Vật liệu đồng là kim loại đồng (ký hiệu Cu) và các hợp kim của nó như đồng thau, đồng thanh. Đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, dẻo, dễ gia công, chống ăn mòn khí quyển và nước sạch tốt, nên được dùng làm dây điện, ống dẫn, bộ trao đổi nhiệt và thân van. Trong van và phụ kiện đường ống, vật liệu đồng chủ yếu có mặt dưới dạng đồng thau và đồng thanh.
Mục lục
Vật liệu đồng là gì?
Đồng là nguyên tố số 29, nguyên tử khối 63,546, thuộc nhóm 11, chu kỳ 4 của bảng tuần hoàn (cùng nhóm với bạc và vàng). Ở dạng nguyên chất, vật liệu đồng là kim loại màu đỏ cam, dẻo, kết tinh theo mạng lập phương tâm mặt. Mạng này có nhiều hệ trượt nên đồng kéo được thành dây mảnh và cán thành lá mỏng mà không gãy.
Trong công nghiệp, “vật liệu đồng” gồm cả đồng nguyên chất (Cu từ 99,9%) lẫn hợp kim đồng. Hợp kim là đồng pha kẽm, thiếc, nhôm hoặc niken để tăng độ bền, độ cứng hoặc khả năng đúc.
Tính chất vật lý
| Tính chất | Giá trị |
|---|---|
| Khối lượng riêng (20°C) | 8,96 g/cm³ |
| Nhiệt độ nóng chảy | 1.084,6°C |
| Dẫn nhiệt | Khoảng 400 W/m·K |
| Điện trở suất (20°C) | Khoảng 1,68×10⁻⁸ Ω·m |
| Từ tính | Không có (nghịch từ) |
Khối lượng riêng 8,96 g/cm³ nặng hơn thép cacbon (khoảng 7,85 g/cm³), nên van làm từ vật liệu đồng cùng kích thước thường nặng hơn van thép. Muốn tính khối lượng chi tiết, tra bảng khối lượng riêng vật liệu làm van rồi nhân với thể tích.
Vật liệu đồng gia công cắt gọt, uốn, hàn và hàn thiếc dễ. Hợp kim chứa chì (đồng thau cho van) cho phoi gãy ngắn khi tiện nên gia công nhanh và bề mặt đẹp.
Tính dẫn điện, dẫn nhiệt
Đồng dẫn điện tốt vì mỗi nguyên tử đóng góp một electron hóa trị gần như tự do, và mạng tinh thể sạch ít tán xạ electron. Người ta lấy độ dẫn điện của đồng ủ tinh khiết làm chuẩn so sánh: 100% IACS tương ứng 58 MS/m ở 20°C. Bạc đứng đầu với khoảng 105–108% IACS, vàng khoảng 70%, nhôm khoảng 61–65%. Thứ tự là bạc, đồng, vàng, nhôm. Vàng không phải chất cách điện và dẫn điện kém hơn đồng; dây điện không làm bằng vàng chủ yếu vì giá. Bảng đầy đủ nằm trong bài chất dẫn điện.
Tạp chất làm đồng dẫn điện kém đi, vì nguyên tử lạ làm tán xạ electron. Đồng thau (pha kẽm) chỉ còn khoảng 25–28% IACS. Đồng điện phân dùng làm dây dẫn phải đạt độ tinh khiết cao.
Dẫn nhiệt cũng nhờ electron tự do: khoảng 400 W/m·K, cao gấp khoảng 25 lần thép không gỉ. Vì vậy vật liệu đồng được dùng cho ống dàn lạnh điều hòa và bộ trao đổi nhiệt.
Phân loại đồng và hợp kim đồng
Ba nhóm vật liệu đồng sau hay bị gọi lẫn trên thị trường, nên cần phân biệt theo thành phần.
| Nhóm | Thành phần | Đặc điểm | Dùng làm |
|---|---|---|---|
| Đồng nguyên chất (C11000 / Cu-ETP) | Cu ≥99,9% | Dẫn điện, dẫn nhiệt cao nhất, mềm | Dây điện, ống đồng, thanh cái |
| Đồng thau (Cu–Zn) | Zn khoảng 5–45% | Dễ gia công, rẻ hơn đồng thanh | Thân van bi, rắc co, phụ kiện ren |
| Đồng thanh (Cu–Sn, bronze) | Cu với Sn, thường thêm Pb, Zn | Đúc tốt, chịu mài mòn, chống ăn mòn nước tốt | Van cổng, van cầu, bạc lót, thân van đúc |
Đồng nguyên chất (đồng đỏ)
Đồng nguyên chất đạt Cu từ 99,9% (mác C11000, còn gọi Cu-ETP). Màu đỏ cam, mềm, dùng nơi cần dẫn điện hoặc dẫn nhiệt. Độ bền cơ học thấp nên ít làm thân van chịu áp.
Đồng thau (Cu–Zn)
Đồng thau là hợp kim đồng với kẽm. Kẽm tăng độ bền và độ cứng, đồng thời màu chuyển từ đỏ sang vàng khi tỷ lệ kẽm tăng. Mác làm van phổ biến là CW617N (CuZn40Pb2) theo EN 12165, với Cu khoảng 57–59%, Pb 1,6–2,5%, còn lại là kẽm. Không có một tỷ lệ “67/33” chung cho mọi đồng thau; thành phần phụ thuộc mác.
Đồng thanh (Cu–Sn, bronze)
Đồng thanh là đồng pha thiếc. Mác C83600 (Cu-Sn5-Pb5-Zn5, theo ASTM B62) dùng cho thân van đúc có yêu cầu cao nhờ đúc tốt và bền trong nước. Thị trường thường gọi đồng thanh là “đồng đỏ”, dễ nhầm với đồng nguyên chất; khi đặt hàng nên hỏi rõ mác. Sự khác biệt, cơ chế khử kẽm và cách chọn được trình bày trong bài đồng thau và đồng đỏ.
Khả năng chống ăn mòn và kháng khuẩn
Vật liệu đồng chống ăn mòn khí quyển nhờ màng oxit rồi lớp patina. Trong không khí, bề mặt phủ màng Cu₂O mỏng, sau nhiều năm thành lớp gỉ xanh gồm đồng cacbonat bazơ và đồng sunfat bazơ, bám chặt và ngăn ăn mòn tiếp. Đó là lý do mái đồng ngoài trời bền hàng chục năm. Lớp gỉ xanh này là patina của đồng, không phải đồng thau.
Bề mặt đồng và nhiều hợp kim đồng có tác dụng kháng khuẩn: ion đồng phá màng và enzyme của vi khuẩn. Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã đăng ký hợp kim đồng là bề mặt kháng khuẩn từ năm 2008, với kết quả thử nghiệm diệt trên 99,9% một số loại vi khuẩn sau 2 giờ trên bề mặt sạch. Xem thêm tổng quan về bề mặt tiếp xúc hợp kim đồng kháng khuẩn. Hiệu quả này không thay thế việc vệ sinh.
Giới hạn của đồng
Vật liệu đồng không phù hợp mọi môi trường. Các trường hợp cần tránh:
- Amoniac và muối amoni: gây nứt ăn mòn ứng suất ở đồng thau có ứng suất dư (còn gọi nứt theo mùa).
- Axit oxy hóa như HNO₃ và axit đặc nóng: hòa tan đồng nhanh.
- Nước biển chảy nhanh: xói mòn đồng thau; môi trường biển nên chọn đồng thanh hoặc vật liệu khác.
- Nước mềm có CO₂ hoặc nhiều Cl⁻: khử kẽm ở đồng thau, để lại lớp đồng xốp, giòn, gây rò.
- Khí H₂S và hợp chất lưu huỳnh: làm đồng xỉn đen.
Tra vật liệu theo từng môi chất ở bài chọn vật liệu van theo môi chất.
Đồng trong van và phụ kiện
Vật liệu đồng, chủ yếu là đồng thau và đồng thanh, được dùng cho van và phụ kiện đường nước sạch, nước nóng, khí nén và hơi áp thấp. Cỡ phổ biến là DN15 đến DN50, có loại đến DN65 (tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng). Nối ren là kiểu lắp chính.
- Van bi đồng: thân đồng thau, bi thường là đồng thau mạ crom (không phải inox). Dùng cho nước sạch dân dụng, khí nén.
- Van cổng đồng: đóng mở kín dòng, dùng cho đường nước có ít thao tác.
- Van 1 chiều đồng: chống chảy ngược, loại lá lật hoặc lò xo.
- Y lọc đồng, van giảm áp đồng, rắc co, kép, lơ: phụ kiện đồng thau nối ren.
-
Sản phẩm van 1 chiều lá đồngGiá gốc là: 175,000₫.115,000₫Giá hiện tại là: 115,000₫. -
Van khoá đồng hồ nướcGiá gốc là: 85,000₫.65,000₫Giá hiện tại là: 65,000₫.
-
Kép đồngGiá gốc là: 4,000₫.3,000₫Giá hiện tại là: 3,000₫.
-
Cút đồngGiá gốc là: 13,000₫.12,000₫Giá hiện tại là: 12,000₫.
-
Lơ thu đồngGiá gốc là: 3,000₫.2,000₫Giá hiện tại là: 2,000₫.
-
Van an toàn đồngGiá gốc là: 160,000₫.120,000₫Giá hiện tại là: 120,000₫.
Ứng dụng khác của vật liệu đồng
- Dây và cáp điện, thanh cái, cuộn dây động cơ: dẫn điện cao.
- Ống đồng điều hòa, tủ lạnh, ống nước nóng lạnh: dẫn nhiệt, dễ uốn và hàn.
- Bộ trao đổi nhiệt, tản nhiệt: dẫn nhiệt cao.
- Mái, ốp tường, lan can kiến trúc: patina bền ngoài trời.
- Đầu nối, chân cắm, tiếp điểm điện tử: điện trở tiếp xúc thấp.
Nhận biết vật liệu đồng
Màu sắc cho dấu hiệu đầu tiên: đồng nguyên chất đỏ cam, đồng thau vàng, đồng thanh nâu đỏ. Nhưng lớp mạ hoặc sơn có thể đánh lừa, nên cạo một vết nhỏ để xem lõi.
Nam châm không hút đồng, nhưng điều này chưa đủ để xác định chất liệu. Nhôm, kẽm, đồng thau và inox 304 cũng không bị hút. Ngược lại, thép mạ đồng bị nam châm hút, nên thử nam châm chỉ giúp loại trừ lõi thép.
Hai cách đáng tin hơn: đo khối lượng riêng (đồng 8,96 g/cm³, đồng thau khoảng 8,4–8,5, nhôm 2,70) và phân tích thành phần bằng máy XRF cầm tay.
Viva cung cấp van và phụ kiện bằng đồng tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội; giao hàng toàn quốc. Liên hệ kỹ thuật để chọn đúng mác đồng theo môi chất:
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Xem thêm: kiến thức về các loại vật liệu
Câu hỏi thường gặp
Đồng có dẫn điện không?
Có. Đồng dẫn điện rất tốt, được lấy làm chuẩn 100% IACS (58 MS/m ở 20°C), chỉ thua bạc khoảng 105–108%. Hợp kim đồng thau chỉ còn khoảng 25–28% IACS vì kẽm làm electron tán xạ nhiều hơn. Vì vậy dây điện dùng đồng tinh khiết, còn van dùng đồng thau.
Đồng có bị gỉ không?
Đồng không gỉ sắt như thép, nhưng bị oxy hóa tạo màng nâu rồi lớp patina xanh gồm cacbonat và sunfat bazơ. Lớp này bảo vệ kim loại bên trong. Đồng thau trong nước mềm hoặc nhiều Cl⁻ có thể bị khử kẽm, và bị nứt khi gặp amoniac.
Van đồng có dùng cho nước uống được không?
Được nếu chọn đúng mác: đồng thau ít chì hoặc DZR (chống khử kẽm) đạt quy chuẩn nước sinh hoạt. Đồng thau CW617N có chì 1,6–2,5% để dễ gia công, cần xác nhận mác và chứng nhận với nhà sản xuất trước khi dùng cho nước uống. Chi tiết xem bài đồng thau và đồng đỏ.
