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Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus
Wolfram und Kupfer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus Wolfram und Kupfer oder aus Wolfram und einer mindestens 880 Kupfer enthaltenden Legierung für korrosionsbeständige Metallkörper.
Verbundkörper dieser Art, deren Zusammensetzung bekannt ist, haben verschiedene Verwendungszwecke ; insbesondere verwendet man dieselben für elektrische Kontakte. Bei elektrischen Geräten schlie-
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einander wird der Stromkreis wieder unterbrochen. Beim Schliessen und beim Unterbrechen der Kontakte treten Funken auf. Das Metall dieser Kontakte muss also sorgfältig ausgewählt werden, um der Funkenerosion sowie der Oxydation zu widerstehen. Die Legierungen aus Wolfram und Kupfer oder aus Wolfram und einer Kupferlegierung gestatten die Lösung einer grossen Anzahl von Problemen, die mit der Verwendung von elektrischen Kontakten verbunden sind. Für einen andern Verwendungszweck stellt man aus diesen Legierungen Elektroden zum Schweissen durch Bossieren und Funkenbildung her.
Insbesondere gestattet dieses Schweissverfahren beispielsweise ein Feinblech auf ein Grobblech zu schweissen, wobei das Verhältnis der Blechstärken über 5 hinausgehen kann. Bei dieser Art des Schweissens durch Funkenbildung werden die Elektroden, bevor man die zu verschweissenden Stücke miteinander in Berührung bringt, unter Spannung gesetzt. Man nähert hierauf die letzteren einander, u. zw. zunächst langsam, dann allmählich immer schneller, um schliesslich, wenn die beiden miteinander zu verschweissenden Teile genügend heiss sind, einen plötzlichen Druck auszuüben.
Dieses Verfahren erfordert die Verwendung von Elektroden aus einer Legierung von Wolfram und Kupfer oder einer solchen aus Wolfram und einer Kupferlegierung ; sie sind für derartige Schweissarbeiten besonders geeignet infolge der Nebeneinanderstellung eines hochschmelzenden Metalls mit hohem Widerstand gegen das Fliessen, nämlich Wolfram, mit einem Metall, welches den elektrischen Strom und die Wärme gut leitet, nämlich Kupfer. Eine weitere neuartige Anwendung finden diese Verbundkörper als Elektroden für mittels Funkenerosion arbeitende Werkzeugmaschinen. Aus Gründen des billigen Werkstoffes werden diese Elektroden im allgemeinen aus Kupfer hergestellt. Die Legierungen aus Kupfer und Wolfram sind nämlich sehr kostspielig, wodurch deren Verwendung beschränkt bleibt.
Der hohe Preis dieser Legierungen ist jedoch nicht eigentlich auf den Preis des einen Bestandteiles zurückzuführen, sondern in der Hauptsache auf die hohen Kosten der Herstellung der Legierung sowie auf deren Bearbeitung bzw. die Formgebung, insbesondere auf den Energieverbrauch bei Herstellung der Legierung und in geringerem Masse auf die Zeit für die Bearbeitung bei Herstellung der Elektroden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird der Gestehungspreis bei Verarbeitung dieser Werkstoffe ganz erheblich gesenkt, wodurch die Verwendungsmöglichkeiten weitaus zahlreicher werden. Bisher wurden nämlich diese Verbundkörper nach zwei Verfahren hergestellt bzw. bearbeitet. Bei dem einen dieser Verfahren presste man ein Gemisch aus Kupferpulver und Wolframpulver oder ein solches aus dem Pulver einer kupferhaltigen Legierung und Wolframpulver zu Presslingen, welche anschliessend gesintert und dann bearbeitet wurden.
Man hat jetzt erkannt, dass dieses Verfahren Produkte unzureichender Qualität ergibt ; ihre Porosität liegt nämlich nie unter 8%, woraus sich ergibt, dass die mechanischen und die elektrischen Eigenschaften mittelmässig sind und unvereinbar mit der für eine normale Verwendung bei den verschie-
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denen ins Auge gefassten Verwendungszwecken erforderlichen Qualität. Die Restporosität ist darauf zu- rückzuführen, dass die beiden Metalle nicht miteinander mischbar sind und dass ihre Schmelzpunkte sehr weit auseinander liegen.
Das zweite dieser Verfahren besteht darin, dass man Wolframpulver zu Presslingen verpresst, welche dann bei einer Temperatur von etwa 12000C gesintert werden, d. h. bei einer Temperatur, bei welcher die Presslinge auch nach dem Sintern noch porös bleiben. Hierauf durchtränkt man den porösen Wolfram- presskörper mit Kupfer oder mit einer kupferhaltigen Legierung, indem man denselben in eine Schmelze aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eintaucht, u. zw. unter einer reduzierenden Atmosphäre. Die Press- körper werden nach dem Durchtränken manchmal noch in warmem Zustande gehämmert und dann bear- beitet, um die richtigen Masse zu erhalten.
Es ist bekanntgeworden (österr. Patentschrift Nr. 165530), die Poren eines Skelettes aus rostfreiem
Stahl durch flüssiges Kupfer auszufüllen, um Werkstücke und Formkörper mit den Eigenschaften von rost- freiem Stahl zu erhalten.
In der Fachliteratur ist es schon als möglich beschrieben worden, die Vorsinterung von mit elektrisch gut leitenden Metallen wie Kupfer zu tränkenden Presslingen aus Wolframpulver zu vermeiden, doch feh- len Angaben über die physikalischen Eigenschaften der zu verwendenden Wolframpulver und die mit den in der einschlägigen Technik üblichen Wolframpulvern erhaltenen grünen Presskörper weisen eine ungenügende Kanten-und Handhabungsfestigkeit auf.
Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Herstellung von Teilen aus einem Kupfer-Wolfram-
Verbundstoff in möglichst direkterweise und in der endgültigen Form, ohne dass eine weitere Bearbeitung notwendig wäre, nach einem sehr einfachen Verfahren, zu einem Gestehungspreise, der sehr viel niedriger ist als bei den bisher praktisch geübten Verfahren, wobei das Verfahren nur zwei Arbeitsgänge umfasst, nämlich das Verformen des Wolframs durch Pressen und das Durchtränken des dabei erhaltenen Formstückes mit geschmolzenem Kupfer oder mit der Schmelze einer Legierung, die reich an Kupfer ist.
Die Senkung des Gestehungspreises ergibt sich bei diesem neuartigen Verfahren daraus, dass der Arbeitsgang des Sinterns bei hoher Temperatur, welcher der kostspieligste ist, vermieden werden kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Sintern für die Zähigkeit des Verbundkörpers nicht notwendig ist, vorausgesetzt, dass das Gefüge und die Körnung des Wolframpulvers sorgfältig gewählt werden in Abhängigkeit von der für den fertigen Verbundkörper gewünschten Zusammensetzung, und dass der zum Verpressen angewendete Druck in Abhängigkeit sowohl von den Eigenschaften des Pulvers als auch von der für den fertigen Verbundkörper gewünschten Zusammensetzung bestimmt wird.
Der Zustand, welchen das Wolframpulver für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens haben muss, wird bestimmt durch die durchschnittliche Grösse der Teilchen, die spezifische Oberfläche und die scheinbare Dichte.
Die spezifische Oberfläche der Körnchen, d. h. die Oberfläche derselben in Quadratzentimeter je Kubikzentimeter Pulver, wird bestimmt durch das Mass der Durchlässigkeit einer Pulverschicht für Luft.
Diese Durchlässigkeit steht nach der modifizierten Gleichung von Koseny in einer Beziehung zu der Porosität der Schicht sowie zu der spezifischen Oberfläche.
Die mittlere Grösse der Wolframkörnchen wird mit dem Gerät von Ridgen bestimmt.
Die scheinbare Dichte wird bestimmt durch Messung des Rauminhaltes eines bekannten Gewichtes Wolframpulver nach losem Einrütteln des Pulvers in ein graduiertes Messglas.
Auch das Hämmern wird bei dem neuen Verfahren überflüssig. Der Fortfall des Sinterns der Wolframpresslinge, das man bisher niemals unterlassen durfte, bringt einen weiteren sehr wichtigen Vorteil gegenüber den älteren Verfahren mit sich. Die Masse der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Fertigteile sind nämlich die Masse, welche man beim Verpressen der Wolfram-Presskörper erhält.
Man kann also Teile mit den erforderlichen Massen gebrauchsfertig oder zumindesten so herstellen, dass sie aussen keiner weiteren Bearbeitung bedürfen. Dies war bei dem üblichen Verfahren nicht möglich, da ja beim Sintern bei einer Temperatur von etwa 14000C der Wolfram-Pressling einer nicht mit Genauigkeit vorherzusehenden Schwindung unterlag.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des porösen Skelettkörpers ein Wolframpulver verwendet wird, welches eine spezifische Oberfläche, bestimmt durch das Mass der Durchlässigkeit einer Pulverschicht für Luft nach Koseny, von 40000 bis 180 000 cm/cm3 bei einer mittleren Korngrösse von 0, 1 bis 3 Il, bestimmt mit dem Apparat von Ridgen, und bei einer Klopfdichte von 1, 5 bis 6 g/cm3 aufweist, und welches bei Drucken von 8 bis 120 kg/mrn verpresst wird.
Die bedeutenden Vorteile dieser erfindungsgemässen Verwendung des ausgewählten Wolframpulvers ergeben sich somit nicht bloss in dem Wegfall des Vorsinterns des Wolframpresslings, sondern auch darin,
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