Cos'è il rame
Il rame è un metallo bruno-rossastro-utilizzato fin dall'antichità. È malleabile e duttile, il che significa che può essere piegato e formato senza fratturarsi, e ha un'eccellente conduttività elettrica e termica, che lo rende il materiale di riferimento per conduttori elettrici e scambiatori di calore. Una superficie di rame puro appena esposta è di colore rosato-arancione e nell'aria forma gradualmente un ossido o patina protettiva che conferisce al metallo una buona resistenza alla corrosione atmosferica.
Commercialmente il metallo viene fornito come rame elettrolitico tenace, rame disossidato al fosforo- o rame privo di ossigeno-e ciascuno di questi gradi è definito da uno standard come ASTM B152 per lamiere, nastri e piastre o ASTM B75 e ASTM B88 per tubi e tubature.
Cos'è il nichel
Il nichel è un metallo bianco argentato- con una leggera sfumatura dorata, più duro del rame ma comunque abbastanza malleabile da poter essere coniato in monete o trasformato in gioielli e ferramenta. Ha un punto di fusione molto più elevato rispetto al rame e forma una sottile pellicola superficiale passiva che gli conferisce un'utile resistenza a molti mezzi corrosivi, in particolare agli alcali. A causa di questa combinazione, il nichel viene utilizzato come elemento di lega piuttosto che come metallo strutturale nella maggior parte delle applicazioni.
Confronto testa-a-testa
| Proprietà | Rame | Nichel |
|---|---|---|
| Colore | Da rossastro-marrone a rosato-arancione quando è pulito | Bianco argenteo-con una leggera sfumatura dorata |
| Simbolo chimico e numero atomico | Cu, 29 | Ni, 28 |
| Densità | circa 8,96 g/cm³ | circa 8,90 g/cm³ |
| Punto di fusione | circa 1083 gradi | circa 1455 gradi |
| Conduttività elettrica | circa 59,6 milioni di S/m, il riferimento IACS al 100%. | circa 14,3 milioni di S/m, circa un quarto del rame |
| Conduttività termica | circa 390 W/(m·K) | circa 90 W/(m·K) |
| Durezza | Morbido, circa 3 della scala Mohs | Più difficile, circa 4 sulla scala Mohs |
| Comportamento alla corrosione | Ossido o patina protettiva, ottima in atmosfera e in acqua | Pellicola passiva, buona negli alcali, attaccata dai mezzi contenenti zolfo- |
| Usi tipici | Cablaggi, sbarre, impianti idraulici, coperture, scambiatori di calore | Acciaio inossidabile, placcatura, conio, batterie, magneti, superleghe |
La differenza pratica più grande è il colore, motivo per cui i due metalli sono facili da distinguere a occhio. Il secondo è la conduttività elettrica: il rame trasporta circa quattro volte la corrente del nichel per la stessa sezione trasversale-, quindi il nichel non viene mai utilizzato come conduttore laddove il rame è disponibile. Il terzo è la resistenza alla temperatura: il nichel mantiene la resistenza utile molto al di sopra dell'intervallo di rammollimento del rame.
Corrosione e comportamento in servizio a confronto
Il rame viene utilizzato all'aperto e nei sistemi idrici perché la pellicola che si forma sulla sua superficie è stabile e autoriparante. Il nichel si comporta diversamente: dipende da una pellicola passiva che è molto efficace in ambienti fortemente alcalini ma è meno stabile in atmosfere contenenti zolfo, motivo per cui le parti nichelate- sono protette con un rivestimento superiore in ambienti industriali aggressivi. Nell'acqua di mare corrente nessuno dei due metalli puri è ideale da solo, il che porta direttamente alla famiglia delle leghe descritta di seguito.
La risposta pratica: leghe di rame-nichel
La maggior parte degli utenti industriali non sceglie affatto tra rame e nichel; scelgono una miscela controllata dei due. L'aggiunta di nichel al rame aumenta la robustezza e migliora notevolmente la resistenza al flusso dell'acqua di mare, pur mantenendo una conduttività termica sufficiente per essere utile nel trasferimento di calore.
C70600 rame-nichel 90/10è il materiale standard per tubazioni e tubi del condensatore dell'acqua di mare, utilizzato nelle centrali elettriche, negli impianti di desalinizzazione e nei sistemi di bordo.
C71500 rame-nichel 70/30offre una maggiore resistenza all'erosione e all'urto e viene utilizzato dove la velocità dell'acqua e i solidi sospesi sono maggiori.
Leghe di alpaccacontenenti rame, nichel e zinco combinano un aspetto argentato con una buona formabilità e vengono utilizzati per parti di strumenti, posate e monete.
Aggiunte di nichel nell'acciaio inossidabiledell'ordine dell'8-14% stabilizzano la struttura austenitica di qualità come 304 e 316, che rappresentano un utilizzo importante di nichel in volume.
Lo scambiatore di calore e il tubo del condensatore della famiglia del rame-nichel sono conformi alla norma ASTM B111/B111M, dove vengono definiti la lega, lo stato d'animo e le dimensioni esatte per il servizio in questione.
Guida alla selezione e sostenibilità
Scegli il rame dove la conduttività elettrica o termica è il requisito fondamentale.
Scegli il nichel o una lega contenente nichel-dove è necessaria resistenza alle alte temperature, servizio alcalino o una specifica proprietà magnetica o elettrochimica.
Scegli una lega di rame-nichel in cui è coinvolta acqua di mare o acqua di raffreddamento salmastra e sono richiesti sia resistenza alla corrosione che trasferimento di calore.
Ricorda che entrambi i metalli sono prodotti da minerali naturali e possono essere riciclati indefinitamente senza perdere le loro proprietà, motivo per cui entrambi mantengono un elevato valore di rottame a fine vita.
Domande frequenti
D: Qual è la differenza principale tra rame e nichel?
Colore e conduttività. Il rame è rossastro ed è il conduttore elettrico standard, mentre il nichel è bianco argenteo-, molto più duro, fonde a una temperatura più elevata e trasporta solo circa un quarto della corrente del rame per la stessa sezione trasversale-.
D: Quale metallo ha un punto di fusione più alto?
Nichel, a circa 1455 gradi, rispetto a circa 1083 gradi del rame.
D: Il nichel è un conduttore migliore del rame?
No. Il rame ha una conduttività elettrica di circa 59,6 milioni di Siemens al metro, che è la base del riferimento IACS al 100%, mentre il nichel raggiunge solo circa 14,3 milioni di Siemens al metro.
D: Perché rame e nichel vengono combinati nelle leghe?
La combinazione conferisce una robustezza maggiore e una resistenza molto migliore al flusso dell'acqua di mare rispetto al rame puro, pur mantenendo un'utile conduttività termica. I gradi di rame-nichel rappresentano quindi la scelta standard per i tubi condensatori delle centrali elettriche e marine.
D: Quale standard copre i tubi del condensatore in rame-nichel?
ASTM B111/B111M copre tubi per condensatori senza saldatura e ghiere in rame e leghe di rame, compresi i gradi di rame-nichel 90/10 e 70/30.
D: Il rame e il nichel sono riciclabili?
SÌ. Entrambi sono prodotti da minerali naturali e possono essere riciclati ripetutamente senza perdere le loro proprietà, ed entrambi hanno un elevato valore come rottami.
