Fachinformationen rund um's Kleben von

Messing kleben

Das oft goldfarben daherkommende Messing ist seit alters her beliebt etwa für Kunstgegenstände, Schmuck oder Behältnisse. In der Industrie wird es wegen seiner Eigenschaften heute in der Sanitärinstallation, als Material für Lager, für Uhrenzahnräder, Federbänder oder -drähte genutzt. Da sich Messing gut weichlöten lässt, wurde das Kleben als Fügetechnik hier erst ziemlich spät eingeführt. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass sich Messingmaterialien nicht nur untereinander, sondern auch mit andersartigen Werkstoffen gut verbinden lassen.

Kleine Materialkunde Messing

Messing ist eine der verbreitetsten Kupferlegierungen. Alle Messinge, gleich ob Knet- oder Gusslegierungen, haben als Hauptbestandteile das Metall Kupfer (mind. 58 %) sowie Zink. Diese Buntmetalle sind nämlich fähig, Mischkristalle zu bilden. Aufgrund des etwas größeren Atomdurchmessers von Zink verzerren und verspannen die eingebauten Zinkatome die Elementarzellen des Kupfers. Dies führt im Vergleich zu reinem Kupfer zu einer höheren  Festigkeit des Messings, das jedoch weniger hart ist als Bronze (Kupfer-Zinn).

Etymologie und Geschichte

Die Bezeichnung „Messing“ hat ihren Ursprung im lateinischen Wort „massa“, was so viel bedeutet, wie ein Metallblock auf offenem Herd. Um 1550 n. Chr. ist Messing wohl erstmals gezielt aus Kupfer sowie Galmei erschmolzen worden. Doch erst rund 100 Jahre später verstand man es, Messing systematisch aus Kupfer mit Zink zu erschmelzen. Wegen seines Glanzes versuchten Händler seinerzeit nicht selten, Messing als Gold zu verkaufen. Aus Blech getriebene Gefäße kommen seit dem späteren Mittelalter häufiger vor: z. B. als Weihrauchkessel, Weihwassereimer und -becken. Später kamen vielfältige Arten von Haushaltsgeräten hinzu, wie Kessel, Kannen, Schüsseln, Tabakdosen, Waagen, Leuchter, Zapfhähne, Mörser, Tischglocken oder wissenschaftliche Instrumente. Heute findet sich Messing neben Schmuck in Kult- und Kunstgegenständen, bei Griffen und Beschlägen, in Patronenhülsen oder in Antennen und Hohlleitern: Die Steckverbinder besitzen Pins aus Messingdraht. Wegen der Reibeigenschaften kommen Messinglegierungen ebenso als Lagerwerkstoffe in Frage.

Messingsorten, deren Eigenschaften und Verwendung

Kupfergehalte von über rund 59 Prozent grenzen das Gebiet der sog. Messing-Gusslegierungen von den -Knetlegierungen ab.

Typische Gusslegierungen (die Zugfestigkeitswerte erreichen hier bis 750 N/mm2) sind:

  • Gelbguss mit zwischen 56 und 80 Prozent Kupferanteil (z. B. für gegossene Propeller von Sportbooten)
  • Rotguss (Armaturenmessing) mit weiterem Legierungsmetall Blei für die Sanitärinstallation bei endkonturnahen Armaturen, Ventilen und Formstücken

Knetlegierungen – insbesondere Mehrstofflegierungen besitzen auch bei höheren Temperaturen noch gute Eigenschaften. CuZn37 verfügt beispielsweise über gute Federeigenschaften für Bänder und für Drähte.

  • Tafelmessing (in der Uhrenproduktion für Zahnräder oder als Goldersatz in der Schmuckherstellung)
  • Goldmessing (wegen seiner guten tongebenden Eigenschaften vor allem für Blechblasinstrumente)
  • Tombak (über 67 % Kupfer, vor allem für kunstindustrielle Zwecke und Münzen)
  • Talmigold (z. B. für Modeschmuck)
  • Sondermessinge sind Legierungen mit weiteren Metallen wie Nickel, Zinn, Aluminium, Silizium, Mangan oder Eisen, die der Schmelze hinzugefügt werden und neue, vorteilhafte Eigenschaften beim Messing hervorbringen

Allgemeine physikalische Messing-Eigenschaften

Chemische ZusammensetzungCuZnx (wobei x = Zinkanteil in Prozent)
Dichte 8,42 g/cm³ (CuZn40) bis 8,85 g/cm³ (CuZn5)
Elastizitätsmodul 79 bis 124 GPa (kN/mm²)
Dehngrenze 130 bis 430 MPa (N/mm²)
Zugfestigkeit 300 bis 470 MPa (N/mm²)

Farbe Messing goldgelb – doch je höher der Zinkanteil, umso heller der Farbton.

Messing ist amagnetisch.

Messing kleben

Zwar sind Kupfer und seine Legierungen prinzipiell gut für Klebeverbindungen geeignet, doch für qualitativ hochwertige Klebeverbindungen ist einer gründlichen Oberflächenvorbereitung großes Gewicht beizumessen. Grundsätzlich sind Kupferwerkstoffe im direkten Anschluss an die spanende Bearbeitung ihrer Oberflächen, d.h. vor einer Oxidbildung optimal zum Kleben geeignet. Als Oberflächenvorbehandlung kommen ansonsten Sandstrahlen oder Schleifen in Frage. Die Berg- und Talbildung bewirkt eine Vergrößerung der Kleb- und Haftflächen, die abhängig von der Schleifkörnung ein Vielfaches der ursprünglichen Oberfläche betragen kann. Ganz wichtig dabei ist jedoch, vor dem Schleifen oder Strahlen stets zuerst eine Reinigung / Entfettung mittels adäquater Substanzen vorzunehmen, damit Korrosionsschutzmittel wie Fette, Öle etc. entfernt werden. Diese könnten ansonsten während des Schleifprozesses ins Metall hinein gestrahlt bzw. geschliffen werden und immer noch trennend zum Klebstoff wirken. In besonderen Fällen ist eventuell das Aufbringen einer Haftgrund-Schicht zu empfehlen. Bei der Klebung lackierter Messing-Oberflächen, ist zuvor die Haftfestigkeit der Lackierung zu untersuchen.

Messing kleben versus löten

Da sich Kupferwerkstoffe wie Messing gut weichlöten lassen, wurde das Kleben als Fügetechnik hier erst vergleichsweise spät eingeführt. Heute liegen die Festigkeiten von Messing-Klebeverbindungen oftmals sogar in der Größenordnung von Weichlötverbindungen.

Der weitere Vorteil der Klebeverbindungen liegt vor allem darin, dass sich Messingmaterialien nicht nur untereinander, sondern auch mit andersartigen Werkstoffen, wie z. B. Kunststoffen, Holz, Schichtstoffen etc. verbinden lassen. Bei Komponenten mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten werden gerne flexible Metallklebstoffe angewandt, beispielsweise bei Messing-Kunststoff- oder Messing-Glas-Anwendungen.

Profitipp: Je höher dabei die Klebstoff-Schichtstärke ausgelegt wird, umso höhere Ausdehnungsunterschiede kann ein Klebstoff bei Materialmix-Verbindungen in Form von Dehnung in sich aufnehmen. Maß dafür ist das G-Modul, d.h. die innere Festigkeit des Klebstoffes, die angibt, wie viel Kraft im Klebstoff aufgenommen und an die Substrate weitergeleitet wird.

Klebstoffarten für Messing-Klebungen

Typischerweise eignen sich PUR-Klebstoff bzw. auch STPU Polymer Klebstoffe gut als flexibler Messingklebstoff. Generell sind bei Klebverbindungen von Kupfer bzw. Kupfer-Zink-Legierungen mit nichtrostendem bzw. Kohlenstoff-Stahl oder Aluminium hohe Klebfestigkeiten mit 2-K-Klebstoffen auf Basis von Polyurethan erreichbar.

Profitipp: Sinnvoll vor der Klebe-Anwendung sind praxisnahe und sorgfältige Eignungsversuche. Denn gerade bei Nichteisenmetallen, wie z. B. Messing, muss vorher festgestellt werden, ob diese mit der Klebmasse chemisch reagieren. Sie könnten sich nach dem Kontakt mit Klebstoff bzw. Klebeband aufgrund chemischer Reaktion verfärben. Entsprechende Belastungsprüfungen sowie Alterungstests hinsichtlich der geplanten Verwendung zählen ebenso zum Pflichtenheft der Klebstoffwahl. Einflüsse durch Wasser und Bewitterung sowie thermische Belastungen müssen ebenfalls in die Abschätzung einer Eignung mit einfließen.

In den letzten Jahrzehnten haben sich immer mehr auch Zweikomponenten-Klebstoffe auf Basis von Epoxidharzen für Klebungen von Messingmaterialien miteinander oder mit anderen Werkstoffen behauptet. Solche 2-K-Klebstoffe werden auch als Konstruktions- oder Strukturklebstoffe bezeichnet und erzielen hohe strukturelle Festigkeiten. Praxisgängig sind hier beispielsweise die 3M Klebstoffe aus der Scotch-Weld-Reihe, nämlich DP 100, DP 460, DP 490 bzw. DP 760:

  • Der transparente und schnellhärtende DP100 ist wegen seines guten Fließverhaltens ideal zum Vergießen geeignet und klebt neben blanken Metallen wie Messing mit Messing oder Kupfer, Aluminium, Stahl auch mit Faser verstärkte Kunststoffen wie GFK, CFK, GF-Epoxy, GF-Polyester, Fiberglas sowie Glas und Keramik mit hoher Scherfestigkeit bei statischen Belastungen.
  • Scotch-Weld DP 760 hingegen ist ein nicht fließender Zweikomponenten-Konstruktionsklebstoff Epoxidharzbasis, der speziell für das Kleben von Metallen entwickelt wurde, die in der Anwendung durch hohe Temperaturen (bis +230°C) belastet sind.
  • Für Klebungen von Messing, bei denen der Klebstoff auf vertikalen Flächen nicht fließen darf, empfiehlt sich der zähelastische und thixotrope Klebstoff Scotch Weld DP 410 mit Epoxidharz-Formulierung. Er verfügt über eine längere Verarbeitungszeit bei hoher Temperaturbeständigkeit bis 120°C und eignet sich für das Kleben von Messing mit anderen Metallen oder Kunststoffen wie ABS, PA, PC, Hart-PVC etc. sowie von Faserverbundstoffen.
  • Mit dem zähelastischen, dickflüssigen 2-K-Konstruktionsklebstoff auf Epoxidbasis Scotch Weld DP 460 gelingt es z. B. Messing mit Schichtpressstoffplatten zu kleben und dies mit hoher Festigkeit, bei einem guten Alterungsverhalten.
    Tipp: Anschleifen der Klebefläche verbessert auch hier die Klebeeigenschaft.
  • Für kleinere Klebeflächen beim Verbinden von Messingkomponenten eignet sich auch das Scotch-Weld SI Gel auf Basis von Cyanacrylat (Sekundenklebstoff).

Profitipp: Ein Hindernis beim sicheren Kleben von Metallen wie Messing kann die Ausbildung eines Kondenswasser-Filmes sein. Dieses Symptom ist bei Metallen häufig festzustellen, wenn sie bei kalten Temperaturen gelagert wurden und zur Verklebung in einen wärmeren, beheizten Raum gebracht werden. In derartigen Fällen ist es unbedingt erforderlich, die zu klebenden Metalle eine entsprechende Zeit ausreichend zu temperieren, damit sich kein klebeschädlicher Feuchtigkeitsfilm bildet.