Beryllium-Kupfer, auch bekannt als Kupfer-Beryllium, CuBe oder Beryllium-Bronze, ist eine Metalllegierung aus Kupfer und 0,5 bis 3 % Beryllium und manchmal mit anderen Legierungselementen und hat bedeutende Metallbearbeitungs- und Betriebsleistungsqualitäten.

Eigenschaften

Berylliumkupfer ist eine duktile, schweißbare und bearbeitbare Legierung.Es ist beständig gegen nicht oxidierende Säuren (z. B. Salzsäure oder Kohlensäure), gegen Kunststoffzersetzungsprodukte, gegen abrasiven Verschleiß und gegen Festfressen.Darüber hinaus kann es wärmebehandelt werden, um seine Festigkeit, Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.

Da Beryllium giftig ist, gibt es einige Sicherheitsbedenken beim Umgang mit seinen Legierungen.In fester Form und als fertige Teile stellt Berylliumkupfer keine besondere Gesundheitsgefährdung dar.Das Einatmen des Staubs, der beim Bearbeiten oder Schweißen entsteht, kann jedoch zu schweren Lungenschäden führen.[1]Berylliumverbindungen sind bekannte menschliche Karzinogene, wenn sie eingeatmet werden.[2] Infolgedessen wird Berylliumkupfer manchmal durch sicherere Kupferlegierungen wie Cu-Ni-Sn-Bronze ersetzt.[3]

Verwendet

Berylliumkupfer wird in Federn und anderen Teilen verwendet, die ihre Form behalten müssen, wenn sie wiederholter Belastung ausgesetzt sind.Aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit wird es in Schwachstromkontakten für Batterien und elektrische Steckverbinder verwendet.Und da Berylliumkupfer keine Funken erzeugt, aber physikalisch robust und nicht magnetisch ist, wird es zur Herstellung von Werkzeugen verwendet, die in explosionsgefährdeten Umgebungen oder für EOD-Zwecke verwendet werden können.Es stehen verschiedene Werkzeugtypen zur Verfügung, z. B. Schraubendreher, Zangen, Schraubenschlüssel, Kaltmeißel und Hämmer [4].Ein anderes Metall, das manchmal für funkenfreie Werkzeuge verwendet wird, ist Aluminiumbronze.Im Vergleich zu Werkzeugen aus Stahl sind Beryllium-Kupfer-Werkzeuge teurer, nicht so stark und verschleißen schneller.Die Vorteile der Verwendung von Berylliumkupfer in gefährlichen Umgebungen überwiegen jedoch diese Nachteile.

Berylliumkupfer wird auch häufig bei der Herstellung von Schlaginstrumenten in professioneller Qualität verwendet, insbesondere von Tamburin und Triangel, wo es für seinen klaren Ton und seine starke Resonanz geschätzt wird.Im Gegensatz zu den meisten anderen Materialien behält ein Instrument aus Beryllium-Kupfer einen konsistenten Ton und eine gleichmäßige Klangfarbe bei, solange das Material mitschwingt.Das „Gefühl“ solcher Instrumente ist reichhaltig und melodiös, sodass sie in dunkleren, rhythmischeren Stücken klassischer Musik fehl am Platz erscheinen.

Berylliumkupfer hat aufgrund seiner Kombination aus mechanischer Festigkeit und relativ hoher Wärmeleitfähigkeit in diesem Temperaturbereich auch Verwendung in kryogenen Ultratieftemperaturgeräten wie Verdünnungskühlschränken gefunden.

Beryllium-Kupfer wurde auch für panzerbrechende Kugeln verwendet, obwohl eine solche Verwendung ungewöhnlich ist, da Kugeln aus Stahllegierungen viel billiger sind, aber ähnliche Eigenschaften haben.

Berylliumkupfer wird auch für Werkzeuge zum Messen während des Bohrens in der Richtbohrindustrie (Schrägbohren) verwendet.Einige Unternehmen, die diese Werkzeuge herstellen, sind GE (QDT Tensor Positive Pulse Tool) und Sondex (Geolink Negative Pulse Tool).Eine nichtmagnetische Legierung ist erforderlich, da Magnetometer für Berechnungen verwendet werden, die von dem Werkzeug empfangen werden.

Legierungen

Hochfeste Beryllium-Kupfer-Legierungen enthalten bis zu 2,7 % Beryllium (gegossen) oder 1,6–2 % Beryllium mit etwa 0,3 % Kobalt (geschmiedet).Die hohe mechanische Festigkeit wird durch Ausscheidungshärtung oder Auslagerungshärtung erreicht.Die Wärmeleitfähigkeit dieser Legierungen liegt zwischen Stählen und Aluminium.Die Gusslegierungen werden häufig als Werkstoff für Spritzgussformen verwendet.Die Knetlegierungen werden von UNS als C172000 bis C17400 bezeichnet, die Gusslegierungen als C82000 bis C82800.Der Härtungsprozess erfordert ein schnelles Abkühlen des geglühten Metalls, was zu einer Festkörperlösung von Beryllium in Kupfer führt, die dann mindestens eine Stunde lang bei 200–460 °C gehalten wird, wodurch die Ausfällung von metastabilen Beryllidkristallen in der Kupfermatrix erleichtert wird.Eine Überalterung wird vermieden, da sich eine Gleichgewichtsphase bildet, die die Beryllidkristalle erschöpft und die Festigkeitssteigerung verringert.Die Beryllide sind sowohl in Guss- als auch in Knetlegierungen ähnlich.

Beryllium-Kupfer-Legierungen mit hoher Leitfähigkeit enthalten bis zu 0,7 % Beryllium, zusammen mit etwas Nickel und Kobalt.Ihre Wärmeleitfähigkeit ist besser als bei Aluminium, nur etwas geringer als bei reinem Kupfer.Sie werden normalerweise als elektrische Kontakte in Steckverbindern verwendet.