe charakteryzują się dużymi własnościami mechanicznymi, co umożliwia stosowanie ich w przemyśle chemicznym, papierniczym i okrętowym, m.in. na elementy aparatury kontrolno-pomiarowej, siatki, sprężyny, tulejki, łożyska ślizgowe, ślimacznice i ślimaki.