Μπρούντζος

Ο μπρούντζος ή μπρούτζος (στην ελληνιστική κοινή και στην καθαρεύουσα: κρατέρωμα) είναι κράμα χαλκού–κασσιτέρου, αν και ο όρος χρησιμοποιείται και για πολλά άλλα κράματα χαλκού.

Αντίγραφο αρχαίου ελληνικού δίσκου φτιαγμένο από μπρούντζο (5,7 κιλά). Γλυπτοθήκη του Μονάχου.

Συχνά ο μπρούντζος συγχέεται με τον ορείχαλκο, που είναι κατά βάση κράμα χαλκού–ψευδαργύρου. Η σύγχυση στην αδιάκριτη χρήση της λέξης μπρούντζος τόσο για μπρούντζους, όσο και για ορείχαλκους δεν γίνεται μόνον στα ελληνικά, αλλά και σε άλλες γλώσσες όπως π.χ. στα αγγλικά, όπου ο μπρούντζος (κρατέρωμα) αποκαλείται bronze και ο ορείχαλκος αποκαλείται brass. Αυτό συμβαίνει επειδή συνήθως η διάκριση γίνεται κυρίως με βάση το χρώμα: στη γλώσσα της αγοράς, «μπρούντζοι» αποκαλούνται τα πιο καφεκόκκινα κράματα χαλκού, ενώ τα κράματα χαλκού με χρώμα κιτρινόχρυσο αποκαλούνται ορείχαλκοι.

Ιστορικά, ο μπρούντζος ανακαλύφθηκε πολύ πριν από τον ορείχαλκο. Ο μπρούντζος ανακαλύφθηκε γύρω στο 4000 π.Χ. στη Μεσοποταμία, ενώ ο ορείχαλκος ανακαλύφθηκε γύρω στο 2ο αι. π.Χ. από τους Ρωμαίους με την αναγωγή μεικτών μεταλλευμάτων χαλκού–ψευδαργύρου.

Ο μπρούντζος στην αρχαιότητα

Αρχαιολογικές έρευνες στη Μικρά Ασία, τη Μεσοποταμία και την Περσία δείχνουν ότι ο άνθρωπος έφτιαξε το πρώτο κράμα μπρούντζου γύρω στο 4000 π.Χ. — τυχαία, όπως συνέβη με όλες τις πρώτες επιστημονικές ανακαλύψεις — όταν προσπάθησε να εξάγει χαλκό, του οποίου την παραγωγή και κατεργασία τη γνώριζε ήδη, από μεταλλεύματα που περιείχαν και σημαντικό ποσοστό αρσενικού. Το αποτέλεσμα της αναγωγής αρσενικούχων χαλκομεταλλευμάτων ήταν η παραγωγή αρσενικούχου μπρούντζου με 2–3% κ.β. As.

Περίπου 2000 χρόνια αργότερα, γύρω στο 2000 π.Χ., πάλι στη Μεσοποταμία, ο άνθρωπος ανακάλυψε πως μπορούσε να παράγει έναν πιο ανθεκτικό μπρούντζο με την ταυτόχρονη σύντηξη και αναγωγή μεταλλευμάτων χαλκού και κασσίτερου. Όμως τα ορυκτά του κασσίτερου δεν βρίσκονται στη φύση μαζί με ορυκτά του χαλκού. Τα μεταλλεύματα κασσίτερου για την πρώτη παραγωγή μπρούντζου στη Μεσοποταμία προήλθαν μάλλον από το σημερινό Αφγανιστάν, αν και ορισμένα αρχαία μεταλλεία κασσίτερου έχουν εντοπιστεί στη Μικρά Ασία.

Η έλλειψη μεταλλευμάτων κασσίτερου κατά την πρώιμη αρχαιότητα (1000 π.Χ.) οδήγησε Έλληνες και Φοίνικες εμπόρους μέχρι την Ιβηρική και τις μυθικές «Κασσιτερίδες νήσους» (Ηρόδοτος, Ἱστορίαι, ΙΙΙ.115.1–2). Κατά μία εκδοχή, οι Κασσιτερίδες νήσοι συμπίπτουν με την περιοχή της Κορνουάλης στο ΝΔ άκρο της Μεγάλης Βρετανίας όπου υπήρχαν τα πιο πλούσια κοιτάσματα κασσίτερου της Ευρώπης. Εικάζεται επίσης ότι ο άνθρωπος ανακάλυψε τον σίδηρο, όταν ο κασσίτερος και ο μπρούντζος είχαν γίνει δυσεύρετοι και ακριβοί. Μάλιστα, τα πρώτα αντικείμενα που κατασκεύασε ο άνθρωπος από σφυρήλατο σίδηρο ήταν ίσως πιο μαλακά από τον μπρούντζο. Αργότερα, με την ανακάλυψη του χάλυβα ο άνθρωπος μπόρεσε να φτιάξει αντικείμενα πιο σκληρά από τον μπρούντζο.

Σύσταση και ιδιότητες

Ο κοινός μπρούντζος

Το διάγραμμα φάσεων Cu–Sn (μπρούντζος).

Η περιεκτικότητα του μπρούντζου σε κασσίτερο καθορίζει και τις ιδιότητες του κράματος. Για περιεκτικότητα έως 10,5% κ.β. Sn, η φάση που δημιουργείται είναι ο α-Cu, δηλ. ένα στερεό διάλυμα Sn εντός Cu. Για περιεκτικότητα 10,5–15% κ.β. Sn, δημιουργείται η φάση δ, που είναι εύθραυστη. Πάντως, για περιεκτικότητα μεγαλύτερη από 15% κ.β. Sn το κράμα γίνεται πιο εύτηκτο.

Στους συνήθεις μπρούντζους, η περιεκτικότητα σε κασσίτερο κυμαίνεται από 0,5 έως 11% κ.β. Σ' αυτούς τους μπρούντζους, συνήθως προστίθεται και φώσφορος από 0,01 έως 0,35% κ.β. για καλύτερη αντοχή στη μηχανική φθορά και για μεγαλύτερη σκληρότητα. Επίσης, στον κοινό μπρούντζο (αγγλικά: combro bronze) συχνά προστίθεται και μόλυβδος (έως 3% κ.β.). Ο μόλυβδος κατακρημνίζεται στα όρια των κόκκων α, οπότε το κράμα γίνεται πιο μαλακό στην κατεργασία. Η παρουσία του μολύβδου κάνει επίσης το κράμα πιο εύτηκτο.

Άλλα είδη μπρούντζου

Εκτός από τον κοινό μπρούντζο (κράμα Cu–Sn), υπάρχουν και οι μπρούντζοι αλουμινίου, που περιέχουν 9–12% κ.β. Al, και Fe και Ni έως 6% κ.β. συνολικά. Δεν περιέχουν κασσίτερο, αλλά μοιάζουν στο χρώμα με τον κοινό μπρούντζο.

Για περιεκτικότητα σε αλουμίνιο μικρότερη από 11% κ.β., η κύρια φάση του κράματος είναι ο α-Cu. Ο σίδηρος και το νικέλιο σχηματίζουν με το αλουμίνιο τη φάση κ και έτσι εμποδίζεται ο σχηματισμός της πιο σκληρής και εύθραυστης φάσης β. Το αποτέλεσμα είναι το κράμα να έχει υψηλή μηχανική αντοχή, καλή ολκιμότητα, καθώς και εξαιρετική αντοχή στην τριβή και τη χημική διάβρωση. Η φάση β σχηματίζεται όταν το κράμα πάθει απότομη ψύξη, δηλαδή με «βαφή» που επιφέρει μαρτενσιτικό μετασχηματισμό. Σε μια τέτοια περίπτωση, απαιτείται επαναφορά για να διασπασθεί η φάση β σε φάση α και φάση κ.

Ο όρος μπρού(ν)τζος χρησιμοποιείται επίσης για κράματα χαλκού–νικελίου (χαλκονικέλιο) και χαλκού–πυριτίου (χαλκοπυρίτιο), καθώς και για ορισμένους τύπους ορείχαλκου («εμπορικός μπρούντζος», «μπρούντζος κοσμηματοποιίας», «αρχιτεκτονικός μπρούντζος», κ.ά.).

Χρήσεις

Ο μπρούντζος χρησιμοποιείται στη γλυπτική, την κατασκευή μεγάλων χυτών αντικειμένων (π.χ. καμπάνες εκκλησιών, κανόνια, κ.λπ.), τη νομισματοκοπία, την κατασκευή εξαρτημάτων μηχανών, την κατασκευή ελατηρίων, κ.ά.. Παλαιότερα, ένας τύπος μπρούντζου με ψευδάργυρο (10–14% κ.β. Sn, 2–3% κ.β. Zn, 0–0,8% κ.β. P), που στα αγγλικά ήταν γνωστό ως red brass ή gunmetal, χρησιμοποιούνταν στην κατασκευή όπλων επειδή είναι πολύ ανθεκτικό. Το κράμα αυτό, που στα ελληνικά έγινε γνωστό ως ερυθρός ορείχαλκος ή ορείχαλκος πυροβόλων, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στη γλυπτική, στην κατασκευή φθηνών ωρολογιών, κουμπιών, κ.λπ.. Σε σύγκριση με τους ορείχαλκους («εμπορικός μπρούντζος», κ.ά.), ο μπρούντζος παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή στη μηχανική φθορά και στη χημική διάβρωση. Ωστόσο, είναι πιο σκληρός και έχει υψηλότερο κόστος αγοράς.

Μικροφωτογραφία μπρούντζου CuSn11 (11% Sn) με χαρακτηριστική δενδριτική δομή (μεγέθυνση 50 με 100 φορές περίπου).

Το κράμα που είναι γνωστό ως πιούτερ, λευκό μέταλλο Βίκερς ή βρετανικό μέταλλο (αγγλ. pewter, Vickers white metal, Britannia (sic) metal· γαλλ., peautre, métal blanc, laiton blanc, Britannium (sic)· γερμ., hartzinn, Britanniametall) και που χρησιμοποιούνταν στην κατασκευή οικιακών σκευών (κουτάλια, πιάτα, κ.λπ.), είναι σχεδόν καθαρός κασσίτερος (85–99% κ.β.) με μικρές προσμίξεις από αντιμόνιο (1–8% κ.β.) και χαλκό (0,35–3% κ.β.). Οι προσμίξεις προσδίνουν σκληρότητα στο κράμα. Παλαιότερα στο κράμα πιούτερ έβαζαν και μόλυβδο (έως και 15% κ.β.) για να διατηρεί το μέταλλο τη λάμψη του. Σήμερα το κράμα πιούτερ χρησιμοποιείται για την παρασκευή μικρών διακοσμητικών αντικειμένων, ενώ αντί για μόλυβδο προστίθεται βισμούθιο, επειδή ο μόλυβδος προκαλεί σοβαρές ασθένειες στον άνθρωπο.

Τυποποίηση

Η τυποποιημένη κατά UNS αρίθμηση των μπρούντζων είναι:

• C5xxxx: Cu–Sn–P
• C60600–C64200: Cu–Al
• C64700–C66100: Cu–Si
• C7xxxx: Cu–Ni

Δείτε επίσης

• ορείχαλκος

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Copper Development Association UK, "For Information on Copper and Copper Alloys" (Αγγλικά) (εξαιρετική πηγή πληροφοριών).
• MatWeb: "Copper and Copper Alloys (Brass, Bronze)" (Αγγλικά).
• Canadian Copper & Brass Development Association (Αγγλικά), (Γαλλικά).