Potin

Fragment einer Bronzebüste von Marcus Aurelius, etwa 170 n. Chr.

Bronzen (entlehnt aus it. bronzo für die Legierung aus Kupfer und Zinn) sind Legierungen aus Kupfer, die meist Zinn, aber manchmal auch andere Metalle enthalten. Wird dagegen eine Kupfer-Zink-Legierung eingesetzt, handelt es sich um Messing oder Rotguss.

Die technischen Legierungen gliedern sich in Knet- (bis 8,5 % Zinngehalt) und Gusslegierungen (bis 22 % Zinn). Die Schmelztemperatur hängt ab vom Mischungsverhältnis und liegt meist knapp unter 1000 °C. Die Dichte von CuSn15 (85 % Kupfer, 15 % Zinn) beträgt 8,7 g/cm³. Bronze ist nicht magnetisch.

Legierungen

Je nach Zusammensetzung werden unterschiedliche Bronzearten charakterisiert, jedoch sind die Möglichkeiten, verschiedene Metalle miteinander zu kombinieren, auch darüber hinaus sehr vielfältig.

Guss-Struktur einer Bronze mit 11 % Zinn, V=50:1

Skulptur aus Bronze (patiniert), aufgestellt am Apothekerbrunnen in Ilmenau

Name der Legierung	Komponenten zu Kupfer	Eigenschaften	Verwendung
Zinnbronze	bis 40 % Zinn, typischerweise 8 % Zinn, Dichte etwa 8,8 kg/dm³	elastisch, zäh, korrosionsbeständig	Kunstguss, Turbinen-, Zahnräder, Glocken, manchmal auch Schlagwerke und Schlagzeugbecken
Aluminiumbronze	5–12 % Aluminium 3,5–7 % Eisen	seewasserbeständig, verschleißfest, elastisch, leicht magnetisch, goldfarben	Federblech, Waagebalken, Schiffspropeller, Chemische Industrie
Bleibronze (TOKAT-Bronze)	bis zu 28 % Blei	korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften	Achsenlager, Verbund- und Formgusswerkstoffe
Manganbronze	12 % Mangan	korrosionsbeständig, hitzebeständig	elektrische Widerstände (in den USA trotz des in manchen Legierungen enthaltenen Zinkanteils von 20 bis 40 % als manganese bronze bezeichnet, z.B. bei einigen von Ampco hergestellten Werkstoffen)
Siliciumbronze	1–2 % Silicium	mechanisch und chemisch hoch beanspruchbar, hohe Leitfähigkeit	Oberleitungen, Schleifkontakte, Chemische Industrie
Berylliumkupfer (Berylliumbronze)	2 % Beryllium	hart, elastisch	Federn, Uhren, funkenfreie Werkzeuge
Phosphorbronze	7 % Zinn, 0,5 % Phosphor	hohe Dichte und Festigkeit	zähfeste Maschinenteile, Achsenlager
Leitbronze	Magnesium, Cadmium, Zink (gesamt 3 %)	elektrische Eigenschaften ähnlich Kupfer, jedoch zugfester	Freileitungen, Starkstromanlagen
Rotguss	Zinn, Zink, Blei (gesamt 10–20 %)	korrosionsbeständig, gute Gleiteigenschaften und Gießbarkeit	Gleitlager, Armaturen, Schneckenräder, Kunst
Konstantan	40 % Nickel	temperaturunabhängige Leitfähigkeit	elektrische Widerstände
Korinthisches Erz	?	?	historischer Werkstoff für Statuen und Luxusartikel

Die Zinnbronze ist die bekannteste dieser Legierungen. Glockenbronze besteht zu 20–25 % aus Zinn und ist sowohl für Glocken, Klangschalen als auch für den Bau von Kanonen eingesetzt worden. Während der beiden Weltkriege wurden unter anderem Patronenhülsen und Führungsringe von Granaten daraus hergestellt (siehe auch Glockenfriedhof). Potin ist eine Bronzelegierung mit hohem Zinngehalt, diese enthält neben Silber und Blei auch Spuren anderer Metalle. Dieser Werkstoff wurde von den Kelten zum Gießen von Potinmünzen benutzt.

Geschichte

Hauptartikel: Bronzezeit

Der Name leitet sich ab von Brundisium, dem lateinischen Namen der süditalienischen Stadt Brindisi, die in der Antike eine Hochburg der Bronzeverarbeitung und des Bronzehandels war. Die Herstellung von Bronze dürfte in Vorderasien zuerst begonnen haben (etwa 3300 v. Chr.). In China begann die Verwendung im 3. Jahrtausend v. Chr., spätestens während der Xia-Zeit.

Bronze gilt als eine der ersten gezielt von Menschen hergestellten Legierungen, jedoch wurden auch schon vorher Legierungen aus Kupfer und Arsen gefertigt, deren Arsengehalte derart hoch sind, dass diese wohl als beabsichtigt gelten dürften^[1]. Auch Antimon- und Blei-Bronzen wurden genutzt. Im dritten Jahrtausend v.Chr. verdrängten Bronzewaffen und -werkzeuge die bis dahin gebräuchlichen Gerätschaften aus Stein oder Kupfer. Die Bronzezeit endete jedoch nicht sofort mit der Erfindung der Eisenverhüttung, da unlegiertes Eisen der Bronze unterlegen war. Die beiden Materialien wurden für gewisse Zeit nebeneinander verwendet, bis der Zusammenhang zwischen Kohlenstoff im Eisen und dessen Eigenschaften näher verstanden wurde (Stahlherstellung). Die viel größere Verfügbarkeit von Eisenerzen und die hervorragenden Eigenschaften des Kohlenstoffstahls dürften die Gründe sein, warum die Bronze an Bedeutung als Werkstoff für Geräte und Waffen verlor.

Verwendung

Türgriffe aus Bronze - Universität Bonn

Traditionelle Anwendungsbereiche

• Große Produktgruppen aus Bronze waren seit dem Mittelalter Glocken einerseits und Kanonen andererseits.
• Das Material wurde schon immer für Kunstgegenstände (Kunstguss) verwendet. An besonderen Gebäuden wurden und werden wertvolle Bronzetüren eingebaut, beispielsweise im Hildesheimer Dom die Bernwardstür.
• Ehrenauszeichnungen, von Denkmälern und Skulpturen bis hin zu Medaillen, werden oft in Bronze gefertigt. Im Sport wird der dritte Platz mit einer Bronzemedaille gewürdigt. Der Sportler erhält dann aber kein Edelmetall im chemischen Sinne.
• In der Musik sind etwa Schlagzeugbecken oder vereinzelt auch die Kessel von Snaredrums aus Bronze.

Heutige technische Anwendungen

Kupfer-Zinn-Legierungen werden in der Technik auch mit weiteren Zusätzen eingesetzt. Der Zusatz von Nickel etwa bewirkt eine höhere Festigkeit und wird für stärker beanspruchte Lager und vor allem in Schneckengetrieben als Schneckenrad eingesetzt; Blei als Zusatz dient der leichteren Zerspanbarkeit und einer besseren Notlaufeigenschaft, da es sich elementar an den Korngrenzen anlagert. Drähte aus Phosphor-Bronze in den Qualitäten CuSn4, CuSn6 oder CuSn8 finden als so genannte Pins Verwendung in Steckverbindern im Elektronikbereich. Teilweise wird dazu die Oberfläche galvanisch beschichtet. Fittings aus Bronze finden Anwendung als Verbindungs- und Anschlussstücke für Rohrleitungen. Zur Herstellung von Propellern für Seeschiffe werden Aluminium-Mehrstoffbronzen verwendet. Binnenschiffspropeller werden auch aus Messinglegierungen gegossen. In der Synthese-Chemie findet Kupferbronze bei der Ullmann-Kupplung Anwendung zur Herstellung von Biarylen.

Siehe auch

• Wolframbronze

Literatur

• Bronze - unverzichtbarer Werkstoff der Moderne. Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf 2003.
• T. L. Kienlin, Frühes Metall im nordalpinen Raum: Eine Untersuchung zu technologischen und kognitiven Aspekten früher Metallurgie anhand der Gefüge frühbronzezeitlicher Beile. Archäologische Informationen 27, 2004, 187-194.

Einzelnachweise

1. ↑ für Analysen früher Bronzen siehe T. L. KIENLIN, COPPER AND BRONZE DURING THE ENEOLITHIC AND EARLY BRONZE AGE: A METALLOGRAPHIC EXAMINATION OF AXES FROM THE NORTHALPINE REGION, Archaeometry 48/3, 2006, 453–468

Weblinks

• Artikel des Deutschen Kupferinstituts (DKI):
  • Bronze, Allgemeines (PDF-Datei)
  • Knetlegierungen (PDF-Datei)
  • Gusslegierungen (pdf)
  • Bronze im Allgemeinen
  • Sonderpublikation Microsite 'Bronze Spezial'
  • Vergleichstool des DKI zur Werkstoffzusammensetzung anhand internationaler Normen
• Material für Kleinplastiken