Die Entdeckung der Phosphorbronze gilt als Meilenstein der modernen Metallurgie im 19. Jahrhundert. Bis in die 1860er-Jahre litten Zinnbronzen beim Guss unter der Bildung von schädlichen Kupferoxiden (Kupferoxydul), die durch den Luftsauerstoff in der Schmelze entstanden. Diese Oxideinschlüsse führten zu einem unregelmäßigen Metallgefüge und machten Werkstücke spröde und anfällig für Risse. Um 1869 erfand der deutsche Chemiker und Metallurge Karl Künzel (in internationalen Quellen oft Charles Kuenzel) unter Mitwirkung des belgischen Industriellen Georges Montefiore-Levi ein reproduzierbares Verfahren zur systematischen Desoxidation von Bronzeschmelzen. Indem sie der flüssigen Masse vorlegiertes Phosphorkupfer oder Phosphorzinn beimischten, entzog der reaktionsfreudige Phosphor dem Kupfer den Sauerstoff. Die entstandene Phosphorsäure stieg als Schlacke an die Oberfläche und konnte abgeschöpft werden. Zurück blieb eine absolut reine, sauerstofffreie Metallmischung.
Das Verfahren wurde ab 1870 weltweit patentiert und führte zu einem erbitterten Patent- und Prioritätsstreit mit dem österreichischen General Franz von Uchatius um die Entwicklung der sogenannten Stahlbronze für Kanonenrohre. Während Uchatius die Härtung rein mechanisch durch Kaltverformung erzeugte, setzte sich Künzels Phosphorbronze aufgrund ihrer überlegenen Werkstoffeigenschaften rasch in der zivilen Industrie (Schiffbau, Telegrafie, Maschinenbau) durch. Im Bereich der militärischen Anwendung konnte sich die Phosphorbronze nicht durchsetzen. Versuche der italienischen Armee unter Giuseppe Rosset ergaben, dass die Phosphorbronze im Vergleich zur Stahlbronze für den Einsatz in der Artillerie unterlegen war. Aus diesem Grund wurden keine Geschütze mit Rohren aus Phosphorbronze realisiert.
Fast zeitgleich ließ sich Alexander Lawrow ein ähnliches Verfahren patentieren. Lawrow war 1868 vom Zarenreich nach Lüttich geschickt worden und experimentierte in den dortigen Werken Seite an Seite mit Künzel. Das Patent von Lawrow wurde aber ausschließlich in Russland angewendet.
Die beiden Franzosen Henri de Ruolz und Henri de Fontenay gingen nach dem Erfolg der Phosphorbronze an die Öffentlichkeit und erhoben vor der französischen Académie des sciences offiziell Einspruch und beanspruchten das Recht der historischen Priorität (die wissenschaftliche Erstentdeckung) für sich. Beide gaben an, sie hätten im Auftrag der französischen Armee schon 1854 umfassende Versuche mit Phosphor und Bronze unternommen. Nur aus Gründen des Patriotismus hätten sie damals kein Patent angemeldet.
Künzel und Montefiore-Levy wiesen die Vorwürfe zurück, sie hätten die Legierung um 1869–1871 unabhängig davon entscheidend weiterentwickelt, perfektioniert und die Patente gesichert. Künzel schrieb hierzu, dass Ruolz und de Fontenay in den 1850er Jahren nur unvollständige Laborversuche durchgeführt zu haben, die nie zu einer verlässlichen, reproduzierbaren industriellen Produktion geführt haben. Erst durch die Arbeit von Künzel wäre eine exakte metallurgische Dosierung und chemische Kontrolle gelungen, durch die die Phosphorbronze zu dem extrem harten und fehlerfreien Werkstoff wurde, der kommerziell genutzt werden konnte.
In Deutschland wurde die Phosphorbronze hauptsächlich durch die Firma Georg Höper aus Iserlohn hergestellt.
Beschreibung
Zusammensetzung und Struktur:
Die Zusammensetzung variiert je nach Verwendungszweck des Werkstoffs, bewegt sich jedoch üblicherweise in folgenden Grenzen:
Kupfer (Cu): Basis (ca. 85–95%)
Zinn (Sn): 4,0 bis 10,0% (erhöht die Festigkeit und Härte)
Phosphor (P): 0,01 bis 0,4% (nach der Desoxidation im Gefüge verbleibend)
In der modernen Normung (z. B. nach DIN EN) werden Phosphorbronzen häufig unter Bezeichnungen wie CuSn6P (Werkstoffnummer 2.1020) oder CuSn8P (2.1030) klassifiziert.
Auf mikroskopischer Ebene bewirkt die Reinigung des Gefüges von Oxiden eine extrem homogene Kristallstruktur mit feinem Korn. Der verbleibende Phosphor erhöht zudem die Fließfähigkeit der Schmelze erheblich, was präzisere Gussformen ermöglicht.
Verwendung
Eine Saite einer Gitarre aus PhosphorbronzeBei diesen Musikinstrumenten ist die typische Färbung gut zu erkennen
Während sie im Maschinenbau und in der Elektrotechnik bevorzugt für Federn, Steckverbinder, Relaisbauteile sowie hochbelastete Lager verwendet wird, besitzt sie in der Akustik eine herausragende Bedeutung. Im Vergleich zu Messing wird Phosphorbronze für Becken bevorzugt, da sie eine höhere Elastizität aufweist, was zu einem breiteren Klangspektrum und einem längeren Ausklingen (Sustain) führt. Zudem dient sie als Ersatz für übliches Messing bei der Herstellung von Korpora und Schallbechern metallischer Blasinstrumente wie Trompeten, Flügelhörnern, Posaunen und Saxophonen, denen sie neben einer rötlich-orangen Optik ein breiteres harmonisches Ansprechverhalten verleiht. Darüber hinaus wird das Material für die Umwicklung von Saiten für Akustikgitarren, Mandolinen und Violinen genutzt, bildet die Stimmzungen von Harmonikas sowie Orgelpfeifen – wo es ständigen Vibrationen formstabil standhält – und findet Verwendung bei der Konstruktion bestimmter Snare-Drums und Tamburin-Schellen.
Literatur
G. Montefiore-Levi, C. Künzel: Die Versuche über die Anwendung verschiedener Legirungen und besonders der phosphorhaltigen Bronze zum Geschützgusse. In: Dinglers Polytechnisches Journal. Band 202, 1871, S. 12.
Carl Künzel: Ueber Bronzelegirungen und ihre Verwendungen für Geschützrohre und technische Zwecke. C.C. Meinhold & Söhne, Dresden 1875.
↑ Byrn, Edward - The progress of invention in the nineteenth century, New York, 1900 S. 389
↑Montefiore-Levy, Kunzel - Essay on the use of various alloys, especially of phosphorous bronze, for the founding of cannon, 1872
↑ Jahrbuch der Erfindungen und Fortschritte auf den Gebieten der Physik, Chemie und chemischen Technologie, der Astronomie und Meteorologie, Band 15, 1879, S. 362
↑Berliner Beiträge zur Archäometrie, Band 2, Berlin 1977, S. 23
↑Chemisches Central-Blatt, vollstandiges Repertorium fur alle Zweige der reinen und angewandten Chemie, 1872, S. 249
↑Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, tome 074, 1872.djvu/1618, S. 314
