Decoratie met koper koperlegeringen
Inleiding
Koper en koperlegeringen hebben altijd al een grote bijdrage geleverd in de binnenhuisarchitectuur. Koper en zijn legeringen hebben een natuurlijke kleur, bestaan in uiteenlopende, warme tinten die er samen met het grote gebruiksgemak voor zorgen dat de binnenhuisarchitect over een brede waaier van producten én toepassingsmogelijkheden beschikt.
Koper en zijn legeringen laten zich uitstekend combineren met alle decoratiematerialen zoals steen, hout, baksteen, glasbeton en andere metalen. Hun combinatie brengt comfort, schoonheid en verfijning.
Zowel de utiliteit- als de particuliere woonsector kiezen vaak voor koperlegeringen - en dan vooral messing - omdat die zo functioneel en decoratief zijn.
De voornaamste kwaliteiten
Uiterlijk
Koper is een roodkleurig metaal dat buitengewoon geschikt is om met andere elementen verbonden te worden tot legeringen zoals messing of brons. Messing is een legering van koper en zink die nog andere toegevoegde elementen kan bevatten die haar bepaalde eigenschappen kunnen verlenen. Het zinkgehalte van messing kan variëren van 5 tot 40%. De kleur van messing varieert dan ook van zacht rood tot geel. Geel is de kleur van de meest gebruikte messinglegeringen die 35 tot 40% zink bevatten.
Brons is een legering van koper en tin die ook andere elementen kan bevatten. Het tingehalte in brons kan variëren van 5 tot 10%. Brons heeft een doffe roodbruine kleur die typisch is voor gegoten producten en kunstwerken. De schakeringen gaan van licht bruin voor een legering met weinig tin tot donkerbruin als het tingehalte hoog is.
Oxidatiebestendigheid
Oxidatie doet het oppervlak en het uiterlijk van metalen veranderen. Geen enkel metaal is daar volledig immuun voor, maar het ene metaal is wel wat meer bestand tegen die oxidatie dan het andere. Evenals koperlegeringen is koper heel goed bestand tegen corrosie en slaagt er ook in om die weerstand te behouden. Op de edele metalen na, zijn koper en zijn legeringen de metalen die het minst oxideren.
Hygiëne
In de openbare- en ziekenhuissector worden koper en messing vaak aangeraden vanwege hun bacteriostatische eigenschappen. Voor deurklinken, trapleuningen, voetsteunen, kranen en allerlei onderdelen die regelmatig in contact komen met bacteriën verkiest men doorgaans koper of messing.
De onderzoeken onder leiding van dr. Kuhn aan het Hamot Medical Center ("Doorknobs: a source of nosocomial infection?" in Diagnostic Medical Nov/Dec 83) en de onderzoeken onder leiding van dr. Maule en dr. Keevil aan het Centre for Applied Microbiology and Research ("Survival of a verocytotoxigenic strain of Escherichia coli 0157:H7 on copper surfaces" in het ICA-rapport jul. 1998) bevestigen de voorkeur voor koper en messing ten opzichte van andere materialen in omstandigheden waarin hygiëne een belangrijke rol speelt.
Vervormbaarheid
Producten van koper en koperlegeringen laten zich zeer goed koud- en warmvervormen. Hierdoor zijn ook zeer veel producten voor binnenhuisarchitectuur en decoratie geschikt. In de metaal- en smeedwerknijverheid vormen koper en koperlegeringen het materiaal bij uitstek als het om gebruiksgemak gaat.
De producten - Samenstelling
Koper
In de binnenhuisarchitectuur en decoratie heeft koper doorgaans een gegarandeerd minimaal kopergehalte van 99,9%. Tijdens de fabricage is het koper tegen oxidatie behandeld met behulp van fosfor met als gevolg dat koper erg goed gesoldeerd of gelast kan worden.
Brons
Brons is een legering van koper en tin. Eventueel zijn daar nog andere elementen aan toegevoegd. De categorie van bronzen telt heel wat legeringen, maar veel van die legeringen zijn alleen maar van belang voor de industriële sector. Voor de decoratie gebruikt men vooral brons in de vorm van gewalste en gegoten producten.
Messing
Enkelvoudig messing
Enkelvoudig messing bestaat louter uit koper en zink. Er zijn vier legeringen van enkelvoudig messing die heel veel gebruikt worden: CuZn15, CuZn30, CuZn36 en CuZn40. Elke legering heeft een apart uiterlijk en bezit ook andere technische eigenschappen: mechanische eigenschappen, geschiktheid voor koudvormgeving, gietwerk, machinale bewerking.
CuZn15 heeft een bijzondere gele kleur die sterk op de kleur van goud lijkt. De andere enkelvoudige messingtypes hebben andere geeltinten afhankelijk van het zinkgehalte.
Complex messing
Zo noemt men de messingtypes waarin voor maximaal 3% andere elementen verwerkt zijn. Het gaat daarbij voornamelijk om lood, dat de legering goed verspaanbaar maakt. De meest gebruikte types van complex messing zijn CuZn39Pb2, CuZn40Pb3, CuZn40Al1, CuZn40Al2 en CuZn40Mn1Pb.
De producten - Vormen
Gewalste producten
Dit zijn platte producten in de vorm van platen of band. Platen zijn er in de standaardafmetingen 2000 x 1000 mm of 3000 x 1000 mm en in de standaarddikten 0,5 - 0,8 - 1,5 - 2 en 3 mm.
Band heeft een standaardbreedte tot 400 mm in koper, messing, brons en nikkelzilver. Band van koper en messing is verkrijgbaar in breedtes tot 1000 mm. Er bestaan ook geperforeerde platen, draadvormige platen en gaas.
Staf- profiel- en buisproducten
Het betreft hier ronde, vierkante, zeshoekige en achthoekige staven, platte staven, profielen, holle staven en buizen op lengte. De meest diverse categorie is deze van de profielen, die voornamelijk in messing gemaakt zijn.
De standaardmessingprofielen vormen samen een heel uitgebreid assortiment met producten als hoekprofielen, T-profielen, enz. Dit zijn de basisproducten voor inrichting en decoratie, voor de vervaardiging van uitstalramen, (spiegel)glas, smeedwerk, vloerprofielen of lijsten voor de aansluiting of verbinding van alle vloerbedekkingen, trapleuningen, profielen voor metalen ramen en deuren, voor de omlijsting van vensters, vitrines en glazen deuren, profielen voor meubilair, scharnieren.
Naast de standaardproducten zorgt messing voor heel uitgebreide mogelijkheden om op verzoek profielen op maat te maken op basis van tekeningen. Bij die productie moet men wel rekening houden met de technische mogelijkheden voor het extruderen/trekken van de gevraagde vormen, met de vervaardiging van speciaal gereedschap en met de minimale hoeveelheden om de gevraagde profielen te kunnen produceren.
Gegoten producten
Gegoten producten zijn massieve stukken met complexe vormen. Die zijn rechtstreeks te vervaardigen met technieken door gieting in zand, in coquilles, enz.
In dat opzicht zijn die producten niet meteen interessant voor de binnenhuisarchitectuur. We vinden ze wel terug in toepassingen voor meubilair, smeedwerk, verlichting en decoratieve voorwerpen.
De producten - Fabricage
Koudvervorming
Met de techniek van dieptrekken of forceren verkrijgt men stukken met vormen die doorgaans niet te maken zijn op basis van platte platen.
Met metaalpersing zijn op basis van platte matrijzen stukken met heel verschillende vormen te vervaardigen, terwijl de techniek van uitdrijving zich beperkt ziet tot de fabricage van holle rotatieonderdelen.
De onderdelen worden koud gesmeed. Bijgevolg kan het nodig zijn de stukken tussentijds thermisch te behandelen.
Warmvervorming
Messing met lood en een hoog zinkgehalte is niet erg geschikt voor koudvervorming maar is echter weer veel beter te smeden op hogere temperaturen. Dit procédé noemt warmpersen. Toepassingen zijn o.a. deurklinken of deurplaten, ...
Verspaanbaarheid
Messing met lood vormt het materiaal bij uitstek voor de verspanende bewerking van metalen. De technieken om te boren, zagen, frezen en schroefdraad te snijden/rollen, zijn uitermate geschikt voor dit soort legeringen. Afhankelijk van de precieze samenstelling van de legering, verkrijgt men dan resultaten die geschikt zijn voor een bepaald gebruik. Bij dit assortiment producten zorgt een hoog kopergehalte van ongeveer 63% voor een goede verspaanbaarheid in combinatie met goede vormgevingsmogelijkheden bij koude temperaturen.
Uitvoering
Bewerking
Algemeen genomen zijn koper en alle messingtypes met een hoog kopergehalte (Cu > 63%) erg geschikt om koud vervormd te worden. Het koper laat zich in alle richtingen vervormen, zonder rekening te houden met de walsrichting. De bewerker kan een bepaalde handeling op een fijn werkstuk herhalen zonder het gevaar te lopen dat het metaal breekt.
Soldeer- en laswerk
Alle soldeer- en lastechnieken zijn zonder enige beperking bruikbaar op decoratiekoper en op alle binair messing zonder loodtoevoeging. Messing met lood leent zich uitstekend tot zacht en hard solderen. Het is daarentegen niet zo geschikt om gelast te worden vanwege de hoge temperaturen die de verdeling van de looddeeltjes veranderen waardoor het metaal brozer wordt. Bronzen zijn makkelijk zacht te solderen. Bronzen aan elkaar monteren door hard te solderen of door te lassen, is al wat delicater omdat dan het gevaar bestaat dat het metaal bij hoge temperaturen scheurt. De moderne lastechnieken zoals TIG/MIG kunnen ook toegepast worden voor koper.
Mechanische montage
Alle technieken van mechanische montage zijn toepasbaar op koper en koperlegeringen. Welke techniek men precies kiest, hangt af van het soort uit te voeren werk, van de mechanische weerstand die gewenst is, van de uitzetting, het uiterlijk, enz.
Alle montagetypes voor metalen onderdelen zoals felsen, schroeven, nieten en klinken kunnen worden toegepast.
Lijmen
Bij koper en zijn legeringen bestaan heel wat mogelijkheden om met lijm te werken. Op de tekentafel van de ingenieursbureaus worden de mogelijkheden om te lijmen vaak verwaarloosd, hoewel die onvergelijkbare voordelen bieden, zoals:
- de mogelijkheid om koper te combineren met heel verschillende materialen: metalen, ceramiek, glas, cement, hout, kunststoffen, enz.;
- het zeer eenvoudige proces;
- het gelijmde geheel behoudt gegarandeerd een uiterlijk zonder zichtbare aansluitingen, in tegenstelling tot bepaalde montages met bijvoorbeeld klinknagels.
Het is hoe dan ook belangrijk de montage met lijm uit te voeren op schone, ontvette oppervlakken. Alleen dan is een stabiele en duurzame montage mogelijk en kan het geheel weerstaan aan trekkrachten van tientallen MPa, wat voor de binnenhuisarchitectuur ruimschoots moet volstaan.
Er zijn veel verschillende soorten lijm op de markt. Voorbeelden zijn de één- of tweecomponentenlijmen, fenolharsen, acrylharsen, polyurethaanharsen. Zij onderscheiden zich van elkaar door verschillende verhardingswijzen en mechanische eigenschappen.
Oppervlakbehandelingen
De oppervlakbehandeling van koper en zijn legeringen in de binnenhuisarchitectuur en decoratie is uitermate belangrijk bij het gebruik ervan. Het is de bedoeling van een oppervlakbehandeling om de eigen kenmerken van het metaal aan te vullen met bijkomende eigenschappen, ofwel om het uiterlijk te behouden of te veranderen, of om het materiaal te beschermen tegen slijtage of veroudering.
Eén van de voornaamste kenmerken van koper is dat het bestand is tegen oxidatie. Door het gecumuleerde effect van de tijd en van de stoffen in de lucht ondergaan koper en messing een lichte verandering aan hun oppervlak. Dit is meteen de aanzet van een verschijnsel dat vaak voorkomt bij koper en koperlegeringen in de buitenlucht, en dat patina genoemd wordt. Wanneer het natuurlijke voorkomen van het patina niet gewenst is, moet het oppervlak van het koper en het messing door middel van een gepaste behandeling beschermd worden: bvb. passiveren, het aanbrengen van een metaallaag, kleuren, vernissen. Koper en zijn legeringen lenen zich uitstekend tot een groot aantal oppervlakbehandelingen.
In het assortiment transparante vernissen zijn er producten die voor elk afzonderlijk geval een oplossing bieden. Vaak helpt regelmatig onderhoud het mooiste resultaat te bereiken, zonder dat dit noodzakelijkerwijs de duurste oplossing is. Ook voor de schoonmaak en het onderhoud van koperoppervlakken is er een ruime keuze aan producten voorhanden.
Chemische of mechanische behandelingen
Al vrij snel na de fabricage komt er een dunne oxidatielaag op koper en zijn legeringen. Als men dat proces op zijn beloop laat, vormt die laag het basisbestanddeel voor de vorming van het patina. Soms heeft het oppervlak chemische aantastingen ondergaan waardoor vlekken ontstaan. Om het oppervlak van het metaal er weer als nieuw te laten uitzien of zelfs om het er helder, glanzend of stralend te laten uitzien bestaan er diverse behandelingen. Deze hangen telkens af van de legering, de mate waarin het oppervlak al veranderd is en het uiteindelijke resultaat dat men wil bereiken.
Vaak moet men het oppervlak eerst en vooral ontvetten. Daar bestaan verscheidene methodes voor, afhankelijk van hoe men het vet wil doen verdwijnen, namelijk door oplossing of door ontbinding. De meest gekozen methode is het oplossen van het vet.
Bij beitsen wordt er eigenlijk een zuuraanval op het metaal ingezet. Meestal gebeurt dat door onderdompeling. Er is keuze uit een groot aantal beitsbaden. Een aantal daarvan is bestemd voor de industriële sectoren en vergt bijzondere voorzorgsmaatregelen. Het vaakst gebruikte bad voor de gewone reiniging van geoxideerde oppervlakken werkt met een oplossing met tot 5% verdund zwavelzuur.
Passiveren gebeurt vooral bij messing en houdt in dat men door middel van verchromen een dunne laag op het messing aanbrengt die het tegen oxidatie moet beschermen. Die passiveringslaag beschermt het messing ook tegen slijtage en vormt vaak een grondlaag voor latere bovenlaagbehandelingen.
Polijsten is weer een mechanische behandeling van de oppervlakken met behulp van schuren met telkens een fijnere korrel. Daarna wordt er met polijstpasta's op gepolijst. Zo verkrijgt men een spiegelglad oppervlak.
Elektrochemisch polijsten is een industrieel procédé dat toepasbaar is op onderdelen van messing en brons. Daarbij ondergaat het te polijsten stuk een zuurinbijting en een anodische ontbinding door elektrolyse. Onregelmatigheden en minuscule uitsteeksels op het oppervlak worden opgelost, zodat het oppervlak heel glad en fijn wordt.
Zandstralen met aluminiumoxidekorrels of glasparelen met minuscule glasparels geven het metaal een mat uiterlijk met een satijnglans. Voor een optimaal resultaat moeten die behandelingen bij voorkeur plaatsvinden op vooraf gepolijste oppervlakken. Het voordeel is dat zij een koudsmeding van het metaaloppervlak teweegbrengen, en dat is goed voor de krasbestendigheid of voor de hardheid van het oppervlak.
Borstelen is een mechanische behandeling die voor een zelfde uiterlijk van het oppervlak zorgt als zandstralen, maar hierbij wordt minder metaal afgeschuurd.
Kleur en Patina
De kleur van het koper en zijn legeringen biedt uitgebreide decoratiemogelijkheden. Koper en koperlegeringen kunnen - beter dan de meeste andere metalen - kunstmatig gekleurd worden. Bij kleuren vormt men een oppervlaklaag door middel van chemische reacties waar het basismetaal aan meedoet, samen met oxiden of onoplosbare complexe verbindingen die voor de gewenste tint zorgen.
Voor die chemische reacties hanteert men doorgaans de onderdompelingstechniek. Voor de binnenhuisarchitectuur en decoratie beperkt dat het toepassingsgebied wel. Niettemin zijn bepaalde oplossingen met een kwast of door middel van verstuiving aan te brengen. Om een goed resultaat en een gelijkmatige kleur te verkrijgen, moeten de oppervlakken altijd zorgvuldig schoongemaakt en ontvet zijn.
Door bij de onderdompeling de samenstelling van de baden, de onderdompelingstijd en de temperatuur te variëren, zijn bijna alle tinten van grijs, groen, rood, blauw, geel, bruin en zwart te verkrijgen. Speciale effecten zijn eveneens mogelijk, door vóór het kleuren te borstelen, te beitsen of te polijsten of door na het kleuren te borstelen.
Nadat het oppervlak gedroogd is, laten filmdunne lagen zich erg goed vasthechten. Om de lagen duurzaam te maken, worden die het best beschermd door een vernis.
Het patina vormt een bijzonder kleur. De bedoeling van patina is om het metaal tegelijkertijd een gekleurd en oud aandoend uiterlijk te geven, vaak om na te bootsen wat in de loop der jaren op natuurlijke wijze gebeurt. Men heeft het vaak over patina in verband met de amandelgroene tinten die ontstaan uit de natuurlijke evolutie van koper onder invloed van het aantasten door de buitenlucht. Ook de verschillende tinten zoals donkerbruin, antiek brons, "canon de fusil" zijn heel typische patina's van koper en koperlegeringen. Al die handmatige aangebrachte patina's ontstaan uit een reeks oppervlakbehandelingen die alleen slagen als de vakman over de nodige kennis en ervaring beschikt.
Transparante vernissen
Het oppervlak van het koper, messing of brons vernissen blijft nog altijd de beste manier om het metaal zijn oorspronkelijke natuurlijke kleur te laten behouden of om het uiterlijk te behouden dat na polijsten, zandstralen of keuren verkregen werd. De kwaliteit van vernissen kan worden beoordeeld op basis van de volgende belangrijke kenmerken:
- transparant;
- bestand tegen veroudering;
- bestand tegen lichte vervormingen;
- bestand tegen schokken en schuren;
- bestand tegen bijtende chemische middelen;
- bestand tegen UV-straling;
- bestand tegen vocht.
Het is vrij moeilijk om één vernis te vinden die al deze eigenschappen in zich draagt. Gelukkig is dat niet voor alle toepassingen absoluut nodig. Het buitenvlak van een deur bijvoorbeeld vraagt niet dezelfde bescherming als die van een verlaagd plafond. Daarom is het erg belangrijk eerst de eisen van de te behandelen producten vast te leggen alvorens een beschermend vernis te kiezen.
De decoratievernissen zijn op basis van hun verharding onder te verdelen in twee grote categorieën.
Ten eerste zijn er de vernissen die verharden bij omgevingstemperatuur die zijn opgelost in een oplosmiddel dat vervolgens in de lucht verdwijnt. Droog is dat soort vernis gevoelig voor oplosmiddelen. Aangezien ze vrij broos zijn, kunnen die vernissen enkel dienen voor toepassingen die geen frequente contacten moeten ondergaan.
Er bestaan polymeriseerbare vernissen met verharder. Die bevatten een additief dat de polymerisatie bij omgevingstemperatuur moet vergemakkelijken. In vergelijking met de eerstgenoemde vernissen zijn deze types minder kwetsbaar. Ze zijn vooral heel geschikt voor grote oppervlakken.
Ten tweede zijn er de vernissen die drogen in de oven en die polymeriseren vanaf een temperatuur van 100 à 120°C. Algemeen genomen beschikken deze vernissen over de beste gebruikseigenschappen. Ze zijn vrij hard maar behouden voldoende soepelheid om lichtjes vervormd te kunnen worden. Ze zijn ook erg afschuur- en krasbestendig. Bovendien beschermen ze het metaal heel lang. Voor kleine oppervlakken zijn deze vernissen werkelijk ideaal.
Voor het overige onderscheiden vernissen zich qua aard en samenstelling.
- Nitrocellulosevernissen behoren tot de vaakst gebruikte types. Ze zijn zuinig en makkelijk aan te brengen, zijn gevoelig voor chemische aantastingen.
- Acrylvernissen bestaan in de twee verhardingswijzen (lucht en oven) en zijn geschikt voor alle decoratietoepassingen.
- Acetyl- of butyraatcellulosevernissen hebben eigenschappen die tussen die van de nitrocellulosevernissen en die van de acrylvernissen liggen.
- Epoxyharsen zijn vernissen die polymeriseerbaar zijn bij omgevingstemperatuur. Ze zijn erg bestand tegen slijtage en schuren maar worden als gevolg van het zonlicht wel donkerder van kleur.
- Alkydvernissen drogen in de oven zodat ze bestand zijn tegen krassen en chemische aantastingen.
- Polyurethaanvernissen en siliconen zijn harde en sterke maar dure polymeren.
- Vernissen op basis van fluorpolymeren zijn erg hard na verharding bij omgevingstemperatuur.
Een vernis moet altijd op een schoon en volledig ontvet oppervlak aangebracht worden, voor welk vernistype ook gekozen is. Bij bepaalde toepassingen is het zelfs nodig om het oppervlak eerst nog te polijsten; pas als dat goed gebeurd is, kan het vernissen slagen. Het aanbrengen van het vernis gebeurt met een kwast of door verstuiving.
Bij decoratietoepassingen mogen de vernislagen niet dikker dan 30 micrometer zijn, want boven die 30 micron stellen we weerspiegelingsfouten vast, als gevolg van de lichtbreking in de transparante vernislaag.
Bijzondere behandelingen
Emaillering is een heel oude techniek die regelmatig gehanteerd wordt op koper en koperlegeringen. Daarbij krijgen de te behandelen oppervlakken een verflaag - met een penseel of met zeefdruk - die diverse metaaloxiden, silicaten, carbonaten en andere verbindingen bevat; het voornaamste kenmerk is dat de verflaag smelt bij een temperatuur tussen 600 en 800°C. De af en toe transparante glazige lagen hebben vaak uiteenlopende kleuren, afhankelijk van de samenstelling, zijn erg hechtend en beschermen het koper heel goed. Het enige nadeel is dat de emailafzettingen zodra ze gebakken zijn niet langer eleastisch zijn en niet meer bestand zijn tegen vervormingen.
Chemisch etsen kent een aantal toepassingen voor koper, messing en brons. Er bestaan verscheidene procédés voor, vanaf het alleen besproeien van de oppervlakken met verschillende soorten zuur naar goeddunken van de gebruiker tot het etsen met een graveerstift of met een droge naald, met het oog op een grote precisie en fijne strepen.
Met vuurpatina is een hele reeks gele, rode en zwarte kleuren te verkrijgen die zich kenmerken door hun schaduwachtige uiterlijk, het resultaat van de verbranding van het metaal met een vlam op een gedeoxideerd en ontvet oppervlak. Dat uiteindelijke resultaat hangt af van de richting van de vlam, de intensiteit van de vlam, de tijd dat het metaal aan het vuur blootgesteld werd en de handigheid van de vakman.
Metaalafzettingens
Hoewel koper en zijn legeringen vanwege hun natuurlijke kleur en warmte heel veel gebruikt worden in de binnenhuisarchitectuur, kan het gebeuren dat men beslist het koper- of messingoppervlak te bedekken met een metaalafzetting.
Koper en zijn legeringen lenen zich daar uitstekend toe, want zij vormen een drager waarop de metaalafzetting en haar aanhechting in uitstekende omstandigheden kunnen plaatsvinden. Veel metalen zetten zich op het koper af door harding of door elektrolyse en vormen een duurzame bovenlaag.
Vooral verchromen, vernikkelen, vertinnen, verzilveren en vergulden worden vaak toegepast voor decoratietoepassingen, meestal nadat er eerst voor een onderlaag van nikkel is gezorgd.
Hoe dik de metaalafzetting is, hangt af van het metaal en het procédé in kwestie. Bij vergulding spreken we van enkele tienden van een micrometer; bij vertinning door middel van een klassiek bad gaat het om 7 à 8 micrometer.
Er bestaan ook procédés waarbij de metaallagen tot enkele tientallen micrometer dik zijn, maar dan gaat het wel om typisch industriële toepassingen zoals bijvoorbeeld hard verchromen.
Hoe het metaal er na afloop van de behandeling uitziet, hangt af van de aard van het galvaniseerbad. Zo bestaan er matte baden en glanzende baden; bij die laatste voegt men organische glansmiddelen toe. Tot slot bestaan er nog geavanceerde technieken waarbij de afzetting door middel van fysische en chemische procédés plaatsvindt tijdens een stoomfase; op deze manier kunnen er bepaalde verbindingen op het oppervlak aangebracht worden, iets wat met andere technieken niet lukt.
Eigenschappen van de transparante vernissen
*** uitstekend ** heel goed * matig
