Historische ontwikkeling

Om de betekenis, de tijdloosheid en het toekomstperspectief van het materiaal brons in al zijn aspecten te beschrijven, zou het perspectief uitgebreid moet worden tot het tijdperk vóór het jaar 0.

De geschiedenis van de mensheid werd in belangrijke mate bepaald door materialen die wij tot op heden in ons dagelijks leven tegenkomen. Wanneer men de diverse tijdperken van de geschiedenis van de mensheid in ogenschouw neemt, worden de diepe betekenis en het belang van deze materialen duidelijk. Zij hebben belangrijke tijdperken in de ontwikkeling van de mens hun naam gegeven: Stenen tijdperk, Kopertijd, Bronstijd en IJzertijd. Of individuele materialen van onze huidige tijd in de toekomst ook een dergelijke roem zullen vergaren, is een grote vraag.

De vroegere kennis van materiaal berustte uitsluitend op hun waarde en hun frequentie binnen de chemie. Wat houd dat in? In de vroege historie van de mensheid waren de eerste metalen materialen alleen toegankelijk, wanneer zij in hun pure vorm in de aardkorst aanwezig waren. Zij moesten als element aanwezig zijn, omdat de noodzakelijke processen voor het winnen van metalen nog onbekend waren.

Dat betekent tegelijkertijd dat zij niet aan natuurlijke corrosieprocessen blootgesteld mochten zijn. Slechts een handvol metalen voldeed aan deze criteria, en wel: goud, zilver, platina en koper. IJzer wordt in dit verband ook steeds weer genoemd. Daarbij dient echter vermeld te worden dat het bij het in de prehistorie bekende ijzer altijd om meteorietenijzer ging, zodat het in de beschikbare hoeveelheden duidelijk achterbleef bij de edelmetalen.

De prehistorische kennis over de bovengenoemde elementen berustte daarom op hun ontbrekende of geringe affiniteit met de ons allen bekende niet-metalen zuurstof, zwavel, chloor etc. Dit feit leidde er tenslotte toe dat goud, zilver en platina als edelmetalen en koper als half edelmetaal aangeduid werden. 

De naamgeving was daardoor "de eerste door leken verrichte corrosiebeschouwing" van de in die tijd bekende metalen materialen.

 

Koper had door zijn ruimere beschikbaarheid een voorsprong op de edelmetalen en begon daarom als belangrijkste metaal voor de ontwikkeling van de mensheid al ca. 5000 jaar vóór Christus aan zijn opmars. Door hameren en smeden van de materialen werden schalen, gekromde platen als waterleidingen en kunstvoorwerpen gemaakt. 

Met een gericht gebruik van energie, d.w.z. met door wind tot hoge temperaturen gebracht vuur, lukte het om de eerste met giettechniek geproduceerde voorwerpen te maken.

Deze stap kon pas gezet worden, nadat de mens het probleem van een vuurvaste schaal voor het smelten van metaal opgelost had. In de regel werd koper in een steen of in een met leem beklede schaal of in een gat in de bodem gesmolten en daarna verwerkt.

In het kader van deze ontwikkeling werd het koper zonder eigenlijke kennis van de handelende persoon ook in ertshoudende gesteentes of aarde gesmolten.

Dit was de geboorte van de eerste legeringen op koperbasis. Voegde men tin aan het koper toe, dan kreeg men "brons”. Werd het element zink toegevoegd aan koper, dan kreeg men “messing”. 

Beide materialen werden vanwege hun beschikbaarheid en duurzaamheid al snel op grotere schaal gebruikt binnen de menselijke beschaving. Maar al in deze vroege fase van de ontwikkeling van het gebruik van metalen deelden de gebruikers de metaallegeringen in op grond van hun houdbaarheid. Messing werd verwerkt tot sierraden en tot gebruiksvoorwerpen voor gebruik in afgeschermde leefruimtes. Brons was daarentegen geschikt voor kunst- en gebruiksvoorwerpen die bestand waren tegen weersinvloeden en zelfs tegen zeewater. Deze trotseerden deze extreme omgevingen 7000 jaar lang en staan ons tegenwoordig ter beschikking als getuigen van deze prehistorische ontwikkeling.

Door het ontstaan van ambachten en van de latere industrie steeg de behoefte aan metalen materialen zo sterk, dat deze niet meer door de bovengenoemde, in de aardkorst in hun pure vorm voorkomende metalen afgedekt kon worden. De mensheid zocht naar nieuwe wegen en vond via de metaaloxidereductie de weg naar de grote kopervoorkomens en naar ijzer, aluminium etc.

Deze vooruitgang van de mensheid ging tegelijkertijd gepaard met de nu nog actuele problematiek van de corrosiebestendigheid en de ionenuitwisseling van legeringen.

Om het materiaal brons in al zijn betekenis, tijdloosheid en toekomstperspectieven uitvoerig te beschrijven, zou het perspectief uitgebreid moeten worden tot het pre-christelijke tijdperk.

Metaalwinning door reductie

Bij beschouwing van de winning van metalen uit hun verbindingen zal men vaststellen dat bijv. chemisch stabiele oxides met behulp van koolstof op een energetisch hoger, maar tegelijk ook instabiel niveau gebracht kunnen worden, zie afb. 6. Wanneer de begrippen "stabiel" en "instabiel" gelijkgesteld worden met de mate waarin er sprake is van een uitgebalanceerde toestand, dan blijkt dat de instabiele toestand door het aanbieden van corrosieve elementen snel en probleemloos teruggebracht kan worden in de stabiele toestand. De elektrolyt water biedt hiervoor een vrijwel onuitputtelijk potentieel.

Brons-uitspraken in DIN 50930-6

“Brons is zonder beperkingen inzetbaar voor drinkwater”

Zoals in de navolgende tabel weergegeven, wordt de bronslegering door DIN 50930-6 slechts in geringe mate gemodificeerd. Er zijn alleen veranderingen voor de elementen lood en nikkel. De verlaging van het lood ligt daarbij slechts 1% van de tot nu toe toegelaten minimale waarde in DIN EN 1982. De waarde van nikkel ervaart met < 0,6 % slechts een reductie binnen de bovengenoemde materiaalnorm. Het gaat daarbij niet om een nieuw, maar een gemodificeerd brons met een 1% lager loodgehalte.

Drinkwatertoepassing

Brons = CuSn5Zn5Pb2 Elementen volgens DIN 50930-6 geschikt voor drinkwater
Koper Cu Rest
Tin Sn Geen info
Zink Zn Geen info
Lood Pb max. 3,0 %
Nikkel Ni max. 0,6 %
Antimoon Sb max. 0,1 %
Verontreinigingen Telkens max. 0,02 %
Samenvatting van de elementen volgens DIN 50930-6*  

* DIN 50930-6 vermeldt alleen een aanwijzing over de beïnvloeding van
het drinkwater door de migratie van metaalionen. De norm doet geen
uitspraken over de corrosiebestendigheid van het materiaal.

Onderzoek naar dit gemodificeerde materiaal laat zien dat de mechanische waarden, d.w.z. de stevigheid, uitzetting en hardheid, na verandering van het materiaal beter worden. Dit is goed beredeneerbaar. Lood is als doorsnedeverminderend element aanwezig in de structuur. Wordt het qua hoeveelheid gereduceerd, dan kunnen optredende trekspanningen in versterkte mate door de alfa-basisstructuur opgenomen en door vervorming gecompenseerd worden.

Deze feiten en het meerjarige onderzoek naar de legering volgens DIN 50931-1 hebben ertoe geleid dat het materiaal na zijn modificatie via DIN 5930-6 gecertificeerd wordt voor de onbeperkte inzetbaarheid voor drinkwaterinstallaties als appendage- en fittingenmateriaal.

Brons-uitspraken in DIN 1988

Deze norm geeft o.a. aan dat aan volgende voorwaarden voldaan moet worden:

  • Voor bouwprojecten dient men bij de waterleidingbedrijven actuele informatie over de drinkwaterspecificaties in de relevante regio op te vragen (drinkwateranalyse).
  • De materiaalkeuze dient plaats te vinden op grond van de wateranalysegegevens (parameters volgens tabel 1, DIN 50930-6) en de toepassingsbereiken voor materialen volgens DIN 50930-6.

Omdat er in de geciteerde norm DIN 50930-6 geen beperkingen voor het hier beschreven brons gelden, worden er aan het materiaal ook van deze zijde geen beperkingen opgelegd.