Kupfer & Kupferlegierungen

Über den Werkstoff

Kupfer und seine Legierungen zählen zu den ältesten technischen Werkstoffen – und sind bis heute unverzichtbar, insbesondere in der Elektrotechnik, Feinmechanik und Uhrenindustrie. Reines Kupfer bietet unter allen Gebrauchsmetallen die höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit. Hinzu kommen eine ausgezeichnete Umformbarkeit sowie eine natürliche Korrosionsbeständigkeit.

Durch gezielte Legierung mit Elementen wie Zink, Zinn, Nickel oder Beryllium lässt sich das Eigenschaftsprofil von Kupfer deutlich erweitern – etwa in Richtung höherer Festigkeit, verbesserter Relaxationsbeständigkeit oder erhöhter Verschleissfestigkeit.

Studer-Biennaform verarbeitet Kupferwerkstoffe zu kaltgewalztem Präzisionsflachdraht. Dieser kommt als elektrischer Leiter, in Federkontakten, Steckverbindern, dekorativen Bauteilen oder als Präzisionselement in Uhren zum Einsatz – überall dort, wo Zuverlässigkeit, Formgenauigkeit und Leitfähigkeit entscheidend sind.

Reines Kupfer

Elektrolytkupfer Cu-ETP (EN CW004A) und sauerstofffreies Kupfer Cu-OF (CW008A) zählen zu den wichtigsten Reinkupfersorten für technische Anwendungen.
Cu-ETP enthält mindestens 99,90 % Kupfer sowie etwa 0,02–0,04 % Sauerstoff. Es erreicht im weichgeglühten Zustand eine elektrische Leitfähigkeit von nahezu 100 % IACS (International Annealed Copper Standard, ca. 58 MS/m) und ist damit der Standardwerkstoff für stromleitende Komponenten in Elektrotechnik und Energieübertragung.

Cu-OF ist mit 99,99 % noch reiner und vollständig entoxidiert (O < 0,001 %). Dadurch bietet es ebenfalls ca. 100 % IACS, ist jedoch unempfindlich gegenüber Wasserstoffversprödung – ein Vorteil bei Hochtemperaturanwendungen und im Vakuum. Die Legierung bildet bei der Erwärmung in kontrolliertem Umfeld kein Kupferoxid und keine spröden Phasen, bleibt auch bei Rotglut duktil und eignet sich dadurch für besonders anspruchsvolle Einsatzbereiche.

Beide Werkstoffe sind nicht magnetisch, gut kaltumformbar und verfügen im weichen Zustand über ein moderates Festigkeitsniveau (Zugfestigkeit ca. 200–250 MPa, kaltverfestigt deutlich höher). Die Oberflächenqualität ist sehr hoch – Cu-ETP und Cu-OF lassen sich polieren, beschichten, plattieren und strukturieren.

Typische Anwendungen:

• Cu-ETP: Stromschienen, Kontaktfedern, Kabel und Litzen, Anschlussleitungen, Transformatorwicklungen, Motorenspulen, Leiterplatten – überall dort, wo geringe Leitungsverluste entscheidend sind.
• Cu-OF: Schweisselektroden, Hochvakuum-Komponenten, Spiegelhalter in Lasergeräten, Wärmeleitschienen oder duktil bleibende Bauteile für Hochtemperaturbereiche. Auch in der Feinmechanik – z. B. für flexible Federkontakte oder spiegelpolierte Funktionsteile – bietet Cu-OF Vorteile.

In der Uhrenindustrie spielt Reinkupfer nur eine untergeordnete Rolle, wird aber in bestimmten Spezialanwendungen eingesetzt. Beide Sorten lassen sich gut galvanisch beschichten (z. B. versilbern für elektrische Kontakte) und dekorativ anodisieren, wobei farblose Oxidschichten entstehen.

Messing

Messing bezeichnet Legierungen aus Kupfer mit typischerweise 5–40 % Zink. Je nach Zusammensetzung lassen sich mechanische Eigenschaften, Umformbarkeit und Farbe gezielt beeinflussen. Bekannte Sorten sind CuZn36 (CW507L) und CuZn37 (CW508L) als klassische Knetmessinge sowie CuZn39Pb3 (CW614N), ein bleihaltiges Automatenmessing für die Zerspanung.

Mit steigendem Zinkgehalt erhöht sich die Festigkeit deutlich, während sich die Farbe von rötlich (bei niedrigem Zn) zu leuchtend Gelb verändert. Messinge mit etwa 37–39 % Zink bieten eine hohe Festigkeit bei noch ausreichender Duktilität. Oberhalb von 40 % sinkt die Kaltformbarkeit spürbar. Gleichzeitig verbessert Zink die Druckumformbarkeit bei erhöhten Temperaturen – etwa beim Warmpressen von Messingstangen. Alle Messingsorten sind nicht magnetisch und bieten eine gute bis sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber Luft, Wasser und vielen Salzlösungen.

Messing ist ein ausgesprochen vielseitiger Werkstoff. Die goldähnliche Farbe prädestiniert es für dekorative Anwendungen – etwa Gehäuse und Zifferblätter in der Uhren- und Schmuckindustrie, Musikinstrumente, Beschläge oder optisch anspruchsvolle Elemente im Innenausbau.

Im technischen Bereich findet Messing breite Anwendung:

• CuZn39Pb3 (Automatenmessing) wird für Präzisionsteile wie Zahnräder, Ventile, Gewindebuchsen oder Uhrwerke auf Drehautomaten verarbeitet.
• In der Automobilindustrie kommen Messing-Kühlleitungen, Steckverbinder oder Kontakte zum Einsatz.
• CuZn36 und CuZn37 sind Standardsorten für Stanz- und Biegeteile wie Blechhülsen, Clips, Klammern oder Schrauben.

Dank seiner Umformbarkeit, guten Bearbeitbarkeit und ansprechenden Optik ist Messing ein bewährter Werkstoff für Funktion und Design.

Kupfer-Beryllium

Kupfer-Beryllium-Legierungen wie CuBe2 vereinen mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit auf einem Niveau, das bei Kupferwerkstoffen sonst nur selten gleichzeitig erreicht wird. Diese Legierungen bieten eine außergewöhnlich hohe Federkraft, kombiniert mit sehr guter Ermüdungsbeständigkeit und Relaxationsfestigkeit.

CuBe verfügt über eine exzellente Biegewechselfestigkeit und bleibt auch bei dynamischer Dauerbelastung formstabil. Die Relaxationsbeständigkeit ist herausragend – selbst bei Temperaturen bis etwa 200 °C behalten CuBe-Federn ihre Spannung weitgehend bei. Damit übertreffen sie klassische Legierungen wie Bronze oder Messing deutlich. Zugleich ist CuBe korrosionsbeständig und bildet eine schützende Oxidschicht an der Luft. Das Material ist nicht magnetisch und kann funkenfrei verarbeitet werden.

Typische Anwendungen:

• Elektronik: Miniaturfedern, Kontaktzungen, Steckverbinderpins, Relaisfedern, Batteriekontakte – überall dort, wo hohe Leitfähigkeit mit definierter Federkraft kombiniert werden muss.
• Messtechnik und Sensorik: Druckmessfedern und ähnliche federnde Elemente, die langzeitstabil und formtreu bleiben müssen.
• Medizintechnik: MRT-taugliche chirurgische Werkzeuge und Instrumente, bei denen Funkenfreiheit und Nicht-Magnetismus erforderlich sind.
• Uhrenindustrie: Spezielle Uhrfedern (z. B. Torsionsfedern, Spiralfedern in Komplikationen), die über Jahrzehnte schwingungsstabil bleiben.
• Luft- und Raumfahrt: Kontaktfedern, Ventilbauteile, Federsicherungen in vibrierenden Umgebungen – dort, wo Versagen ausgeschlossen sein muss.

Kupfer-Beryllium ist damit ein Hochleistungswerkstoff für federnde, hochbelastete Präzisionselemente – zuverlässig, langlebig und vielseitig einsetzbar.