Messing
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Messing ist eine Legierung aus Kupfer (Cu) und Zink (Zn), deren Anteile variiert werden können, um unterschiedliche mechanische, elektrische und chemische Eigenschaften zu erzielen. Es handelt sich um eine Substitutionslegierung: Atome der beiden Bestandteile können sich innerhalb derselben Kristallstruktur gegenseitig ersetzen. ⓘ
Messing ähnelt der Bronze, einer weiteren kupferhaltigen Legierung, bei der Zinn anstelle von Zink verwendet wird. Sowohl Bronze als auch Messing können auch geringe Anteile einer Reihe anderer Elemente enthalten, darunter Arsen (As), Blei (Pb), Phosphor (P), Aluminium (Al), Mangan (Mn) und Silizium (Si). Historisch gesehen war die Unterscheidung zwischen den beiden Legierungen weniger einheitlich und klar, und in der modernen Praxis in Museen und in der Archäologie werden beide Bezeichnungen für historische Objekte zunehmend zugunsten der allgemeineren Bezeichnung "Kupferlegierung" vermieden. ⓘ
Messing ist aufgrund seines glänzenden, goldähnlichen Aussehens seit langem ein beliebtes Dekorationsmaterial und wird für Schubladengriffe und Türknäufe verwendet. Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes, seiner guten Bearbeitbarkeit (sowohl mit Handwerkzeugen als auch mit modernen Dreh- und Fräsmaschinen), seiner Langlebigkeit und seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit wurde es auch häufig zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen verwendet. ⓘ
Messing wird nach wie vor häufig für Anwendungen verwendet, bei denen Korrosionsbeständigkeit und geringe Reibung erforderlich sind, z. B. für Schlösser, Scharniere, Zahnräder, Lager, Munitionsgehäuse, Reißverschlüsse, Klempnerarbeiten, Schlauchkupplungen, Ventile und elektrische Stecker und Buchsen. Es wird in großem Umfang für Musikinstrumente wie Hörner und Glocken verwendet und dient auch als Ersatz für Kupfer bei der Herstellung von Modeschmuck, Modeschmuck und anderen Schmuckimitaten. Die Zusammensetzung von Messing, im Allgemeinen 66 % Kupfer und 34 % Zink, macht es zu einem günstigen Ersatz für kupferhaltigen Schmuck, da es eine größere Korrosionsbeständigkeit aufweist. Messing eignet sich nicht für Gegenstände wie Schiffsschrauben, da das Zink mit den Mineralien im Salzwasser reagiert und poröses Kupfer zurücklässt. Das Zinn in Bronze reagiert nicht mit diesen Mineralien. ⓘ
Messing wird häufig in Situationen verwendet, in denen es wichtig ist, dass keine Funken entstehen, z. B. in Armaturen und Werkzeugen, die in der Nähe von entflammbaren oder explosiven Materialien verwendet werden. ⓘ
| Eigenschaften von Messing ⓘ | |
 | |
| chemische Zusammensetzung | CuZnx Technisch: CuZnX, wobei X = Zinkgehalt in Prozent |
| Farbe | Goldgelb; mit steigendem Zinkgehalt heller werdend |
| Schmelzintervall |
mit steigendem Zinkgehalt sinkend |
| Dichte | 8,41 g/cm³ (CuZn40) bis 8,86 g/cm³ (CuZn5) |
| elektrische Leitfähigkeit | 19 MS/m (CuZn20) bis 33 MS/m (CuZn5) (mit steigendem Zinkgehalt sinkend) |
| Spezifische Wärmekapazität | etwa 377 J/(kg·K) (legierungsabhängig) |
| Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient | 18,5·10−6/K bei 20 °C (CuZn30) |
| Mechanisch | |
| Zugfestigkeit | 310 bis 460 MPa (N/mm²) |
| Dehngrenze | 120 bis 420 MPa (N/mm²) |
| Elastizitätsmodul | 78 bis 123 GPa (kN/mm²) |
| Poissonzahl | 0,37 |
| Torsionsmodul | 37 GPa (kN/mm²) |
| Schallgeschwindigkeit | 4430 m/s |
Messing (von mittelhochdeutsch messinc) ist eine Kupferlegierung mit Massenanteilen von mindestens 50 % Kupfer und bis zu etwa 20 % Zink. Weitere Metalle können in geringeren Anteilen hinzugefügt werden, um den Guss- oder Knetlegierungen bestimmte Eigenschaften zu geben. Aus Messing hergestellte Gegenstände haben eine messing(e)ne (von mittelhochdeutsch messīn, „aus Messing hergestellt, Messing-“) Farbe. ⓘ
Die Farbe von Messing wird vornehmlich vom Zinkgehalt bestimmt: Bei bis zu einem Massenanteil von 20 % Zink ist Messing bräunlich bis bräunlich-rötlich, bei über 36 % hellgelb bis annähernd weißgelb. Die Verarbeitungseigenschaften von Messing werden durch zugesetzte Anteile von Blei oder Zinn wesentlich beeinflusst, die Korrosionseigenschaften durch Nickel. Typische Gusslegierungen sind Gelbguss und Rotguss mit weiterem Legierungsmetall Blei. ⓘ
Eigenschaften
Messing ist verformbarer als Bronze oder Zink. Der relativ niedrige Schmelzpunkt von Messing (900 bis 940 °C, 1.650 bis 1.720 °F, je nach Zusammensetzung) und seine Fließeigenschaften machen es zu einem relativ leicht zu gießenden Werkstoff. Durch Variation der Anteile von Kupfer und Zink können die Eigenschaften des Messings verändert werden, so dass harte und weiche Messinge möglich sind. Die Dichte von Messing beträgt 8,4 bis 8,73 g/cm3 (0,303 bis 0,315 lb/cu in). ⓘ
Heute werden fast 90 % aller Messinglegierungen recycelt. Da Messing nicht ferromagnetisch ist, kann es von eisenhaltigem Schrott getrennt werden, indem der Schrott in die Nähe eines starken Magneten gebracht wird. Messingschrott wird gesammelt und zur Gießerei transportiert, wo er geschmolzen und zu Knüppeln umgegossen wird. Die Knüppel werden erhitzt und in die gewünschte Form und Größe gepresst. Die allgemeine Weichheit von Messing bedeutet, dass es oft ohne den Einsatz von Schneidflüssigkeit bearbeitet werden kann, auch wenn es Ausnahmen gibt. ⓘ
Aluminium macht Messing fester und korrosionsbeständiger. Aluminium bewirkt außerdem, dass sich auf der Oberfläche eine äußerst vorteilhafte harte Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) bildet, die dünn, transparent und selbstheilend ist. Zinn hat eine ähnliche Wirkung und wird vor allem in Seewasseranwendungen (Marinemessing) eingesetzt. Kombinationen aus Eisen, Aluminium, Silizium und Mangan machen Messing verschleißfest und reißfest. Bemerkenswert ist, dass der Zusatz von nur 1 % Eisen zu einer Messinglegierung zu einer Legierung mit spürbarer magnetischer Anziehung führt. ⓘ
Messing korrodiert in Gegenwart von Feuchtigkeit, Chloriden, Acetaten, Ammoniak und bestimmten Säuren. Dies geschieht häufig, wenn das Kupfer mit Schwefel reagiert und eine braune und schließlich schwarze Oberflächenschicht aus Kupfersulfid bildet, die bei regelmäßigem Kontakt mit leicht saurem Wasser, z. B. städtischem Regenwasser, an der Luft oxidieren und eine Patina aus grünblauem Kupfersulfat bilden kann. Je nachdem, wie sich die Sulfid-/Sulfatschicht gebildet hat, kann diese Schicht das darunter liegende Messing vor weiteren Schäden schützen. ⓘ
Obwohl Kupfer und Zink einen großen Unterschied im elektrischen Potenzial aufweisen, kommt es bei der entstehenden Messinglegierung nicht zu galvanischer Korrosion im Inneren, da es in der Mischung keine korrosive Umgebung gibt. Wenn jedoch Messing in einer solchen Umgebung mit einem edleren Metall wie Silber oder Gold in Kontakt kommt, wird das Messing galvanisch korrodieren; umgekehrt wird, wenn Messing mit einem weniger edlen Metall wie Zink oder Eisen in Kontakt kommt, das weniger edle Metall korrodieren und das Messing geschützt sein. ⓘ
Bleigehalt
Um die Bearbeitbarkeit von Messing zu verbessern, wird häufig Blei in Konzentrationen von etwa 2 % zugesetzt. Da Blei einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die anderen Bestandteile des Messings, neigt es dazu, beim Abkühlen nach dem Gießen in Form von Kügelchen in Richtung der Korngrenzen zu wandern. Das Muster, das die Kügelchen auf der Oberfläche des Messings bilden, vergrößert die verfügbare Bleioberfläche, was wiederum den Grad der Auslaugung beeinflusst. Außerdem können die Bleikügelchen beim Schneiden auf der Oberfläche verschmiert werden. Diese Effekte können zu einer erheblichen Auslaugung von Blei aus Messing mit vergleichsweise geringem Bleigehalt führen. ⓘ
Im Oktober 1999 verklagte der Generalstaatsanwalt von Kalifornien 13 wichtige Hersteller und Vertreiber wegen des Bleigehalts. In Labortests fanden Forscher des Staates heraus, dass ein durchschnittlicher Messingschlüssel, ob neu oder alt, die Grenzwerte der California Proposition 65 um das 19-fache überschritt, wenn man von einer zweimaligen täglichen Handhabung ausgeht. Im April 2001 erklärten sich die Hersteller bereit, den Bleigehalt auf 1,5 % zu senken, andernfalls müssten sie die Verbraucher vor dem Bleigehalt warnen. Schlüssel, die mit anderen Metallen beschichtet sind, sind von der Vereinbarung nicht betroffen und dürfen weiterhin Messinglegierungen mit einem höheren Bleianteil verwenden. ⓘ
Auch in Kalifornien müssen bleifreie Materialien für jedes Bauteil verwendet werden, das mit der benetzten Oberfläche von Rohren und Rohrleitungen, Sanitärarmaturen und Fittings in Berührung kommt". Am 01. Januar 2010 wurde der Höchstgehalt an Blei in bleifreiem Messing" in Kalifornien von 4 % auf 0,25 % Blei gesenkt. ⓘ
Korrosionsbeständiges Messing für raue Umgebungen
Entzinkungsbeständiges Messing (DZR oder DR), manchmal auch als CR-Messing (korrosionsbeständig) bezeichnet, wird dort eingesetzt, wo ein hohes Korrosionsrisiko besteht und normale Messingsorten den Anforderungen nicht genügen. Dabei spielen Anwendungen mit hohen Wassertemperaturen, vorhandenen Chloriden oder abweichenden Wasserqualitäten (Weichwasser) eine Rolle. DZR-Messing eignet sich hervorragend in Wasserkesselanlagen. Diese Messinglegierung muss mit großer Sorgfalt hergestellt werden, wobei besonderes Augenmerk auf eine ausgewogene Zusammensetzung und richtige Produktionstemperaturen und -parameter gelegt werden muss, um langfristige Ausfälle zu vermeiden. ⓘ
Ein Beispiel für DZR-Messing ist das Messing C352 mit etwa 30% Zink, 61-63% Kupfer, 1,7-2,8% Blei und 0,02-0,15% Arsen. Das Blei und Arsen unterdrücken den Zinkverlust erheblich. ⓘ
"Rotguss", eine Familie von Legierungen mit hohem Kupferanteil und im Allgemeinen weniger als 15 % Zink, ist resistenter gegen Zinkverluste. Eines der Metalle mit der Bezeichnung "Rotguss" besteht aus 85 % Kupfer, 5 % Zinn, 5 % Blei und 5 % Zink. Die Kupferlegierung C23000, die auch als "Rotguss" bezeichnet wird, enthält 84-86 % Kupfer, je 0,05 % Eisen und Blei, der Rest ist Zink. ⓘ
Ein weiteres solches Material ist Rotguss, der zur Familie der Rotmetalle gehört. Rotgusslegierungen enthalten etwa 88 % Kupfer, 8-10 % Zinn und 2-4 % Zink. Blei kann zur leichteren Bearbeitung oder für Lagerlegierungen zugesetzt werden. ⓘ
"Marine-Messing" für die Verwendung in Meerwasser enthält 40 % Zink, aber auch 1 % Zinn. Der Zinnzusatz unterdrückt die Auslaugung von Zink. ⓘ
Die NSF International verlangt, dass Messing mit mehr als 15 % Zink, das in Rohrleitungen und Armaturen verwendet wird, entzinkungsbeständig sein muss. ⓘ
Verwendung in Musikinstrumenten
Die hohe Formbarkeit und Verarbeitbarkeit, die relativ gute Korrosionsbeständigkeit und die traditionell zugeschriebenen akustischen Eigenschaften von Messing haben es zum üblichen Metall der Wahl für den Bau von Musikinstrumenten gemacht, deren akustische Resonatoren aus langen, relativ schmalen Rohren bestehen, die oft gefaltet oder gewickelt sind, um kompakt zu sein. Zu den Blechblasinstrumenten gehören die Posaune, die Tuba, die Trompete, das Kornett, das Baritonhorn, das Euphonium, das Tenorhorn und das Waldhorn sowie viele andere "Hörner", viele davon in unterschiedlich großen Familien, wie z. B. die Saxhörner. ⓘ
Andere Blasinstrumente können aus Messing oder anderen Metallen bestehen, und die meisten modernen Flöten und Piccoloflöten für Schüler sind aus einer Art Messing gefertigt, in der Regel aus einer Kupfernickel-Legierung, die dem Neusilber ähnelt (auch bekannt als Neusilber). Klarinetten, insbesondere tiefe Klarinetten wie der Kontrabass und der Subkontrabass, werden manchmal aus Metall hergestellt, da die dichten, feinkörnigen tropischen Harthölzer, die traditionell für kleinere Holzblasinstrumente bevorzugt werden, nur begrenzt verfügbar sind. Aus demselben Grund weisen einige tiefe Klarinetten, Fagotte und Kontrafagotte eine Mischbauweise auf, bei der lange, gerade Abschnitte aus Holz und gebogene Gelenke, Hals und/oder Schallbecher aus Metall bestehen. Durch die Verwendung von Metall werden auch die Risiken vermieden, die entstehen, wenn Holzinstrumente Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen ausgesetzt sind, die zu plötzlichen Rissen führen können. Obwohl Saxophone und Sarrusophone zu den Holzblasinstrumenten gezählt werden, werden sie aus ähnlichen Gründen in der Regel aus Messing hergestellt, da ihre weiten, konischen Bohrungen und dünnwandigen Körper leichter und effizienter durch das Formen von Blech als durch die Bearbeitung von Holz hergestellt werden können. ⓘ
Auch die Klappen der meisten modernen Holzblasinstrumente, einschließlich der Instrumente mit Holzkorpus, bestehen in der Regel aus einer Legierung wie Neusilber. Solche Legierungen sind steifer und haltbarer als das für den Bau der Instrumentenkörper verwendete Messing, lassen sich aber dennoch mit einfachen Handwerkzeugen bearbeiten - ein Segen für schnelle Reparaturen. Die Mundstücke von Blechblasinstrumenten und, seltener, von Holzblasinstrumenten werden häufig aus Messing und anderen Metallen hergestellt. ⓘ
Neben den Blechblasinstrumenten wird Messing in der Musik vor allem für verschiedene Schlaginstrumente verwendet, insbesondere für Zimbeln, Gongs und Orchesterglocken (große Kirchenglocken sind normalerweise aus Bronze). Kleine Handglocken und "Jingle Bells" werden ebenfalls häufig aus Messing hergestellt. ⓘ
Die Mundharmonika ist ein Aerophon mit freiem Rohrblatt, das ebenfalls häufig aus Messing hergestellt wird. Bei Orgelpfeifen aus der Familie der Rohrblattinstrumente werden Messingstreifen (Zungen genannt) als Rohrblätter verwendet, die gegen die Schalotte schlagen (oder im Falle eines "freien" Rohrblattes "durch" die Schalotte schlagen). Obwohl sie nicht zu den Blechblasinstrumenten gehören, werden auch kleine Trommeln manchmal aus Messing hergestellt. Einige Teile von E-Gitarren werden ebenfalls aus Messing hergestellt, insbesondere die Trägheitsblöcke von Tremolosystemen wegen ihrer klanglichen Eigenschaften und die Saitenmuttern und Sättel wegen ihrer klanglichen Eigenschaften und ihrer geringen Reibung. ⓘ
Keimtötende und antimikrobielle Anwendungen
Die bakterientötenden Eigenschaften von Messing sind seit Jahrhunderten bekannt, insbesondere in der Schifffahrt, wo es biologisches Fouling verhindert. Je nach Art und Konzentration der Krankheitserreger und des Mediums, in dem sie sich befinden, tötet Messing diese Mikroorganismen innerhalb weniger Minuten bis Stunden nach dem Kontakt ab. ⓘ
Eine große Zahl unabhängiger Studien bestätigt diese antimikrobielle Wirkung, sogar gegen antibiotikaresistente Bakterien wie MRSA und VRSA. Die Mechanismen der antimikrobiellen Wirkung von Kupfer und seinen Legierungen, einschließlich Messing, sind Gegenstand intensiver und laufender Untersuchungen. ⓘ
Saisonale Rissbildung
Messing ist anfällig für Spannungsrisskorrosion, insbesondere durch Ammoniak oder ammoniakhaltige oder -abgebende Substanzen. Das Problem wird manchmal als "Season Cracking" bezeichnet, nachdem es erstmals in den 1920er Jahren in der britischen Armee in Messingpatronen für Gewehrmunition entdeckt wurde. Das Problem wurde durch hohe Eigenspannungen bei der Kaltverformung der Patronenhülsen während der Herstellung in Verbindung mit einem chemischen Angriff durch Spuren von Ammoniak in der Atmosphäre verursacht. Die Patronen wurden in Ställen gelagert, und in den heißen Sommermonaten stieg die Ammoniakkonzentration an, was zu Sprödbrüchen führte. Das Problem wurde gelöst, indem die Hülsen geglüht und die Patronen an einem anderen Ort gelagert wurden. ⓘ
Typen
| Klasse | Anteil nach Gewicht (%) | Anmerkungen ⓘ | |
|---|---|---|---|
| Kupfer | Zink | ||
| Alpha-Messing | > 65 | < 35 | Alpha-Messing ist verformbar, kann kalt bearbeitet werden und wird beim Pressen, Schmieden oder ähnlichen Anwendungen verwendet. Sie enthalten nur eine Phase mit kubisch-flächenzentrierter Kristallstruktur. Aufgrund ihres hohen Kupferanteils haben diese Messinge einen goldeneren Farbton als andere. Die Alpha-Phase ist ein Substitutionsmischkristall von Zink in Kupfer. Es hat ähnliche Eigenschaften wie Kupfer, ist zäh, fest und etwas schwierig zu bearbeiten. Die beste Formbarkeit ist bei einem Zinkanteil von 32 % gegeben. Korrosionsbeständige Rotgusslegierungen mit einem Zinkanteil von 15 % oder weniger gehören hierher. |
| Alpha-Beta-Messing | 55–65 | 35–45 | Diese auch als Duplex-Messing bezeichneten Werkstoffe sind für die Warmumformung geeignet. Sie enthalten sowohl α- als auch β'-Phasen; die β'-Phase ist kubisch geordnet, mit Zinkatomen in der Mitte der Würfel, und ist härter und fester als α. Alpha-Beta-Messing wird in der Regel heiß verarbeitet. Der höhere Anteil an Zink bedeutet, dass diese Messinglegierungen heller sind als Alpha-Messinglegierungen. Mit 45 % Zinkanteil hat die Legierung die höchste Festigkeit. |
| Beta-Messing | 50–55 | 45–50 | Beta-Messing kann nur warm verarbeitet werden und ist härter, fester und zum Gießen geeignet. Der hohe Zink- und niedrige Kupfergehalt bedeutet, dass sie zu den hellsten und am wenigsten goldenen Messinglegierungen gehören. |
| Gamma-Messing | 33–39 | 61–67 | Es gibt auch Ag-Zn- und Au-Zn-Gamma-Messing, Ag 30-50%, Au 41%. Die Gamma-Phase ist eine intermetallische Verbindung mit kubischem Gitter, Cu5Zn8. |
| Weißes Messing | < 50 | > 50 | Diese sind für den allgemeinen Gebrauch zu spröde. Der Begriff kann sich auch auf bestimmte Arten von Neusilberlegierungen sowie Cu-Zn-Sn-Legierungen mit hohen Anteilen (typischerweise über 40 %) an Zinn und/oder Zink sowie auf überwiegend aus Zink bestehende Gusslegierungen mit Kupferzusätzen beziehen. Diese haben so gut wie keine gelbe Färbung, sondern ein viel silbrigeres Aussehen. |
Andere Phasen als α, β und γ sind ε, ein hexagonales intermetallisches CuZn3, und η, eine feste Lösung von Kupfer in Zink. ⓘ
| Name der Legierung | Anteil nach Gewicht (%) | Andere | Anmerkungen ⓘ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kupfer | Zink | Zinn | Blei | |||
| Abessinisches Gold | 90 | 10 | ||||
| Admiralitätsmessing | 69 | 30 | 1 | Zinn verhindert den Verlust von Zink in vielen Umgebungen. | ||
| Aich'sche Legierung | 60.66 | 36.58 | 1.02 | 1,74% Eisen | Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit, Härte und Zähigkeit für den Einsatz in der Schifffahrt konzipiert. Ein typisches Anwendungsgebiet ist der Schutz von Schiffsböden, aber durch modernere Methoden des kathodischen Schutzes ist die Verwendung seltener geworden. Sein Aussehen ähnelt dem von Gold. | |
| Aluminium-Messing | 77.5 | 20.5 | 2% Aluminium | Aluminium verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Es wird für Wärmetauscher- und Kondensatorrohre verwendet. | ||
| Arsenhaltiges Messing | Arsen; häufig Aluminium | Wird für Kesselbrandkästen verwendet. | ||||
| Patronenmessing (C260) | 70 | 30 | — | ≤ 0.07 | Gute Kaltverformungseigenschaften. Wird für Munitionshülsen, Klempnerarbeiten und Eisenwaren verwendet. | |
| Gewöhnliches Messing | 63 | 37 | Auch Nietmessing genannt. Billig und Standard für die Kaltumformung. | |||
| DZR-Messing | Arsen | Entzinkungsbeständiges Messing mit einem geringen Anteil an Arsen. | ||||
| Delta-Metall | 55 | 41–43 | 1-3% Eisen, der Rest besteht aus verschiedenen anderen Metallen. | Die verwendeten Anteile machen das Material härter und geeignet für Ventile und Lager. | ||
| Frei bearbeitbares Messing (C360) | 61.5 | 35.5 | 2.5–3.7 | 0,35% Eisen | Auch Messing 360 oder C360 genannt. Hohe Zerspanbarkeit. | |
| Vergoldetes Metall | 95 | 5 | Die weichste Art von Messing, die allgemein verfügbar ist. Vergoldetes Metall wird in der Regel für Munitionsmäntel" verwendet, z. B. für Vollmantelgeschosse. Fast rote Farbe. | |||
| Hochwertiges Messing | 65 | 35 | Hat eine hohe Zugfestigkeit und wird für Federn, Schrauben und Nieten verwendet. | |||
| Verbleites Messing | > 0 | Ein Alpha-Beta-Messing mit einem Zusatz von Blei für eine bessere Bearbeitbarkeit. | ||||
| Bleifreies Messing | < 0.25 | Definiert durch die kalifornische Gesetzesvorlage AB 1953, die "nicht mehr als 0,25 Prozent Blei enthält". Die frühere Obergrenze lag bei 4 %. | ||||
| Niedriges Messing | 80 | 20 | Hellgoldene Farbe, sehr dehnbar; wird für flexible Metallschläuche und Metallbälge verwendet. | |||
| Manganhaltiges Messing | 77 | 12 | 7% Mangan, 4% Nickel | Wird als Beschichtung für Golddollarmünzen der Vereinigten Staaten verwendet. Es gibt auch andere Mangan-Messing-Legierungen. | ||
| Muntz-Metall | 60 | 40 | Spuren von Eisen | Wird als Auskleidung von Booten verwendet. | ||
| Marinemessing | 59 | 40 | 1 | Ähnlich wie Admiralitätsmessing. Auch bekannt als Tobin-Bronze. | ||
| Nickel-Messing | 70–76 | 20–24.5 | 4-5,5 % Nickel | Der äußere Ring der bimetallischen Ein-Pfund- und Zwei-Pfund-Sterling-Münzen und der Ein-Euro-Münze sowie der mittlere Teil der Zwei-Euro-Münze. Wurde früher für die runde Ein-Pfund-Münze verwendet. | ||
| Nordisches Gold | 89 | 5 | 1 | 5 % Aluminium | Wird für die 10-, 20- und 50-Cent-Euro-Münzen verwendet. | |
| Orichalcum | 75-80 | 15-20 | Spur | Spurenmengen von Nickel und Eisen | Bestimmt aus 39 Barren, die aus einem antiken Schiffswrack in Gela, Sizilien, geborgen wurden. | |
| Fürstliches Metall | 75 | 25 | Eine Art von Alpha-Messing. Aufgrund seiner gelben Farbe wird es zur Imitation von Gold verwendet. Die Legierung wird auch Prinz-Rupert-Metall genannt und wurde nach Prinz Rupert vom Rhein benannt. | |||
| Rotguss, Rosenmessing (C230) | 85 | 5 | 5 | 5 | Amerikanische Bezeichnung für eine Kupfer-Zink-Zinn-Legierung, die auch als Rotguss bekannt ist, und eine Legierung, die sowohl als Messing als auch als Bronze gilt. Rotguss ist auch eine alternative Bezeichnung für die Kupferlegierung C23000, die aus 14-16 % Zink, mindestens 0,05 % Eisen und mindestens 0,07 % Blei und dem Rest Kupfer besteht. Er kann sich auch auf Unzenmetall beziehen, eine andere Kupfer-Zink-Zinn-Legierung. | |
| Reichhaltiges Tiefmessing, Tombak | 5–20 | Wird häufig in der Schmuckindustrie verwendet. | ||||
| Silizium-Tombak | 80 | 16 | 4% Silizium | Wird als Alternative für Feingussteile aus Stahl verwendet. | ||
| Tonval-Messing | > 0 | Auch CW617N oder CZ122 oder OT58 genannt. Es wird nicht für die Verwendung in Meerwasser empfohlen, da es anfällig für Entzinkung ist. | ||||
| Gelbes Messing | 67 | 33 | Ein amerikanischer Begriff für 33%iges Zinkmessing. | |||
Zink ist in Kupfer aufgrund der unterschiedlichen Kristallsysteme nur begrenzt löslich. Technisch verwendbare Messinge enthalten zwischen 5 und maximal 45 Prozent Zink. ⓘ
Zink löst sich ohne Änderung der Struktur in festem Kupfer bis zu einem maximalen Anteil von 32,5 % und bildet mit diesem einen kubisch-flächenzentrierten (kfz) Substitutionsmischkristall, der als α-Phase oder α-Messing bezeichnet wird. Die Soliduslinie sinkt im Bereich der reinen α-Phase von 1083,62 °C (0 % Zn) bis 902 °C (32,5 % Zn). ⓘ
Im Bereich von Massenanteilen zwischen 32,5 % und 36,8 % Zink entsteht neben der α-Phase auch eine β-Phase, die im kubisch-raumzentrierten (krz) Gitter erstarrt. Bis etwa 37 % Zink wandelt sich die β-Phase bei tieferen Temperaturen allerdings wieder in die α-Phase um. ⓘ
Legierungen mit Massenanteilen von etwa 50 % Kupfer und 50 % Zink kristallisieren entweder in der β-Phase oder der β'-Phase: Bei Temperaturen unter 468 °C ist die β'-Phase stabil, bei der acht Kupferatome jeweils acht Zinkatome umgeben und dabei die Caesiumchlorid-Struktur einnehmen. Oberhalb 468 °C, in der β-Phase, verteilen sich die Atome statistisch auf Gitterplätze eines kubisch raumzentrierten Gitters. ⓘ
Geschichte
Obwohl Formen von Messing seit der Vorgeschichte in Gebrauch sind, wurde seine wahre Natur als Kupfer-Zink-Legierung erst in der nachmittelalterlichen Zeit verstanden, da der Zinkdampf, der mit Kupfer reagiert, um Messing zu bilden, nicht als Metall anerkannt wurde. In der King-James-Bibel wird "Messing" häufig erwähnt, um "nechosheth" (Bronze oder Kupfer) aus dem Hebräischen ins Englische zu übersetzen. Im Shakespeare'schen Englisch kann das Wort Messing" jede Bronzelegierung oder Kupfer bedeuten, eine noch weniger präzise Definition als die moderne. Die frühesten Messinglegierungen könnten natürliche Legierungen gewesen sein, die durch das Schmelzen von zinkhaltigen Kupfererzen hergestellt wurden. In der Römerzeit wurde Messing bewusst aus metallischen Kupfer- und Zinkmineralien durch das Zementierungsverfahren hergestellt, dessen Ergebnis das Kalamin-Messing war, und Variationen dieses Verfahrens wurden bis Mitte des 19. Jahrhunderts fort. Sie wurde schließlich durch das Speltering, die direkte Legierung von Kupfer- und Zinkmetall, ersetzt, das im 16. ⓘ
Messing wurde in der Vergangenheit manchmal auch als "gelbes Kupfer" bezeichnet. ⓘ
Frühe Kupfer-Zink-Legierungen
In Westasien und im östlichen Mittelmeerraum sind frühe Kupfer-Zink-Legierungen heute in geringer Zahl aus einer Reihe von Fundstätten des 3. Jahrtausends v. Chr. in der Ägäis, im Irak, in den Vereinigten Arabischen Emiraten, in Kalmückien, Turkmenistan und Georgien sowie aus dem 2. Vereinzelte Beispiele von Kupfer-Zink-Legierungen sind in China aus dem 1. Jahrhundert n. Chr. bekannt, lange nachdem Bronze weit verbreitet war. ⓘ
Die Zusammensetzung dieser frühen "Messing"-Gegenstände ist sehr unterschiedlich und die meisten haben einen Zinkgehalt zwischen 5 und 15 Gew.-%, was niedriger ist als bei Messing, das durch Zementierung hergestellt wird. Möglicherweise handelt es sich um "natürliche Legierungen", die durch Schmelzen von zinkreichen Kupfererzen unter Redoxbedingungen hergestellt wurden. Viele haben ähnliche Zinngehalte wie zeitgenössische Bronzegegenstände, und es ist möglich, dass einige Kupfer-Zink-Legierungen zufällig entstanden sind und vielleicht nicht einmal von Kupfer unterschieden werden. Die große Zahl der heute bekannten Kupfer-Zink-Legierungen deutet jedoch darauf hin, dass zumindest einige absichtlich hergestellt wurden, und viele weisen einen Zinkgehalt von mehr als 12 % auf, was zu einer charakteristischen goldenen Farbe geführt hätte. ⓘ
Im 8. bis 7. Jahrhundert v. Chr. erwähnen assyrische Keilschrifttafeln die Ausbeutung des "Kupfers der Berge", und dies könnte sich auf "natürliches" Messing beziehen. "Oreikhalkon" (Bergkupfer), die altgriechische Übersetzung dieses Begriffs, wurde später an das lateinische aurichalcum angepasst, das "goldenes Kupfer" bedeutet und zum Standardbegriff für Messing wurde. Im 4. Jahrhundert v. Chr. bezeichnete Platon Aurichalkos als selten und fast so wertvoll wie Gold, und Plinius beschreibt, dass Aurichalkum aus zypriotischen Erzvorkommen stammte, die im ersten Jahrhundert n. Chr. erschöpft waren. Eine Röntgenfluoreszenzanalyse von 39 Aurichalkos-Barren, die aus einem 2 600 Jahre alten Schiffswrack vor Sizilien geborgen wurden, ergab, dass es sich um eine Legierung aus 75-80 % Kupfer, 15-20 % Zink und geringen Anteilen von Nickel, Blei und Eisen handelt. ⓘ
Römische Welt
Im späteren Verlauf des ersten Jahrtausends v. Chr. verbreitete sich die Verwendung von Messing über ein weites geografisches Gebiet von Großbritannien und Spanien im Westen bis zum Iran und Indien im Osten. Dies scheint durch Exporte und Einflüsse aus dem Nahen Osten und dem östlichen Mittelmeerraum gefördert worden zu sein, wo die gezielte Herstellung von Messing aus metallischen Kupfer- und Zinkerzen eingeführt worden war. Der von Strabo zitierte Schriftsteller Theopompus aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. beschreibt, wie beim Erhitzen von Erde aus Andeira in der Türkei "Tröpfchen von falschem Silber", wahrscheinlich metallisches Zink, entstanden, die zur Umwandlung von Kupfer in Oreichalkos verwendet werden konnten. Im 1. Jahrhundert v. Chr. scheint der Grieche Dioskurides eine Verbindung zwischen Zinkmineralien und Messing erkannt zu haben, indem er beschrieb, wie Cadmia (Zinkoxid) an den Wänden von Öfen gefunden wurde, die entweder zum Erhitzen von Zinkerz oder Kupfer verwendet wurden, und erklärte, dass es dann zur Herstellung von Messing verwendet werden kann. ⓘ
Im ersten Jahrhundert v. Chr. war Messing in ausreichender Menge verfügbar, um in Phrygien und Bithynien als Münzmaterial verwendet zu werden, und nach der augusteischen Währungsreform von 23 v. Chr. wurde es auch zur Herstellung römischer Dupondii und Sestertii verwendet. Die einheitliche Verwendung von Messing für Münzen und militärische Ausrüstungen in der gesamten römischen Welt könnte auf ein gewisses staatliches Engagement in der Industrie hindeuten, und es scheint sogar, dass Messing von den jüdischen Gemeinden in Palästina wegen seiner Assoziation mit der römischen Autorität absichtlich boykottiert wurde. ⓘ
Messing wurde durch das Zementationsverfahren hergestellt, bei dem Kupfer und Zinkerz zusammen erhitzt werden, bis Zinkdampf entsteht, der mit dem Kupfer reagiert. Es gibt gute archäologische Beweise für diesen Prozess, und Tiegel, die zur Herstellung von Messing durch Zementierung verwendet wurden, sind an römischen Stätten gefunden worden, darunter Xanten und Nidda in Deutschland, Lyon in Frankreich und an einer Reihe von Stätten in Großbritannien. Sie variieren in der Größe von winzigen eichelgroßen bis hin zu großen amphorenähnlichen Gefäßen, weisen aber alle einen erhöhten Zinkgehalt im Inneren auf und sind mit einem Deckel versehen. Sie weisen keine Anzeichen von Schlacke oder Metallresten auf, was darauf schließen lässt, dass Zinkmineralien erhitzt wurden, um Zinkdampf zu erzeugen, der mit metallischem Kupfer in einer Festkörperreaktion reagierte. Das Gewebe dieser Tiegel ist porös, wahrscheinlich um einen Druckaufbau zu verhindern, und viele haben kleine Löcher in den Deckeln, die möglicherweise dazu dienten, Druck abzulassen oder gegen Ende des Prozesses zusätzliche Zinkmineralien hinzuzufügen. Dioskurides erwähnte, dass Zinkmineralien sowohl für die Bearbeitung als auch für die Endbearbeitung von Messing verwendet wurden, was vielleicht auf sekundäre Zusätze schließen lässt. ⓘ
Der Zinkgehalt von Messing aus der frühen römischen Zeit scheint zwischen 20 % und 28 % des Gewichts gelegen zu haben. Der hohe Zinkgehalt in Münzen und Messinggegenständen ging nach dem ersten Jahrhundert n. Chr. zurück, und es wurde vermutet, dass dies auf Zinkverluste beim Recycling und somit auf eine Unterbrechung der Produktion von neuem Messing zurückzuführen ist. Heute geht man jedoch davon aus, dass es sich dabei wahrscheinlich um eine bewusste Änderung der Zusammensetzung handelte und dass die Verwendung von Messing in diesem Zeitraum insgesamt zunahm und bis zum 4. ⓘ
Mittelalterliche Periode
Über die Herstellung von Messing in den Jahrhunderten unmittelbar nach dem Zusammenbruch des Römischen Reiches ist wenig bekannt. Die Unterbrechung des Handels mit Zinn gegen Bronze aus Westeuropa könnte dazu beigetragen haben, dass Messing im Osten immer beliebter wurde. Im 6. bis 7. Jahrhundert n. Chr. waren über 90 % der kupferlegierten Artefakte aus Ägypten aus Messing. Es wurden jedoch auch andere Legierungen wie Bronze mit niedrigem Zinngehalt verwendet, die je nach lokaler kultureller Einstellung, dem Verwendungszweck des Metalls und dem Zugang zu Zink variierten, insbesondere in der islamischen und byzantinischen Welt. Umgekehrt scheint die Verwendung von echtem Messing in Westeuropa in dieser Zeit zugunsten von Rotguss und anderen Mischlegierungen zurückgegangen zu sein. Um das Jahr 1000 wurden jedoch Messingartefakte in skandinavischen Gräbern in Schottland gefunden, Messing wurde bei der Herstellung von Münzen in Northumbria verwendet, und es gibt archäologische und historische Belege für die Herstellung von Galmei-Messing in Deutschland und den Niederlanden, Gebieten, die reich an Galmei-Erz sind. ⓘ
Diese Orte blieben während des gesamten Mittelalters wichtige Zentren der Messingherstellung, insbesondere Dinant. Gegenstände aus Messing werden im Französischen immer noch unter dem Begriff Dinanderie zusammengefasst. Das Taufbecken in der St.-Bartholomäus-Kirche in Lüttich im heutigen Belgien (vor 1117) ist ein herausragendes Meisterwerk des romanischen Messinggusses, obwohl es oft auch als Bronze bezeichnet wird. Das Metall des Kerzenleuchters aus Gloucester aus dem frühen 12. Jahrhundert ist selbst für mittelalterliche Verhältnisse ungewöhnlich, da es sich um eine Mischung aus Kupfer, Zink, Zinn, Blei, Nickel, Eisen, Antimon und Arsen mit einem ungewöhnlich hohen Silberanteil handelt, der von 22,5 % im Sockel bis zu 5,76 % in der Schale unter der Kerze reicht. Die Proportionen dieser Mischung könnten darauf hindeuten, dass der Leuchter aus einem Hort alter, wahrscheinlich spätrömischer Münzen hergestellt wurde. Latten ist eine Bezeichnung für Zierleisten und ähnliche Objekte, die aus Messing- oder Bronzeblech geschnitten wurden. Aquamanile wurden sowohl in der europäischen als auch in der islamischen Welt in der Regel aus Messing hergestellt. ⓘ
Das Zementierungsverfahren wurde weiterhin angewandt, doch scheinen literarische Quellen sowohl aus Europa als auch aus der islamischen Welt Varianten eines flüssigen Verfahrens mit höherer Temperatur zu beschreiben, das in offenen Schmelztiegeln stattfand. Bei der islamischen Zementierung wurde anscheinend Zinkoxid, bekannt als tutiya oder tutty, anstelle von Zinkerzen für die Messingherstellung verwendet, was zu einem Metall mit geringeren Eisenverunreinigungen führte. Einige islamische Schriftsteller und der Italiener Marco Polo aus dem 13. Jahrhundert beschreiben, wie dieses Metall durch Sublimation aus Zinkerzen gewonnen und auf Ton- oder Eisenbarren kondensiert wurde, wovon archäologische Beispiele in Kusch im Iran gefunden wurden. Es konnte dann für die Messingherstellung oder für medizinische Zwecke verwendet werden. Im Jemen des 10. Jahrhunderts beschrieb al-Hamdani, wie beim Auftragen von al-iglimiya, wahrscheinlich Zinkoxid, auf die Oberfläche von geschmolzenem Kupfer Tutiya-Dampf entstand, der dann mit dem Metall reagierte. Der iranische Schriftsteller al-Kashani aus dem 13. Jahrhundert beschreibt ein komplexeres Verfahren, bei dem Tutiya mit Rosinen vermischt und leicht geröstet wurde, bevor es auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls gegeben wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein provisorischer Deckel aufgesetzt, vermutlich um das Entweichen von Zinkdampf zu verhindern. ⓘ
In Europa fand ein ähnlicher Flüssigprozess in offenen Tiegeln statt, der wahrscheinlich weniger effizient war als das römische Verfahren, und die Verwendung des Begriffs tutty durch Albertus Magnus im 13. Der deutsche Mönch Theophilus aus dem 12. Jahrhundert beschrieb, wie vorgewärmte Tiegel zu einem Sechstel mit pulverisiertem Galmei und Holzkohle gefüllt und dann mit Kupfer und Holzkohle aufgefüllt wurden, bevor sie geschmolzen, gerührt und erneut gefüllt wurden. Das Endprodukt wurde gegossen und dann erneut mit Kalamin geschmolzen. Es wird vermutet, dass dieses zweite Schmelzen bei einer niedrigeren Temperatur stattfand, damit mehr Zink absorbiert werden konnte. Albertus Magnus stellte fest, dass die "Kraft" sowohl von Galmei als auch von Tutty verdampfen konnte, und beschrieb, wie durch die Zugabe von pulverisiertem Glas ein Film entstehen konnte, der es mit dem Metall verband. Deutsche Messingschmelztiegel sind aus Dortmund aus dem 10. Jahrhundert n. Chr. und aus Soest und Schwerte in Westfalen aus der Zeit um das 13. Jahrhundert bekannt und bestätigen Theophilus' Darstellung, da sie oben offen sind, obwohl Keramikscheiben aus Soest als lose Deckel gedient haben könnten, die möglicherweise dazu dienten, die Zinkverdampfung zu verringern, und auf der Innenseite Schlacke aufweisen, die aus einem flüssigen Prozess stammt. ⓘ
Afrika
Einige der berühmtesten Objekte der afrikanischen Kunst sind die Wachsausschmelzungen Westafrikas, vor allem aus dem heutigen Nigeria, die zunächst vom Königreich Ife und dann vom Reich Benin hergestellt wurden. Obwohl sie normalerweise als "Bronzen" bezeichnet werden, sind die Benin-Bronzen, die sich heute größtenteils im Britischen Museum und anderen westlichen Sammlungen befinden, und die großen Porträtköpfe wie der Bronzekopf aus Ife aus "stark verbleitem Zink-Messing" und der Bronzekopf der Königin Idia, die beide ebenfalls im Britischen Museum ausgestellt sind, besser als Messing zu bezeichnen, wenn auch in unterschiedlicher Zusammensetzung. Arbeiten aus Messing oder Bronze spielten in der Kunst von Benin und anderen westafrikanischen Traditionen wie den Goldgewichten der Akan weiterhin eine wichtige Rolle, da das Metall dort als wertvolleres Material angesehen wurde als in Europa. ⓘ
Renaissance und nachmittelalterliches Europa
In der Renaissance kam es zu bedeutenden Veränderungen in der Theorie und Praxis der Messingherstellung in Europa. Für das 15. Jahrhundert gibt es Belege für die erneute Verwendung von Zementiertiegeln mit Deckel in Zwickau in Deutschland. In diesen großen Tiegeln konnten ca. 20 kg Messing hergestellt werden. Auf der Innenseite finden sich Spuren von Schlacke und Metallstücken. Ihre unregelmäßige Zusammensetzung deutet darauf hin, dass es sich um ein Verfahren mit niedrigeren Temperaturen handelte, das nicht ganz flüssig war. Die Tiegeldeckel hatten kleine Löcher, die gegen Ende des Prozesses mit Tonstopfen verschlossen wurden, vermutlich um die Zinkaufnahme in den letzten Phasen zu maximieren. Zum Schmelzen des Messings für den Guss wurden dann dreieckige Tiegel verwendet. ⓘ
Technische Schriftsteller des 16. Jahrhunderts wie Biringuccio, Ercker und Agricola beschrieben eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Zementmessing und kamen dem wahren Wesen des Prozesses näher, indem sie feststellten, dass Kupfer bei der Umwandlung in Messing schwerer wurde und mit der Zugabe von Kalamin goldener wurde. Auch Zinkmetall wurde immer häufiger verwendet. Um 1513 trafen metallische Zinkbarren aus Indien und China in London ein, und Zinkpellets, die in den Schornsteinen der Öfen am Rammelsberg in Deutschland kondensiert waren, wurden ab etwa 1550 für die Herstellung von Zementmessing verwendet. ⓘ
Schließlich entdeckte man, dass metallisches Zink mit Kupfer legiert werden konnte, um Messing herzustellen, ein Prozess, der als Speltering bekannt ist, und 1657 hatte der deutsche Chemiker Johann Glauber erkannt, dass Galmei "nichts anderes als unschmelzbares Zink" und Zink ein "halbreifes Metall" war. Einige frühere Messingstücke mit hohem Zink- und niedrigem Eisengehalt, wie die Messing-Gedenktafel von Wightman aus dem Jahr 1530 in England, wurden möglicherweise durch Legierung von Kupfer mit Zink hergestellt und enthalten Spuren von Cadmium, wie sie auch in einigen Zinkbarren aus China zu finden sind. ⓘ
Das Zementierungsverfahren wurde jedoch nicht aufgegeben, und noch im frühen 19. Jahrhundert gibt es Beschreibungen der Festkörperzementierung in einem Kuppelofen bei etwa 900-950 °C und einer Dauer von bis zu 10 Stunden. Die europäische Messingindustrie florierte bis in die Zeit nach dem Mittelalter, begünstigt durch Innovationen wie die Einführung von wasserbetriebenen Hämmern zur Herstellung von Batteriegeschirr im 16. Um 1559 war allein die deutsche Stadt Aachen in der Lage, 300.000 cwt Messing pro Jahr zu produzieren. Nach mehreren Fehlstarts im 16. und 17. Jahrhundert etablierte sich die Messingindustrie auch in England und profitierte von den reichlichen Vorräten an billigem Kupfer, das in den neuen kohlebefeuerten Flammöfen verhüttet wurde. 1723 ließ sich der Messinghersteller Nehemiah Champion aus Bristol die Verwendung von granuliertem Kupfer patentieren, das durch Gießen von geschmolzenem Metall in kaltes Wasser hergestellt wurde. Dadurch wurde die Oberfläche des Kupfers vergrößert, was die Reaktion begünstigte, und es wurde berichtet, dass mit dieser neuen Technik Zinkgehalte von bis zu 33 Gew.-% erreicht wurden. ⓘ
1738 patentierte Nehemias Sohn William Champion ein Verfahren für die erste Destillation von metallischem Zink in industriellem Maßstab, das als Destillation per descencum" oder englisches Verfahren" bekannt wurde. Dieses einheimische Zink wurde beim Schmelzen verwendet und ermöglichte eine bessere Kontrolle über den Zinkgehalt von Messing und die Herstellung von hochzinkhaltigen Kupferlegierungen, die mit der Zementierung nur schwer oder gar nicht herstellbar gewesen wären, zur Verwendung in teuren Gegenständen wie wissenschaftlichen Instrumenten, Uhren, Messingknöpfen und Modeschmuck. Champion verwendete jedoch weiterhin die billigere Kalamin-Zementierungsmethode zur Herstellung von Messing mit niedrigerem Zinkgehalt, und in seinem Werk in Warmley wurden archäologische Überreste von bienenkorbförmigen Zementierungsöfen gefunden. Mitte bis Ende des 18. Jahrhunderts führten Entwicklungen im Bereich der billigeren Zinkdestillation wie die Horizontalöfen von John-Jaques Dony in Belgien und die Senkung der Zölle auf Zink sowie die Nachfrage nach korrosionsbeständigen Hochzinklegierungen dazu, dass das Zementieren immer beliebter wurde, so dass die Zementierung Mitte des 19. ⓘ
Legierungsbildung
Kupfer kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit kubisch-flächenzentrierter Struktur (Kristallklasse: hexakisoktaedrisch ). Sein Schmelzpunkt liegt bei 1083,62 °C (Siedepunkt: (2927 °C) und seine Dichte bei 8,96 g/cm³. ⓘ
Zink kristallisiert dagegen im hexagonalen Kristallsystem mit hexagonal-dichtester Packung (Kristallklasse: dihexagonal-dipyramidal ) und schmilzt bereits bei 419,53 °C. Selbst sein Siedepunkt liegt mit 907 °C noch deutlich unter dem Schmelzpunkt von Kupfer. Die Dichte des Zinks ist allerdings mit 7,14 g/cm³ der des Kupfers relativ ähnlich. ⓘ
Trotz der großen Unterschiede in Bezug auf Schmelzverhalten und Kristallaufbau sind Kupfer und Zink in der Lage, Mischkristalle, genauer Substitutionsmischkristalle zu bilden. Da aber Zink einen etwas größeren Atomdurchmesser hat, wird die Elementarzelle des Kupfers durch die eingebauten Zinkatome verzerrt und verspannt, was die Ursache der größeren Härte des Messings gegenüber dem reinen Kupfer ist. ⓘ
Auch das schmelzflüssige Legieren der beiden Metalle bereitet trotz der weit auseinanderliegenden Schmelzpunkte keine allzu großen Schwierigkeiten. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass die Schmelze nicht überhitzt und möglichst schnell nach Erreichen der Gießtemperatur verarbeitet wird, um unkontrollierten Zinkabbrand zu vermeiden. ⓘ
Zusätzlich muss die Schmelzoberfläche abgedeckt werden, um eine übermäßige Oxidation durch Aufnahme von Luftsauerstoff zu verhindern. Geeignete Abdeckmittel sind unter anderem trockener Quarzsand, Holzkohle und gestoßenes Glas. Holzkohle hat zudem in trockenem und gut verkoktem Zustand den Vorteil, Zinkabbrand effektiv zu verhindern. ⓘ
Messingsorten
Die gängigen Messingsorten unterscheiden sich durch ihren Zinkanteil, der in der Bezeichnung in Prozent angegeben wird. In der Praxis enthalten alle Messinglegierungen aber mindestens 58 Prozent Kupfer, da sie unterhalb davon spröde werden und schlecht zu verarbeiten sind. ⓘ
Für Gussteile gilt die Sammelbezeichnung „Gussmessing“. Meistverwendet ist die Legierung CuZn37, deren Zink-Massenanteil 37 % beträgt. Die frühere Nomenklatur sah die Bezeichnung Ms und nachgesetzt den Kupferanteil vor, hier also Ms 63. ⓘ
Messing kann bis zu 3 % Massenanteil Blei enthalten. Mit deutlich höherem Bleigehalt gehört die Legierung dann bereits zur Kategorie der Sondermessinge, die auch noch andere Elemente enthalten können. ⓘ
Die Legierung CuZn30 weist von allen Messingsorten die beste plastische Verformbarkeit auf. Da aus ihr in der Vergangenheit wegen ihrer hohen Bruchdehnung häufig Kartuschen für Artilleriegeschosse hergestellt wurden, nennt man diese Legierung umgangssprachlich auch Kartuschmessing. ⓘ
Tombak
Als Tombak werden Messingsorten mit mehr als 67 % Massenanteil Kupfer bezeichnet. Tombak wird überwiegend für kunstgewerbliche Zwecke eingesetzt und je nach Kupfergehalt unter dem Handelsnamen Rottombak (90 % Cu), Gold- oder Mitteltombak (85 % Cu) und Gelbtombak (72 % Cu) geführt. Die bis 2001 geprägten 5- und 10-Pfennigmünzen der DM-Zeit bestanden aus mit Tombak plattiertem Stahl. Weitere Verwendung findet Tombak als Geschossmantel von Pistolen- und Gewehrprojektilen, wo es den inneren, weicheren Bleikern umhüllt. ⓘ
Nicht zu den Tombaken, sondern zu den vielfältigen Sondermessingen gehört Siliziumtombak. Das als Weißer Tombak bezeichnete Weißkupfer ist keine Kupfer-Zink-, sondern eine Kupfer-Arsen-Legierung, also keine Messingsorte, sondern eine (Arsen-)Bronze. ⓘ
Goldmessing
Eine Reihe von Blechblasinstrumenten werden gerne aus „Goldmessing“ (eigentlich „Goldtombak“) gefertigt und werden mitunter galvanisch versilbert. ⓘ
Tafelmessing
Tafelmessing wird in der Uhrenfabrikation für aus Blechen gestanzte Zahnräder und andere Teile verwendet. Dekorationselemente, auch klassischer militärischer Art (Helme, Brustpanzer), wurden ebenfalls aus Tafelmessing gefertigt. Vor dem Aufkommen kleinkalibriger Hochgeschwindigkeitsmunition diente es außerdem zum Plattieren der Stahlmantelgeschosse für Gewehre und Pistolen, da es in gezogenen Läufen dem Geschoss besseren Drall verlieh. In der Schmuckherstellung wurde Tafelmessing als Goldersatz benutzt. ⓘ
Talmigold
Die als Talmigold für billigen Schmuck verwendete Legierung ist kein „Gold-Tombak“, sondern eine Rotgusslegierung aus Kupfer, Zink, Zinn und Blei, die zur Täuschung mit Gold plattiert wird. ⓘ
Gelbguss
Als Gelbguss wurden früher für Formguss verwendete Legierungen mit 56 bis 80 Prozent Kupfer bezeichnet und damit die Abgrenzung gegenüber Rotguss und Bronze klargestellt. Die „Gelbgießer“ hatten sogar eine eigene Zunft. ⓘ
Kupfergehalte von 58 % bis 60 % grenzen das Gebiet der sogenannten Messingknetlegierungen von dem der Gusslegierungen ab. Den Knetlegierungen zugerechnet sind die industriell bedeutenden bleihaltigen Zerspanungsmessinge (auch „Automatenmessing“ genannt). Sie weisen eine andere Kristallgitterstruktur (krz und nicht mehr kfz) auf als Messing mit einem Zn-Gehalt von bis zu 38,95 % und können Blei in feinen Tröpfchen als Spanbrecher enthalten. Das Blei löst sich nicht im Kristallgitter, sondern liegt als fein dispergierte Phase vor. Die Bleigehalte variieren zwischen 0,5 % und max. 3,5 %. Je mehr Blei enthalten ist, desto besser lässt sich der Werkstoff zerspanen, desto feinere Späne fallen an. Mehr als 3,5 % Bleigehalte verbessern die Zerspanbarkeit nur noch geringfügig, bringen aber Probleme beim Erschmelzen der Legierung. ⓘ
Sondermessing
Legierungen auf Kupfer-Zink-Basis, denen noch weitere Legierungselemente zugeführt werden (Blei > 3 %, Silicium, Eisen, Nickel, Mangan oder Aluminium), werden als Sondermessing bezeichnet. Eine allgemein bekannte Kupfer-Zink-Nickel-Legierung ist Neusilber. Die Sondermessingtype mit der größten konstruktionstechnischen Relevanz ist Siliziumtombak; hohe Festigkeitswerte und gute Gießbarkeit im Schwerkraftkokillen- und Druckguss machen die Legierung für Serien- bzw. Massenfertigung von Konstruktionsteilen geeignet. ⓘ
Weitere Messingsorten
Weitere Messingsorten siehe: Chrysorin, Cuivrepoli, Deltametall, Duranametall, Nordisches Gold, Prinzmetall (volksetymologisch umgestaltet aus „Bronze“), Rauschgold, Platine, Muntzmetall („yellow metal“), „Potin jaune“ ⓘ
Bearbeitung
Messing lässt sich gut mechanisch bearbeiten. Für spanabhebende Bearbeitung wie Sägen, Drehen, Fräsen, Bohren, eignet sich besonders Automaten-Messing mit einem Kupferanteil 58 % und einem Bleizusatz von 1-3 %. Verwendet werden Werkzeuge mit kleinem Spanwinkel, für Ms 58: 0-5°, für Ms 73: 5-15°, bei Schnittgeschwindigkeiten bis 70 m/s bei Schnellschnittstahl-Werkzeugen und bis 600 m/s bei Hartmetall-Werkzeugen. Messing lässt sich auch gut schleifen, polieren und hochglanzpolieren. ⓘ
Die Kaltverformbarkeit von Messing wird umso besser, je höher der Kupfergehalt ist. Die durch Biegen, Treiben, Drücken und Tiefziehen entstandene Härte kann durch Glühen bei etwa 600° beseitigt werden. Abschrecken mit Wasser hat keine Bedeutung. ⓘ
Oberflächenbearbeitung
Schon durch Drehen und Fräsen lässt sich eine spiegelglatte Oberfläche erzielen. Polieren kann den Glanz noch verbessern. Messing wird auch oft gebürstet. ⓘ
Brünieren (bräunen) von Messing ist eine Oberflächenbehandlung mit Essigessenz. Die Werkstücke werden getaucht oder mit einem Pinsel benetzt. Dabei entsteht durch chemische Verwandlung des Messings eine dünne Konversionsschicht. Diese Schicht schützt das Metall. Brünieren dient auch zur visuellen Aufwertung von Gegenständen, beispielsweise, um ein „antikes“ Aussehen zu erzeugen, beispielsweise bei Möbelbeschlägen und Schrauben. ⓘ
Anlaufen und Grünspan
Messing läuft an und wird matt und bräunlich (Oxidation). Ein Hausmittel zum Entfernen ist ein Brei aus Zitronensaft und Salz oder Natron als schonendes Schleifmittel. Gegen Anlaufen schützt eine Lackierung mit Zaponlack. Wie an allen Kupfermaterialien bildet sich Grünspan durch Kontakt mit Kohlendioxid und Schwefeldioxid aus der Luft. Entfernt werden kann Grünspan durch Tränken mit Petroleum und Abreiben. ⓘ
Vorsichtsmaßnahmen
Beim Schmelzen von Messing kommt es schon ab 900 °C, also nahe der Gießtemperatur, zum Entweichen von Zinkdampf, der an der Luft sofort zu Zinkoxid reagiert, das einen weißen Rauch bildet. Beim Einatmen kommt es zu Reizungen, Müdigkeit und Fieber – zu dem unter Gießern bekannten und gefürchteten „Gießfieber“ oder „Zinkfieber“. Siehe auch Metalldampffieber. Es handelt sich um eine akute Giftwirkung – Langzeitschäden sind nicht bekannt. ⓘ