Verliest koper zijn geleidbaarheid als je het verft?

De oppervlaktegeleidbaarheid van koper kan worden beïnvloed door het schilderen, terwijl de interne geleidbaarheid behouden blijft. Dit betekent echter niet dat alle coatings of verfsoorten de oppervlaktegeleidbaarheid van koper beïnvloeden. Lees deze handleiding om te leren hoe u het juiste materiaal voor oppervlaktebehandeling kiest en hoe u koperen onderdelen op de juiste manier schildert. Deze aspecten zijn essentieel voor de prestaties van de onderdelen.

Voorkomt verf dat koper elektriciteit geleidt?

Het verven van koper heeft geen invloed op het vermogen om intern elektrische stroom te geleiden. Het verven van koper beïnvloedt wel de elektrische geleidbaarheid aan het oppervlak van het koper. Het is belangrijk om het verschil duidelijk te maken tussen de geleidbaarheid die intern in het koper optreedt en de geleidbaarheid aan het oppervlak van het koper wanneer er contact is tussen de metalen.

Interne geleidbaarheid

Interne geleidbaarheid is het vermogen van koper om elektrische stroom intern van het ene naar het andere uiteinde te geleiden. Door het vlakgecentreerde kubische kristalrooster van koper heeft het een extreem groot aantal vrije elektronen, wat de reden is dat de elektrische geleidbaarheid in het bulkmetaal 58.5 × 10⁶ S/m bedraagt ​​met een waarde van 100% IACS (International Annealed Copper Standard). Deze eigenschap blijft volledig onafhankelijk van wat er aan het oppervlak gebeurt. Een typisch voorbeeld hiervan is koperdraad.

Oppervlaktecontactgeleidbaarheid

Oppervlaktecontactgeleidbaarheid wordt gedefinieerd als de geleidbaarheid van elektriciteit die door een koperen oppervlak stroomt dat in direct fysiek contact staat met een ander koperen oppervlak, zoals in het geval van contacten, connectoren, boutverbindingen en aarding.

Oppervlaktecontactgeleidbaarheid is altijd een belangrijk aspect bij CNC-gefreesde koperen onderdelen, omdat de keuze van verschillende oppervlaktebehandelingsmaterialen de oppervlaktecontactgeleidbaarheid aanzienlijk kan beïnvloeden. Niet alle verfsoorten zorgen er echter voor dat koperen onderdelen hun oppervlaktecontactgeleidbaarheid verliezen. Dit hangt af van de gebruikte oppervlaktebehandelingsmaterialen en het toegepaste proces. Tijdens het lakken van koperen componenten worden de geleidende gebieden doorgaans afgedekt.

Waarom worden koperen onderdelen vaak geverfd?

Koper is een element dat zelfs in een normale, droge omgeving probleemloos gebruikt kan worden en niet corrodeert zoals ijzer. Echter, bij industrieel gebruik, waar elementen worden blootgesteld aan hitte, vocht, chemische stoffen of zoute lucht, vormt koper een probleem.

Koper moet beschermd worden om de effectiviteit en levensduur te garanderen. Schilderen is de meest efficiënte manier om dergelijke bescherming te bieden aan niet-aanraakbare delen. Hier zijn drie belangrijke redenen waarom uw technici mogelijk om geschilderde koperen onderdelen vragen.

Koper oxideert gemakkelijk.

Koper oxideert door interactie met lucht in de vorm van zuurstof en vocht, waardoor koperoxiden (Cu₂O en CuO) ontstaan. Onder normale omgevingsomstandigheden begint deze reactie binnen een dag nadat het oppervlak is blootgesteld, vooral na bewerking, omdat dan nieuwe metalen oppervlakken worden blootgesteld. Koperen onderdelen worden over het algemeen geverfd om oxidatie te voorkomen of te vertragen, omdat oxidatie kan leiden tot verkleuring of aanslag van het oppervlak. Continue oxidatie resulteert bijvoorbeeld in de vorming van kopercarbonaat, dat zich manifesteert als groen kopergroen.

Kopercorrosie in een agressieve omgeving

Het is bekend dat koper na verloop van tijd corrodeert in zeer veeleisende omgevingen, zoals een maritieme omgeving of een chemische fabriek, of op plaatsen met een hoge luchtvochtigheid en luchtverontreiniging. Dit gebeurt echter niet onder alle omstandigheden, aangezien koper zeer stabiel is in schone, droge atmosferen.

Wanneer echter chloriden, zwavelverbindingen of zuren aanwezig zijn, kunnen putcorrosie en structurele schade optreden, met name bij dunwandige of nauwkeurig bewerkte onderdelen. De levensduur van componenten wordt daarom verlengd, omdat een verf- of coatinglaag het koper beschermt tegen contact met de omgeving, wat anders binnen enkele maanden tot degradatie zou leiden.

Welke soorten verf beïnvloeden de geleidbaarheid van koper?

De relatie tussen de geleidbaarheid van koper en de coatings is niet voor alle coatings hetzelfde. Er zijn twee algemene typen:

• coatings die de oppervlaktegeleidbaarheid volledig remmen
• coatings die zijn samengesteld om de oppervlaktegeleidbaarheid te behouden

Voordat een specificatie voor een oppervlaktebehandeling wordt vastgesteld, is het belangrijk te begrijpen tot welke categorie de coating behoort en welke invloed dit heeft op de geleidbaarheid van het oppervlak van uw specifieke koperen component.

Epoxy verf

Epoxyverf, een dichte, dwarsverbonden polymeerfilm, hecht goed aan koper en is zeer bestand tegen chemicaliën, vocht en mechanische slijtage. Deze eigenschappen maken het populair als beschermende coating voor koperen behuizingen en in contactloze toepassingen. Dezelfde eigenschap die epoxy zo sterk maakt, maakt het echter ook zo nuttig als diëlektricum.

Met name bij koper verhoogt een epoxycoating de soortelijke weerstand van het oppervlak tot meer dan 10¹³ Ω·m, waardoor een geëpoxeerd koperen oppervlak geen stroom doorlaat naar een ander onderdeel of contact. Epoxy is geschikt wanneer bescherming prioriteit heeft, maar mag nooit worden gebruikt op plaatsen waar een elektrische verbinding gewenst is.

Acrylverf

Acrylverf is een populaire verfsoort voor koperen behuizingen omdat deze niet vervaagt en bestand is tegen de schadelijke effecten van UV-licht. Acryl is een elektrische isolator op koperen oppervlakken en heeft een oppervlakte-weerstand van > 10¹² Ω·m, wat gelijk is aan de weerstandswaarde van epoxy en de geleiding via oppervlaktecontact even goed blokkeert.

Het aanbrengen van acryl aan de binnenzijde van koperen aansluitingen/aardingspads voorkomt stroomdoorgang door contact tussen deze oppervlakken. Daarom kan acryl alleen worden gebruikt voor decoratieve/beschermende oppervlaktecoatings en kan het geen elektrische functie vervullen op koperen elementen.

Poeder Coating

Poedercoating is een droge polymeerfilm die elektrostatisch wordt aangebracht en in een oven wordt uitgehard. Dit resulteert in een van de dikste en meest uniforme isolatiematerialen die er zijn. Poedercoating biedt een oppervlakte-weerstand van meer dan 10¹⁴ Ω·m, wat het hoogste isolatieniveau is van alle gangbare coatingtypen, op koper.

Poedergecoate koperen oppervlakken hebben door de dikte en diëlektrische sterkte van het oppervlak vrijwel geen oppervlaktegeleidbaarheid. Ze worden gebruikt voor koperen elektrische behuizingen en andere toepassingen waar duurzaamheid en oppervlaktebescherming vereist zijn. Plak alle aardingspunten, boutgaten, contactvlakken en aansluitklemmen af ​​voordat u de poedercoating aanbrengt.

Geleidende verf

Geleidende verf wordt samengesteld door metaaldeeltjes als vulmiddel te mengen met een bindmiddel, meestal een polymeer. Wanneer deze verf op koperen oppervlakken wordt aangebracht, zorgen deze metaaldeeltjes ervoor dat er altijd een elektrisch pad door de coatinglaag loopt, waardoor de oppervlaktegeleidbaarheid op een bruikbaar niveau blijft. Goede geleidende verven voor een droge laagdikte van 1 mil op koper kunnen een oppervlakteweerstand van minder dan 1 Ω/sq en hoge EMI-waarden van meer dan 75 dB bereiken in het frequentiebereik van 30 MHz tot 1.5 GHz.

Koper schilderen versus koper galvaniseren

Galvaniseren kan ook een betere bescherming en behoud van elektrische eigenschappen bieden dan andere methoden, wanneer oppervlaktebescherming gewenst is. De onderstaande vergelijking kan u helpen de verschillen te begrijpen, zodat u kunt bepalen welke oppervlaktebehandeling het meest geschikt is voor uw koperen onderdelen.

Verschillen in oppervlaktegeleidbaarheid

Het verven van koper houdt in dat er een niet-metalen laag op de koperen onderdelen wordt aangebracht, waardoor de stroomgeleiding wordt voorkomen. Bij het galvaniseren van koper daarentegen wordt een metalen laag op de koperen onderdelen aangebracht, wat niet alleen het oppervlak van de onderdelen beschermt, maar ook de normale contactgeleidbaarheid van de onderdelen behoudt.

Oxidatiebescherming

Zowel schilderen als galvaniseren zijn effectieve oppervlaktebehandelingen om koper te beschermen tegen oxidatie, maar ze doen dat op verschillende manieren. Schilderen vormt een fysieke barrière die zuurstof en vocht buiten houdt, terwijl galvaniseren een stabiele beschermlaag aanbrengt om oxidatie te verminderen. Op dezelfde manier kunnen beide methoden koperen onderdelen beschermen tegen corrosie, alleen de manier waarop ze dat doen verschilt.

Verwerkingsmoeilijkheden

Het is eenvoudig om koper te verven. Poedercoaten is een tweede-fase coating en is goed schaalbaar in de productie, maar vereist elektrostatische applicatieapparatuur en uitharding in een oven en kan in de meeste regio's alleen worden toegepast bij temperaturen onder de 200 °C. Het is het meest veeleisende proces wat betreft procesbeheersing (badchemie, stroomdichtheid, oppervlaktevoorbehandeling en spoelen) en moeilijk gelijkmatig aan te brengen op complexe geometrieën. Doorgaans is verven de standaardmethode. Galvaniseren is beperkt tot producten waar elektrische eisen aanwezig zijn en volume en kosten geen rol spelen.

De volgende tabel toont een vergelijking tussen schilderen en galvaniseren:

Industrieën waar de geleidbaarheid van geverfd koper van belang is

Koper wordt veel gebruikt in de industrie. Een evenwicht tussen oppervlaktebescherming en het behoud van de geleidbaarheid is belangrijk. De ontwerpers moeten beslissen welke onderdelen geverfd moeten worden en welke niet. Het allerbelangrijkste is het waarborgen van een goede stroomgeleiding.

Elektrische apparatuurindustrie

Koper is een essentieel materiaal in schakelborden, stroomrails en elektrische apparatuur. Deze onderdelen worden doorgaans geverfd om roestvorming te voorkomen. Onderdelen die in contact komen met ander materiaal, zoals boutgaten en contact-/aardingspunten, mogen echter niet worden geverfd. Het verven van deze plekken bemoeilijkt de stroomgeleiding, waardoor het risico op oververhitting en uiteindelijk uitval van de apparatuur toeneemt.

Communicatieapparatuurindustrie

Voor communicatieapparatuur is het essentieel dat alle naden van een behuizing elektriciteit kunnen geleiden. Dit vermindert de kans dat ongewenste signalen de behuizing binnendringen. Gewone verf geleidt geen elektriciteit en is daarom niet geschikt voor dit doel. Het ontwerpteam gebruikt speciale kopergeleidende verf voor behuizingen zoals 5G-basisstations en radioapparatuur, om een ​​effectieve werking te garanderen.

EV- en batterijsysteem

Koperen staven worden gebruikt om verschillende componenten in accu's voor elektrische auto's met elkaar te verbinden. Deze staven zijn omhuld om ze te beschermen tegen de hitte en chemische reacties die in de accu plaatsvinden. Het is van cruciaal belang dat de elektriciteit goed geleidt op de plaatsen waar de staven met andere onderdelen verbonden zijn. Wanneer er een aanzienlijke hoeveelheid elektrische stroom doorheen loopt, zullen de staven heet worden, zelfs als ze slechts een kleine hoeveelheid verf bevatten.

Medische elektronica-industrie

Voor medische toepassingen zijn er eisen aan de elektrische schokbestendigheid van onderdelen. Verf laat stroom door in dergelijke onderdelen, maar belemmert de stroomdoorgang naar het oppervlak.

Heeft verf ook invloed op de thermische geleidbaarheid van koper?

Ja, het verven van koper kan ook de thermische geleidbaarheid van koper beïnvloeden, maar dit effect is gering. De belangrijkste eigenschap van koper in thermische toepassingen, zoals koelplaten, koelribben en behuizingen voor vermogensmodules, is een zeer snelle warmteafvoer. Elke oppervlaktecoating verandert dit gedrag en de impact hiervan moet in samenhang met de elektrische impact worden beschouwd.

Thermische geleidbaarheid versus elektrische geleidbaarheid

Bij kamertemperatuur heeft koper, een van de hoogste thermische geleidbaarheden van alle constructiemetalen, namelijk ongeveer 401 W/m·K. De waarden voor standaardverven variëren van 0.1 tot 0.5 W/m·K. Wanneer verf over het koper wordt aangebracht, ontstaat er een veel grotere thermische weerstand tussen het koper en de omgeving. Het effect op de thermische geleidbaarheid is echter minder ernstig dan het effect op de elektrische oppervlaktegeleidbaarheid.

Factoren die de thermische geleidbaarheid van geverfd koper beïnvloeden

Dikte van verflagen

Hoe dikker de verf, hoe groter de weerstand tegen warmteoverdracht. Een laagdikte van ongeveer 50 tot 100 millimeter vermindert de warmteoverdracht van het onbedekte koper met 15 tot 30 procent.

Thermische geleidbaarheid van het coatingmateriaal

Verschillende coatings zorgen voor uiteenlopende warmteoverdrachtssnelheden. Normale acryl- of epoxyverf is geen goede warmtegeleider. Sommige speciale verven kunnen worden gemengd met aluminiumoxide of keramiek. Deze stoffen verbeteren de warmtegeleiding. De verven hebben het vermogen om warmte van het oppervlak af te geven en zo bescherming te bieden.

Uniformiteit van de coating

Als de verf niet symmetrisch wordt aangebracht, zal de warmteafvoer op sommige plekken niet gelijkmatig verlopen. De toegenomen dikte kan ervoor zorgen dat het betreffende gebied warmer wordt, waardoor het onderdeel minder efficiënt functioneert. Het is daarom wenselijker om in ontwerpen de toegestane afwijking aan te geven. De dikte van de verf mag niet meer dan 10 micron afwijken van de dikte van de verf op een koperen warmteverspreider.

De volgende tabel toont de factoren die van invloed zijn op het thermisch effect en de ernst daarvan.

Hoe kan ik de geleidbaarheid van geverfde koperen onderdelen garanderen?

In sommige situaties is het nodig dat koper zowel beschermend als geleidend is. Hoewel deze eisen elkaar niet uitsluiten, vereisen ze beide procesbeheersing. Het gaat hierbij niet zomaar om procesbeheersing, maar om weloverwogen ontwerpbeslissingen. Er zijn drie manieren om dit aan te pakken.

Gebruik geleidende verf

De vuistregel is dat wanneer oppervlaktegeleidbaarheid van koperen onderdelen vereist is, de coating zelf ook geleidend moet zijn.

Laat kritieke contactoppervlakken ongeverfd.

De basisregel is dat als het koperen onderdeel elektriciteit moet geleiden op een contactpunt, het niet bedekt mag worden met de isolerende coating. Oppervlaktegeleiding vereist direct metaal-op-metaalcontact op het contactoppervlak en zou worden onderbroken door de aanwezigheid van een diëlektrische film op die metaal-op-metaalgrens. Dit betekent in feite dat je wordt afgeschermd tijdens het oppervlaktebehandelingsproces. Overal waar een aansluiting, aardingspads, boutgatcontactvlakken en/of connectorinterfaces aanwezig zijn, moeten deze worden afgeschermd vóór het coatingproces en weer zichtbaar gemaakt nadat de coating is verwijderd.

Regel de verfdikte

De dikte van de verflaag op koperen onderdelen heeft meerdere gevolgen. Een te dikke laag verhoogt de thermische weerstand, wat belangrijk is voor elk warmteafvoerend koperen onderdeel. Verschillende koperen onderdelen met een beschermende coating vereisen een verschillende laagdikte; de ​​dikte van de droge film moet in uw tekening worden gespecificeerd, meestal 25-75 micron voor de meeste industriële toepassingen. Deze streefwaarde mag niet als standaard worden geaccepteerd, maar moet worden gecontroleerd aan de hand van berekeningen van de thermische weerstand voor koperen onderdelen waar thermische prestaties belangrijk zijn.

Kan CNC-bewerking de coatingkwaliteit van koperen onderdelen beïnvloeden?

Als de kwaliteit van het bewerkte oppervlak niet goed is, zal de kwaliteit van de coating negatief worden beïnvloed. Het oppervlak moet worden voorbereid door een goed CNC-bewerkingscentrum. Coatings hechten niet goed en zijn niet duurzaam als het oppervlak niet goed is voorbereid. Om optimale coatingprestaties te bereiken, is een goede oppervlaktebehandeling vanaf het begin cruciaal.

Oppervlaktekwaliteit beïnvloedt de hechting van de coating.

Een te glad koperen oppervlak zorgt voor een slechte hechting van de coating. Als het oppervlak te ruw is, ontstaan ​​er luchtbellen en dekt de coating niet goed. Bij het bewerken van koperen onderdelen is het belangrijk om de volgende ongewenste fouten te vermijden:

• Bramen
• krassen
• Gereedschapssporen
• Randopbouw (BUE)
• Koelvloeistofresten

Alleen door een goede oppervlaktekwaliteit van de koperen onderdelen te behouden, kan de verf of coating perfect op de koperen onderdelen worden aangebracht; anders kan een slechte verfbehandeling de geleidbaarheid van het koper negatief beïnvloeden.

Tuofa-casestudie: Het vinden van de juiste balans tussen koperbescherming en elektrische geleidbaarheid

Een klant had CNC-gefreesde koperen componenten nodig voor een elektrische toepassing waarbij zowel oppervlaktebescherming als elektrische prestaties cruciaal waren. De koperen onderdelen moesten voorzien zijn van een beschermende coating om oxidatie en corrosie tijdens langdurig gebruik te voorkomen, terwijl specifieke gedeelten direct elektrisch contact moesten behouden.

De grootste uitdaging was dat conventionele verflagen de contactgeleidbaarheid van het oppervlak kunnen verminderen wanneer ze worden aangebracht op functionele verbindingspunten. De klant had een productiepartner nodig die niet alleen koperen onderdelen kon bewerken, maar ook het oppervlaktebehandelingsproces kon beheren om de juiste balans tussen bescherming en geleidbaarheid te garanderen.

Tuofa leverde een geïntegreerde oplossing voor CNC-bewerking en oppervlakteafwerking, inclusief oppervlaktevoorbereiding, maskeringscontrole, coatingapplicatie en eindinspectie.

Challenges

Na bestudering van de tekeningen en toepassingsvereisten van de klant, identificeerde Tuofa twee cruciale uitdagingen:

Bescherming van elektrische contactpunten:

De koperen onderdelen omvatten functionele verbindingspunten die direct metaal-op-metaalcontact vereisten. Deze punten moesten na het schilderen onbewerkt koper blijven, waaronder:

• Contactkussens
• Aardingspunten
• Boutverbindingsoppervlakken
• Schroefdraad gaten
• Montage- en contactoppervlakken

Elke coating op deze plekken kan de contactweerstand verhogen en de elektrische prestaties beïnvloeden.

Kwaliteit van de coating behouden na CNC-bewerking:

CNC-bewerking kan oppervlaktecondities achterlaten die de uiteindelijke prestaties van de coating beïnvloeden, waaronder:

• Gereedschapssporen op bewerkte oppervlakken
• Braamranden rond gaten en randen
• Snijolie en bewerkingsresten

Oplossingen

Om de vereiste balans tussen bescherming en geleidbaarheid te bereiken, heeft Tuofa een gecontroleerd productieproces geïmplementeerd:

Aanbevolen epoxycoating

Op basis van het kopermateriaal, de gebruiksomgeving en de elektrische eisen adviseerde Tuofa een epoxyverfcoating voor de niet-contactoppervlakken van de koperen componenten.

Gecontroleerde laagdikte

Tuofa controleerde de laagdikte binnen 20-50 μm (0.8-2 mil) om betrouwbare bescherming tegen oxidatie en corrosie te bieden zonder onnodige laagdikte op functionele oppervlakken te creëren.

Kwaliteitsinspectie

Twee volledige kwaliteitscontroles vóór en na de oppervlaktebehandeling. Tuofa heeft volledige inspecties en oppervlaktevoorbereiding uitgevoerd om het volgende te verwijderen:

• Bewerkingsolie
• Metaaldeeltjes
• Bramen
• Oppervlakteverontreinigingen

Zonder een goede voorbereiding van het oppervlak kunnen deze problemen de hechting van de coating verminderen en een oneffen oppervlak veroorzaken.

Conclusie

Het aanbrengen van een coating op koper voorkomt de elektrische geleiding niet, maar na het coaten is er geen goed contactoppervlak meer voor elektriciteit. Daarom is het belangrijk om bepaalde delen van het koper niet te coaten als deze elektrisch geleidend moeten zijn. Bij de keuze van een coating kunt u overwegen om epoxy of poedercoating te gebruiken om het koper te beschermen tegen beschadiging; als elektrische geleiding noodzakelijk is, kunt u geleidende verf gebruiken. Zorg ervoor dat de verf de juiste consistentie heeft en dat de ondergrond goed is voorbereid en de juiste afmetingen heeft.

FAQ

Welke soort verf hecht goed aan koper?

Epoxyverf hecht gemakkelijk aan koper omdat het een sterke bindingskracht met het metaal heeft. Door deze stappen correct uit te voeren, zullen acrylverf ook effectief zijn.

Moet je koper eerst gronden voordat je het gaat schilderen?

Ja. Koper is erg glad en verf hecht er niet goed aan. Gebruik daarom een ​​speciale primer voor koper, zodat de verf beter hecht.

Is koper 100% geleidend?

Nee, koper is niet 100% geleidend. Goud, een van de beste metalen voor het geleiden van elektriciteit, wordt overtroffen door zilver. Koper wordt gebruikt als standaard om de elektrische geleidbaarheid van verschillende metalen te vergelijken. Zilver is echter ongeveer 5% beter dan koper.