Bakır Nedir ?

Bakır Nedir ? Özellikleri Nelerdir ?

Bakır, mühendislik açısından metaller arasında çok önemli bir yere sahiptir. Bakır alaşımları harika elektrik ve ısı enerjisi iletebilmeleri, paslanmaya karşı dayanımları, kafes yapısı nedeniyle sahip olduğu soğuk şekil verilebilme kabiliyetleri ve yorulma dayanımlarının yüksek olması nedeniyle tercih edilirler.

Rengi aşağıdaki şekilde de görüleceği üzere kızıl-kahverengi rengindedir. Atom ağırlığı : 63.5’dir. Periyodik cetvelde ise;

  • 11. Grup
  • 4. Periyod
  • D Bloğu
  • Geçiş Metali  özelliklerini göstermektedir.
bakır

bakır

Tarihte ilk olarak Romalılar döneminde Kıbrısta çıkarılmıştır. Kıbrısın ismi Cyprus olup, Metal of Cyprus yani; Kıbrıs Metali olarak anılmaktadır. Daha sonra Latincede Cuprum olarak değişmiş en son olarak da 1500’lü yıllarda Copper olarak İngilizce’de ilk olarak kullanılmaktadır.

Kullanım Alanları

İnşaat yapılarında çatılarda kullanılır. Genellikle oksitlendiğinde yeşilimsi renk almaktadır. Bazı binaların çatılarında bu rengi gördüğünüzde çatısının bakırdan olduğunu anlayabilirsiniz.

bakırdan çatılı bir evbakırdan çatılı bir ev

Bakır yüksek elektrik iletkenliği özelliğinden dolayı, iletim hatlarında, kablolarda ve elektrik malzemelerinde bol miktarda kullanılmaktadır. Ayrıca bakır alaşımları, eşanjörlerde, ısıtma – soğutma sistemlerinde, boru ve fittingslerde bol miktarda kullanılmaktadır.

bakırdan imal fittings

bakırdan imal fittings

bakır tel

bakır tel

Bakırın çok iyi elektrik iletkenliği sayesinde iletim sektöründe bolca kullanılmaktadır. Dünya’da üretilen kabloların büyük bir çoğunluğu bakır kablolardan oluşmaktadır. Bu özelliği sayesinde elektrik motorlarında da bol miktarda bakır parça bulunmaktadır. Korozyona dayanımı, kolay şekillendirilebilirliği, iletkenliği ve iletkenlikteki verimliliği tercih edilme özelliklerinden sadece bir kaçıdır.

Bakırın ısıyı çok iyi iletmesi nedeniyle gıda sektöründe de bol miktarda kullanılmaktaydı. Günümüzde yerini büyük ölçüde paslanmaz çelik olanlara bıraktıysa da, bakır kapların gıda sektöründeki kullanımı halen küçümsenemeyecek boyuttadır.

bakırdan çaydanlık

bakırdan çaydanlık

Bakır ve bakır alaşımları manyetik değildir. Lehimleme işlemlerinde kolaylıkla kullanılabilirler. Ayrıca bir çok kaynak yöntemiyle kolaylıkla kaynak yapılabilirler.

Kaynak Yöntemleri ;


  • OksiAsetilen
  • Direnç Kaynağı
  • Sürtünme-Karıştırma Kaynağı
  • Elektrik Ark Kaynak Yöntemleri

Bakır ve alaşımları 2 farklı türde imal edilirler. Bunlardan ilki dövme diğeri de dökümdür.


Bakır ve Alaşımlarının Özellikleri

  • Korozyona yani paslanmaya karşı dirençlerinin yüksek olması,
  • Isı enerjisi iletkenliğinin yüksek olması,
  • Elektrik enerjisini düşük kayıplarla iletebilmesi,
  • Aşınma dayanımının yüksek olması,
  • Kaynak kabiliyetinin yüksek olması,
  • Üretiminin kolay olması.

Bakırın en iyi iletkenliği saf haliyle elde edilir. İçerisine saflığını bozacak alaşım elementi eklendiği oranda elektrik iletkenliği de o oranda düşer. Çeliğe oranla kıyaslandığında yaklaşık olarak çeliğin 6 katı kadar fazla bir elektrik iletkenliği vardır. Demir alaşımlarından daha düşük bir ergime sıcaklığına sahiptir. Saf hali 1083 Santigrat derecede ergir. Isıl iletkenlik miktarı ise, çeliğin yaklaşık 7 katı kadardır. Buna bağlı olarak ısıl genleşme katsayısı ise çeliğin 2 katı kadardır.

Bakır ve Mukavemet Artışı

bakır tel

bakır tel

Bakır, YMK yani yüzey merkezli kübik kristal yapısı dolayısıyla bir çok özellikte alüminyuma benzemektedir.

kym

kym

  • Tokluk,
  • Dayanım,
  • Şekil verilebilirlik vb. özellikleri kristal yapının yüzey merkezli kübik olmasından dolayıdır.

Bakır, YMK yani yüzey merkezli kübik yapısından dolayı kayma düzlemlerine sahiptir. Bu nedenle de soğuk şekillendirme işlemine rahatlıklı uyum gösterir. Bakır alaşımlarından bazılarında, soğuk şekillendirme işlemi sonucunda sertleşme olayı meydana gelebilir. Ancak bu durum şekil değiştirme işleminin aşırı yapılması neticesinde oluşmaktadır. Bu olay, bakırın sertleştirilme işleminde kullanılan yöntemlerden biridir.

Bakırın ve alaşımlarının mukavemet ve sertlik değerlerinin arttırılması isteniyor ise, aşağıdaki işlemlerden bir veya bir kaçı yapılmalıdır.

  • Başka metaller ile alaşım yapılması,
  • Tavlama ya da ısıl işlem,
  • Soğuk işlem ile şekil verme işlemi.

Isıl İşlem ile Sertleştirilemeyen Alaşımlar

Eğer ısıl işlem ile sertleştirilemiyor ise, alüminyumda olduğu gibi katı eriyik ile, intermetalik faz çökelmesi ile, tane sınırı sertleşmesi ile, soğuk işlem ile mukavemeti arttırılabilir. Bakıra alaşım elementi eklendiğinde, eklenen atomlar; mekanik değerlerin artmasını sağlar. Bu değerler; çekme ve akma dayanımı ve malzemenin sertliğidir.  Alaşım elementlerinin eklenmesi ile birlikte intermetalik faz oluşumu sağlanabilir. Bu fazın oluşumu ile, tane sınırlarında büyüme engellenir ve aynı çelikte olduğu gibi mukavemet artışı sağlanmış olur.

Çökelme sertleşmesi ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

https://www.metalurjimalzeme.net/cokelme-sertlesmesi/

Soğuk işlem ile mukavemeti arttırılan malzemelerde, işlem sonrasında bir gerilim giderme tavı uygulanması tavsiye edilmektedir.  Buradaki amaç; soğuk şekil verilerek mukavemet kazandırılan malzemenin içerisinde oluşan iç gerilmeleri gidermek, herhangi bir işlemde malzemenin çatlamasını veya kırılmasını engellemektir.

Isıl İşlem ile Sertleştirilebilen Alaşımlar

Aynı alüminyumda olduğu gibi, yaşlandırma ısıl işlemi uygulanabilir. Bu işlem alüminyumdan da hatırlanacağı üzere, çözeltiye almak ve hemen akabinde su verme ile sonuçlanır. Isıl işlem ile sertleştirilen bakır alaşımları çok yüksek mukavemet değerlerine ulaşabilir ancak; bu tip alaşımların sayısı fazla değildir. Bakırın berilyum ile yaptığı alaşım bunlardan en çok bilinenleridir. Diğer alaşımlar ise, Cr, Ni, P ve Si elementleriyle yaptıklarıdır.

Alaşımları

Birçok farklı metal ile alaşım yapabilme özelliğine sahiptir. En çok alaşım oluşturduğu elementler aşağıda sıralandığı gibidir;

  • Alüminyum
  • Silisyum
  • Nikel
  • Kalay
  • Çinko’dur.

Bakırın alaşım elementleriyle yaptığı alaşımlar ve sınıflandırmaları aşağıdaki gibidir;

1- Saf Bakır ( Minimum % 99 oranında Bakır içermelidir. )

2- Az Alaşımlı Cu ( Minimum % 96 oranında Cu içermelidir. )

3- Pirinçler ( Bakır ve çinko alaşımlarıdır. Çinko içeriği % 40 oranına kadar çıkmaktadır. )

4- Cu – Sn Alaşımları ( % 10 Sn katılır. )

5- Cu – Si Alaşımları ( % 3 Si katılır. )

6- Cu – Al Alaşımları ( % 10 Al katılır. )

7- Cu – Ni Alaşımları ( Ticari adı Monel’dir. % 30 Nikel katılır. )

8 – Cu – Zn – Ni Alaşımları ( Yeni Gümüş adını alır. % 27 Zn, % 18 Ni elementlerini içerir. )


Saf Bakır ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti

Bakırın oksijene karşı afinitesi yüksek olduğundan dolayı kaynak işleminde ekstra özen gösterilmesi gerekmektedir. Aynı alüminyumda olduğu gibi, oksijene ilgisinden dolayı yüzeyi oksit tabakası ile kaplıdır. Bu da kaynak işlemi sırasında kaynak dikişinde oksitlere ve dolayısıyla kaynak hatalarına neden olabilmektedir.

Çelikten çok daha yüksek bir ısıl iletkenliğe sahip olduğundan dolayı, kaynak işlemi sırasında sıcaklığı tek bir noktada biriktirmek zor olmaktadır. Bu nedenle, kaynak yapılmak istenen bölge önceden bir ” ön ısıtma ” işlemine tabi tutulmalıdır. Böylece ergime için gereken ısı önceden verilmiş olup, kaynak sorunsuz bir şekilde tamamlanabilir.

Bakırın kaynağında dikkat edilmesi gereken bir diğer hadise ise, sıcaklık karşısında genleşmesinin yüksek olmasından dolayı, kaynak işlemi sırasında genleşmesi çeliklere göre nispeten daha fazla olacaktır. Bu nedenle fikstürler ile sabitlemek bakır kaynağından önce uygulanması gereken adımların başında gelir. Ayrıca; yüksek ısı girdisi verilmesinden kaçınılmalıdır. Çünkü ne kadar çok ısı girdisi verilir ise, bakırın genleşmesi ve çarpılmalar da o denli yüksek olacaktır. Kaynak sıralamalarının uygun yapılması da çarpılmaları ve şekil bozukluklarını önlemede önemlidir.

Pirinçlerin ( Cu-Zn ) kaynaklarında problem yaratacak element kalaydır. Ergime sıcaklığı düşük olduğundan dolayı, çinko, bakır daha erimeden erir ve hemen akabinde buharlaşır. Kaynak işlemi sırasında buharlaşan çinko gazı, gözeneklere dolayısıyla kaynak hatalarına neden olmaktadır. Bu olayı engellemek için kaynak sırasında nikel içeren tel kullanımı tavsiye edilmektedir.

Kaynak ve Hidrojen Hastalığı

Bakır kaynağı denilince, kaynak mühendislerinin aklına ilk olarak ” Hidrojen Hastalığı ” tabiri gelmektedir. Bu tabir, bakırda çatlak ve gözeneklere neden olur. Bu olayın en temel nedeni, ortamda eğer hidrojen bulunuyorsa ve kaynak işlemi yapılıyor ise; Cu2O, ortamdaki hidrojen ile birleşir ve H2O yani ” Su ” oluşturur. Oluşan bu su, yüksek sıcaklıkta su buharına dönüşerek kaynak dikişi içerisinde gözeneklere ve dolayısıyla çatlaklara neden olur. Bu tip kusurlar, bakırın kaynağında en çok ” Oksi-Asetilen ” yönteminde meydana gelmektedir.

Kaynak hataları ile ilgili yazımız için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

https://www.metalurjimalzeme.net/kaynak-hatalari/

Önlenmesi

Kaynak sırasında genellikle Sn yani ” Kalay ” içeren teller kullanılmalıdır. Sn ‘ın oksijene karşı afinitesi çok yüksektir. Bu nedenle serbest halde bulunan oksijeni kendine bağlayarak hidrojen hastalığını önlemeye yardımcı olur.

Bakır imalatı ile ilgili video için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

https://www.youtube.com/watch?v=KBPv2p7T1wo

Bakır ve Üretimi

Bakır cevheri madenden çıkarıldıktan sonra içerisindeki Cu konsantrasyonu %0.6 civarındadır. Bu cevher içerisinde kalkopirit CuFeS2, Cu5FeS4, CuS ve Cu2S bulunmaktadır. Bu mineraller ilk olarak bir kırıcı içerisinden geçirilir ve ufak parçalara bölünür.

Bu ufak parçalara bölünen cevherler köpük yüzdürme – flotasyon yöntemiyle diğer bileşenlerden ayrılarak % 15 civarına kadar bakıra ulaşılır. Daha sonra elde edilen bu malzeme flash ergitme yöntemiyle silika ile ısıtılır ve içerisinde bulunan demir bileşenden ayrılır.

Elde edilen Cu2S, kükürtten kurtulması için ve oksitlenmesi için kavrulur. Aşağıdaki reaksiyonda  da görüleceği üzere, oksitlenen bakır, kükürtten SO2 oluşumu sağlanarak kurtulmaktadır. Kavurma işlemi ile fosfor ve arsenik de yapıdan uzaklaştırılır.

2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

Elde edilen bakır oksit de ısıtılarak blister bakırına çevrilir.

2 Cu2O → 4 Cu + O2

Bu reaksiyon ile elde edilen malzeme blister bakırdır. Blister bakıra yüksek sıcaklıkta doğal gaz üflenerek, geriye kalan artık oksijenin giderilmesi sağlanır. Daha sonra da elektro-rafine işlemi gerçekleştirilerek saf bakırın elde edilme işlemi tamamlanmış olur. Elektro rafine işleminde anot ve katot bulunur ve Cu, anottan koparak kotat üzerinde birikmektedir. Artıklar ise, tankın dibinde birikmektedir.

wikipedia’nın ilgili ingilizce sayfası için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

http://www.wikizeroo.net/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvQ29wcGVy