Mosiądz – co to jest, jaka jest jego gęstość, kolor i właściwości

Mosiądz to połączenie cynku i miedzi, o specyficznym pomarańczowożółtym kolorze. W roku 1746 udało się wyodrębnić cynk jako metal czysty, natomiast chwilę wcześniej Szwed – Anton von Swab wydestylował cynk metodą “per ascedium” – destylacji przez wznoszenie. W XVIII wieku pozyskiwano już cynk masowo w Anglii, na Śląsku i Aachen.

Słynny historyk i geograf Strabo (64 r.p.n.e – 23 r.n.e) pisał, że składowe niezbędne do wytworzenia mosiądzu posiadał tylko “Cypryjski kruszec”. Wspomniał i o istnieniu tajemniczego minerału, który w trakcie spalania zamienia się w metal, a gdy jest topiony w piecu z odpowiednimi składnikami, zamienia się w “fałszywe srebro”. Mowa oczywiście, o cynku, który po stopieniu z miedzią, przechodzi w mosiądz.

Uważa się, że za panowania Cesarza Augusta w Rzymie, mosiądz produkowany był przez mieszanie i podgrzewanie krzemianu cynku, węgla drzewnego i granulatu miedzi. Zaobserwowano, że proces zachodził właściwie, jeśli temperatura była niższa od punktu termicznego topnienia miedzi. Gdy pary cynkowe poczynały już reagować z miedzią, stopniowo zwiększano temperaturę podgrzewania. Tak powstawał pierwszy w historii, mosiądz. Ponieważ do złudzenia przypomina złoto, zaczęto go wykorzystywać do imitacji metalu szlachetnego.

Co to jest mosiądz?

Mosiądz to stop cynku i miedzi. Jego barwa zależna jest od procentowej zawartości cynku czy domieszek innych metali. Najczęściej mosiądz zawiera ok.10-45% cynku, a pozostałą część stanowią miedź oraz ołów, glin, cyna, żelazo, mangan, chrom lub krzem. Stop zawierający do 14% cynku przybiera barwę czerwoną. Zwiększenie udziału cynku nadaje mu koloru żółtego, a przy zawartości 20-30% cynku, staje się jasnożółty. Jeśli nadal będziemy zwiększać procentową zawartość cynku, ponownie uczynimy go czerwonym. Odcień mosiądzu wiele może nam powiedzieć o procentowym udziale w nim danego pierwiastka. Wyróżnia się kilka typów mosiądzów, a najważniejsze z nich to:

  • mosiądz czerwony – zawiera powyżej 80% miedzi. Zaliczamy tu tombak (stop zawierający także ołów), mannheimskie złoto (obecna cyna), oreida (zawiera cynk, magnezję, domieszkę salmiaku, wapnia i winianu potasu). 
  • leizna żółta lub tzw. “mosiądz właściwy” – zaliczamy tu aichę (połączenie miedzi, cynku i żelaza) – ten stop jest bardzo twardy i wytrzymały, metal Gedgego – jeszcze twardszy niż pozostałe, odporny na słoną, morską wodę, złoto mojżeszowe, alpakę (połączenie cynku, miedzi, niklu).
  • leizna biała – w tym stopie przeważa cynk, a miedź stanowi zaledwie kilkanaście procent.

Gęstość mosiądzu

Stopem mającym dobrą ciągliwość, dobre właściwości plastyczne i przez to będącym chętnie wykorzystywanym w odlewnictwie jest mosiądz. Gęstość jego pozostawia jednak, wiele do życzenia. Ta wartość waha się w przedziale 8,44-8,75 g/cm sześcienny. W praktyce oznacza to, że miedź jest cięższa niż stal. Porównując bryłę stali i bryłę miedzi tej samej wielkości, doszlibyśmy do wniosku, że bryła miedzi jest cięższa. Może to przeszkadzać przy niektórych zastosowaniach.

Kolor mosiądzu

Połączeniem metali przyjmującym kolory od czerwonego przez żółty po biały, który czasami przypomina 14- lub 20-karatowe złoto jest mosiądz. Kolor wynika z zawartości w stopie miedzi, ołowiu, glinu, cyny, manganu, żelaza, chromu lub krzemu. Przy niskich zawartościach cynku, barwa mosiądzu zbliża się do naturalnego koloru miedzi. Oreida przypomina 14-karatowe złoto. Jest to połączenie cynku, magnezji, salmiaku, wapnia, winianu potasu. Oreida należy do grupy mosiądzów czerwonych. Złoto mojżeszowe wygląda z kolei, jak 20-karatowe złoto i jest mieszanką cynku, miedzi i niklu. Należy do grupy mosiądzów właściwych. 

Właściwości mosiądzu

Mosiądz właściwości
Jakie są właściwości mosiądzu?

Odporny na korozję stop cynku i miedzi, wysoce ciągliwy i stosunkowo łatwy do obróbki plastycznej to mosiądz. Właściwości fizyczne i chemiczne są w znacznej mierze zależne od procentowego udziału miedzi / cynku oraz od dodatków stopowych. Zgodnie z podziałem opartym na ilości i rodzaju dodatków, wyróżnia się:

  • mosiądz dwuskładnikowe – zawierają wyłącznie cynk i miedź, w różnej procentowej zawartości poszczególnych składników. Są wysoce podatne na obróbkę plastyczną na zimno i łatwo dają się lutować. Są odporne na korozję naprężeniową. Wraz z procentowym udziałem cynku rośnie ich twardość i wytrzymałość. Do bardzo wytrzymałych stopów należy aicha i metal Gedgego. Ponieważ jest odporny na działanie morskiej wody, wykorzystywano go do budowy statków.
  • mosiądze ołowiowe – są wykorzystywane do produkcji metodą skrawania. Ołów, ponieważ jest dość miękkim pierwiastkiem, dodaje się go w celu polepszenia skrawalności.
  • mosiądze specjalne – mają wysoki procentowy udział cyny, aluminium i krzemu. Są odporne na korozję.
  • mosiądze wysokoniklowe – to stopy cynku, miedzi i niklu. Z uwagi na kolor srebrzysty, często nazywane są “nowym srebrem” i wykorzystywane przez zakłady jubilerskie. Cechuje je wysoka sprężystość i oporność na korozję.

Właściwości zdrowotne mosiądzu

Mosiądz praktycznie jest pozbawiony jakichkolwiek prozdrowotnych właściwości. Jego obecność w najbliższym otoczeniu nie pozostaje jednak, bez wpływu na zdrowie człowieka. Dlaczego? Jednym z najpowszechniejszych stopów miedzi wykorzystywanych do produkcji instalacji jest mosiądz. Właściwości zdrowotne nie mają tutaj prawa bytu, istnieją za to zagrożenia! Dlaczego?

Mosiądz to połączenie miedzi z cynkiem. Ten drugi, sprawia, że jest o wiele bardziej twardy i wytrzymały niż zwykła miedź, a przy tym w formie płynnej staje się rzadki, w związku z czym, można wykonać z niego naprawdę precyzyjne odlewy. O ile, elementy instalacji, która doprowadza wodę pitną, zawierają stop miedzi i cynku, zagrożenia nie ma, ale, jeśli, do budowy instalacji wykorzystano tzw. “oszukany mosiądz”, zagrożenie jest spore. Wspomniany “oszukany mosiądz” to stopy zawierające domieszkę metali lekkich, np. ołowiu. W trakcie korzystania mogą uwalniać się z instalacji jony ołowiu.

Mosiądze, które wykorzystywane są do budowy instalacji doprowadzających wodę pitną, powinny posiadać jeszcze jedną szczególną właściwość – odporność na odcynkowanie. Jest to rodzaj korozji stopów, która zachodzi w roztworach zawierających chlor. Cynk ulega wówczas rozpuszczeniu i przedostaje się do roztworu. Miedź pozostaje wtedy w postaci gąbczastej, co dodatkowo potęguje korozję. Odcynkowanie nie wywiera wpływu na kształt przedmiotu, ale za to znacznie obniża jego wytrzymałość. 

Czynniki wrażliwości mosiądzu na odcynkowanie:

  • niska procentowa zawartość miedzi w stopach
  • woda o niskim pH (wody kwaśne)
  • wysoka temperatura pracy instalacji

Ryzyko odcynkowania w dużym stopniu zależy od rodzaju stopu jakiego użyto do budowy. Warto jednak wiedzieć, że blisko 80% wód płynących w polskich wodociągach jest w stanie wywołać odcynkowanie! Poza tym, mosiądze ulegają niszczeniu również z powodu tzw. “korozji naprężeniowej”, powodującą pękanie elementów typu zawory czy kształtki. Naprężenia mogą powstawać już na etapie montażu instalacji, jak i później.

Najbardziej niebezpiecznym dla zdrowia pierwiastkiem, który może uwolnić się z mosiężnych rur, jest ołów. Zatrucie ołowiem przyczynia się do nieuleczalnej choroby, rzutującej na całe życie – ołowicy. Ołów z łatwością przenika z krwi do kości i innych tkanek. Objawy uzależnione są od poziomu zatrucia. W najlepszym przypadku dochodzi do obniżenia IQ, zdolności uczenia i zapamiętywania, zaburzeń wzrokowych, słuchowych, koordynacji ruchowej, mowy. Pojawiają się również objawy ADHD u dzieci. Ponadto, dochodzi do zaburzeń produkcji hemoglobiny i spowolnienia metabolizmu witaminy D3. Pojawiają się chroniczne drżenia i przewlekłe zmęczenie, którym towarzyszą bóle mięśni. Z czasem przychodzą bóle głowy i stawów. Objaw “rąbka ołowiczego” dotyczy ciężkiego zatrucia. Zwykle towarzyszą mu drżenia, encefalopatia, nefropatia które zwiastują niedaleką śmierć. Ołów odkłada się w kościach, nerwach i mózgu.

Współcześnie zawartość ołowiu w wodzie pitnej nie powinna przekraczać 0,01 mg/l. Producenci armatury zmuszeni są do produkcji wyłącznie produktów bezołowiowych.

Temperatura topienia mosiądzu

Zależnie od obecności składników w stopie, różną temepraturę topnienia może mieć mosiądz. Temperatura topnienia stopu zawierającego 69 % miedzi i 31% cynku wynosi 900-940 stopni Celsjusza. Właściwości mosiężne łatwo jest zmienić dokonując zmiany w proporcjach miedzi i cynku. Nietrudno jest zatem, wyprodukować mosiądz twardy lub miękki. Wystarczy zastosować odpowiednią recepturę, stworzoną w celu osiągnięcia konkretnych właściwości. Warto też wiedzieć, że istnieje coś takiego jak spawanie mosiądzu, ale o tym przeczytasz w naszym innym artykule.

Zastosowania mosiądzu

Zastosowanie mosiądzu
Jakie jest zastosowanie mosiądzu?

Znany od starożytności mosiądz, ma szereg zastosowań prawie w każdej gałęzi przemysłu. Wykorzystywanie stopu jest oczywiście, zależne od jego składu chemicznego. Spotyka się go praktycznie na każdym kroku – w budownictwie, w elektronice, elektrotechnice, motoryzacji, w budowaniu statków i przemyśle chemicznym. Służy jako surowiec w budowaniu instalacji wodnych, rur, armatur, a także amunicji i sprzętu odpornego na działanie słonej wody morskiej. Produkty mosiężne to także instrumenty muzyczne, medale, naczynia, pomniki, puchary i monety. Ponadto, nie zapominajmy, że ma je każdy majsterkowicz w swym garażu – mosiądz to też śrubki, nakrętki, podkładki, kształtki, gwinty, kłódki, odważniki.

Dowiedz się jak czyścić mosiądz w kilku prostych krokach w naszym najnowszym artykule.

Jak rozpoznać mosiądz?

Stosunkowo łatwo jest pomylić wartościową miedź z mniej wartościowym mosiądzem czy brązem. Jak je zatem, odróżnić?

Mosiądz jest mieszaniną miedzi i cynku, zapewne dlatego, jest pozbawiony koloru i połysku, które są specyficzne dla czystej miedzi, jaka dodatkowo posiada lekko brązowe, rustykalne wykończenie. Dobrze wiedzieć, że miedź to świetny przewodnik ciepła, dobry przewodnik prądu, jest odporna na korozję i łatwo daje stopy. Ponadto, jest niemagnetyczna! Uwaga, mosiądz może być lekko magnetyczny, ale nie musi! Wszystko zależy od procentowej zawartości składników w stopie. Jest przewodnikiem cieplnym i elektrycznym, ale w mniejszym stopniu niż miedź! Próbując rozpoznać mosiądz najlepiej jest skupić się na właściwościach fizycznych (kolor) i połysk (miedź ma większy). Pozostałe właściwości zależą od zawartości konkretnych składników w stopie.

Jak rozpoznać mosiądz i odróżnić od innych metali
Jak rozpoznać mosiądz i odróżnić od innych metali?

Jak odróżnić mosiądz od brązu?

Mosiądz to połączenie miedzi i cynku. Stop jest wytrzymały, podatny na plastyczną obróbkę w zimnie i odporny na korozję. Brąz z kolei, to związek cyny, fosforu i miedzi. Jest znacznie trwalszy niż mosiądz. Skład procentowy stopów, nadaje im szczególnych właściwości. Brąz jest odporniejszy na zniszczenia, łatwo daje się obrabiać i jest wysoce odporny na zużycie. Zarówno jeden, jak i drugi stop mogą przybierać różne kolory.

Brąz ma na ogół czerwonawo – brązowy kolor, a mosiądz jest raczej złotawy z matowym wykończeniem.Temperatura topnienia mosiądzu waha się w zakresie 900-940 stopni Celsjusza, w zależności od udziału poszczególnych pierwiastków. Jest zdecydowanie bardziej ciągliwy niż brąz. Brąz jest znacznie bardziej twardy i kruchy, natomiast temperatura jego topnienia wynosi ok. 950 stopni Celsjusza.

Czy mosiądz rdzewieje?

Czy mosiądz rdzewieje
Czy mosiądz rdzewieje pomimo posiadania domieszek miedzi?

Rdza to produkt utleniania żelaza i jego stopów. Określenie “rdza” bywa potocznie używane też względem produktów utleniania innych metali i ich stopów. Fachowo proces niszczenia metali oraz ich połączeń, nazywa się “korozją”. Mosiądz, jak najbardziej podlega procesowi korozji – odcynkowaniu. Mimo, że mosiądz wykazuje sporą odporność na niszczenie, miękka woda, kwaśne pH, środowisko chloru, sprzyjają odcynkowaniu. Ponadto, istnieje też tzw. “korozja naprężeniowa”, czyli sezonowa. Powstaje na skutek oddziaływania niekorzystnych warunków środowiskowych z naprężeniami mechanicznymi.