Il rame viene comunemente utilizzato in molti settori diversi. Tuttavia, la sua estrema duttilità lo rende soggetto a deformazioni e graffi. In questa pagina potete imparare a preparare in modo rapido ed efficiente campioni di rame privi di graffi per l'esame metallografico.
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Sebbene il rame metallico sia presente in natura, viene estratto principalmente da minerali di solfuro in un processo di fusione metallurgica. Questo processo comprende quattro fasi principali.
1. Un processo di fusione iniziale estrae i concentrati di rame, producendo una metallina di rame (75 % Cu).
2. In un convertitore, l'aria viene soffiata nel liquido opaco per ossidare i solfuri, producendo blister di rame (96-98 % CU).
3. Il rame blisterato viene raffinato in un forno anodico, producendo rame anodico (99 % Cu).
4. Le impurità (inclusi Ni, Pb, Ag, Pd e Au) vengono rimosse mediante raffinazione elettrolitica, producendo catodi di rame (99,99% Cu).
Una piccola quantità di rame viene ottenuta anche mediante un processo idrometallurgico.
Fig. 1: Rame con ossidi di rame, illuminazione in campo scuro, 500x
Fig. 2: Rame privo di ossigeno, attaccato con persolfato di ammonio, 100x
Fig. 3: Catodo di rame, attacco secondo Klemm, 100x
Aggiungendo alluminio, manganese, ferro, nichel, stagno o anche piccole quantità di piombo, è possibile produrre particolari tipi di ottone con specifiche proprietà chimiche o meccaniche.
Fig. 4: ottone α, attacco a colori, 200x
Fig. 5: Ottone α-β fuso (CuZn40Pb2) con inclusioni di piombo grigio-blu, senza attacco, 500x
Fig. 6: ottone fuso α-β, attacco secondo Klemm, soluzione solida α chiara in una matrice scura di soluzione β solida, 100x
Bronzo (leghe rame-stagno)
Esistono tre tipi di bronzi: leghe lavorate, leghe fuse e fusioni per campane. A seconda delle proprietà richieste, possono essere aggiunte piccole quantità di zinco, fosforo, piombo, nichel o ferro.
| Esempi di leghe di ottone specifiche e loro proprietà | |
| Canna di fucile (Cu-Sn-Zn) | Buona resistenza alla corrosione; basso coefficiente di attrito |
| Bronzi alluminati (fino all'11% di alluminio) | Elevata resistenza alle alte temperature; ottima resistenza alla corrosione |
| Bronzo al berillio | Elevata resistenza e durezza; non produce scintille in caso di urto o collisione con altri metalli |
| Leghe rame-nichel | Eccellente resistenza alla corrosione |
| Leghe rame-nichel-zinco (alpacca) | Elevata robustezza; buona resistenza alla corrosione; facile da formare |
Nella lavorazione del rame e delle sue leghe, la metallografia viene utilizzata generalmente per la misurazione dei grani, oltre che per eseguire controlli di purezza qualificando e quantificando il contenuto di ossido di rame.
Per alcuni ottoni può essere necessario determinare la distribuzione del piombo che può influenzare il processo di lavorazione.
Per le leghe fuse, la metallografia viene generalmente utilizzata per la valutazione generale della struttura, per determinare la distribuzione dell'eutettico o del piombo e per esaminare la presenza di cavità da ritiro o porosità.
Fig. 8: Bronzo fuso (CuSn10), attaccato con cloruro di ferro (III), struttura dendritica con euttoide α-δ, 200x
Il rame puro è tenero e duttile, il che lo rende facilmente deformabile e soggetto a graffi. Anche i bronzi e alcuni ottoni duri possono essere soggetti a una significativa formazione di graffi. Ciò rappresenta un problema per i metallografi. Esistono tuttavia soluzioni semplici:
- Evitare abrasivi grossolani per la prelevigatura
- Eseguire un'accurata lucidatura diamantata con panni morbidi
- Eseguire una lucidatura meccanico-chimica fine
Continuate a leggere per una descrizione dettagliata su come preparare in modo rapido e preciso il rame e le sue leghe per l'analisi metallografica senza graffi o deformazioni.
Fig. 9: Filo di rame puro, lucidatura finale con OP-S, DIC, 200x
Fig. 10: Stesso campione della Fig. 9 con lucidatura finale della miscela OP-S-ammoniaca/acqua/perossido di idrogeno, DIC, 200x
Fig. 11: fusione di ottone α-β, lucidatura meccanica, senza attacco, 200x
Fig. 12: Stesso campione della Fig. 11 lucidatura elettrolitica, senza attacco, 200x. Le inclusioni di piombo sono state rimosse e quindi appaiono più grandi e numerose
Esistono numerosi reagenti per il rame e le sue leghe, relativamente facili da applicare. La maggior parte delle leghe fuse non è difficile da attaccare. Tuttavia, può essere difficile trovare la giusta soluzione d'attacco per alcune leghe lavorate, soprattutto se sono state pesantemente lavorate a freddo. In questi casi, può essere utile un attacco a colori.
È importante notare che il piombo viene attaccato dai reagenti e che dopo l'attacco rimangono solo vuoti neri. Pertanto, prima dell'attacco è necessario eseguire micrografie per documentare la quantità e la distribuzione del piombo. Il colore del piombo puro è grigio-blu.
Fig. 13: Bronzo fuso (CuSn8Pb), senza attacco, che presenta grandi e piccole inclusioni di piombo grigio-blu; si distingue un eutettoide α-δ azzurro pallido, 500x
Fig. 14: Stesso campione della Fig.13, attacco a colori secondo Klemm. È visibile la struttura dendritica con un eutettoide azzurro e inclusioni di piombo blu, ma le piccole inclusioni di piombo non possono essere differenziate chiaramente, 500x
Fig. 15: Fusione di bronzo (CuSn10), attacco con cloruro di ferro (III), struttura dendritica con eutettoide α-δ, 200x
| Applicazione | Reagente |
| Attacco granuloso per rame, ottone e bronzi | 100 ml di acqua. 10 g di persolfato di ammonio. Utilizzare il reagente appena preparato! |
| Tutti i tipi di rame | 100-120 ml di acqua o etanolo. 20-50 ml di acido cloridrico. 5-10 g di cloruro di ferro (III). (concentrazione variabile) |
Bordi dei grani Aree dei grani |
25 ml di acqua distillata. 25 ml di acqua ammoniaca. 5-25 ml di perossido di idrogeno, 3% in meno di perossido di idrogeno Più perossido di idrogeno |
| Ottone α-β | 120 ml di acqua. 10 g di cloruro di ammonio rame (II). Aggiungere acqua ammoniaca finché il precipitato non si scioglie |
| Lucidatura rapida ed efficiente per rame puro | 100 ml di acqua. 100 ml di etanolo. 19 g di nitrato di ferro (III) |
| Attacco di colore secondo Klemm | 100 ml di tiosolfato di sodio saturo a freddo. 40 g di metabisolfito di potassio |
Tutte le immagini sono di Marcello Manca, Specialista delle applicazioni, Danimarca
Per informazioni specifiche sulla preparazione metallografica del Rame, contattate i nostri specialisti delle applicazioni.