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"Perfectionnements aux alliages à base de cuivre et aux conducteurs électriques fabriqués au moyen d'alliages à base de cuivre**
La présenta invention est relative aux alliages à base de cuivre et aux conducteurs électriques fabriques au moyen d'alliages à base de cuivre.
L'un des objets de l'invention est la réalisa- tien d'un conducteur électrique métallique plus facile à fabriquer et possédant des propriétés supérieures à celles des conducteurs employés jusqu'ici.
Le cuivre est, de loin, le plus important de tous les métaux et alliages utilisés comme matière pour conducteurs. L'argent oppose une résistance plus faible
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au passage de l'électricité et de la chaleur, mats il est relativement coûteux. L'aluminium trouve parfois son application comme matière pour la fabrication de certains types de conducteurs parce que, bien que sa résistance soit plus élevée, sa densité est inférieure au tiers de celle du cuivre et que, par suite, on peut établir un conducteur possédant une conductance plus élevée pour un poids donné.' Les inconvénients de l'aluminium sont son à la corrosion dans de certaines atmosphères coût moyen plus élevé, sa faible résistance/et le plus grand encombrement.
Quelques autres métaux et alliages utilisés comme conducteurs pour des cas particuliers sont le fer, le nickel, le tungstène, les alliages chrome- nickel, les métaux blancs à point de fusion bas et le platine.
Le cuivres électrolytique tenace ordinaire est en réalité un alliage contenant environ de 0,02 % à 0,12 % en poids d'oxygène, le reste étant du cuivre avec des traces d'impuretés. A l'heure actuelle, on trouve du cuivre électrolytique raffiné dans lequel la teneur en impuretés est de l'ordre de millièmes et de dizaines de millième de un peut cent en poids. Le cuivre raffiné par voie sèche peut contenir des quantités légèrement plus élevées d'impuretés. Les qualités Lake' peuvent entraîner des proportions relativement élevées d'argent et, dans certains cas, d'arsenic. Des compositions types sont données dans le tableau I.
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TABLEAU I
EMI3.1
<tb> Electrolytique <SEP> Raffiné <SEP> par <SEP> Lake
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯voie <SEP> sèche¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
EMI3.2
Argent 0,0007 0 0074 0, 03 Arsenic oeo0og 0,0024 z0025 Antimoine 0,.000 0, 0031 0, 0045 Plomb ObOO14 otoooa 0,0006 per 000026 0,007.5 0,0025
EMI3.3
<tb> Nickel <SEP> 0,0021 <SEP> 0,0218 <SEP> 0,0015
<tb>
EMI3.4
Sélénium oioool 0,0071 0,0000 Tellure otooldi 0,0007 0, 0006
EMI3.5
<tb> Bismuth <SEP> 0,0000 <SEP> 0,0001 <SEP> 0,0000
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,0021 <SEP> 0,0042 <SEP> 0,0015
<tb>
EMI3.6
Oxygène 0,0350 OP044i 0l0420
EMI3.7
Pour certaines applications dont il sera parlé ci-après, il est nécessaire d'éliminer l'oxygène du cuivre et d'obtenir par suite du cuivre désoxydé.
Ce résultat est abtenu par traitement du cuivre à l'état fondu par un agent réducteur fort. L'oxygène contenu dans le cuivre se combine apparemment avec l'agent ré- ducteur et est éliminé sous forme de scorie ou de va- peurs. Parmi les agents réducteurs les plus communs utilisés pour désoxyder le cuivre, on peut citer le phosphore, le silicium, le manganèse et le calcium.
L'excès de ces éléments, nécessaire pour que la réaction soit complète, s'allie avec le cuivre. D'autres agents réducteurs tels que le carbone, l'oxyde de carbone, le sous-oxyde de bore et le borure de calcium ne s'allient pas au cuivre et, par suite, ne s'ajoutent pas aux impuretés existantes.
EMI3.8
La -conductivité électrique du cuivre et des alliages de cuivre est habituellement exprimée sous la forme d'un pourcentage de la conductivité de l'étalon
EMI3.9
dit "International Aonealed Copper Standard"t en abré-
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abréviation pour cent I.A.C.S. Une conductivité de 100 % I.A.C.S. 20 correspond à une résistivité de 1,7241 microhm-centimètre à la même température. C'é- tait la résistivité moyenne des meilleurs cuivres du commerce au moment où l'étalon a été établi, en 1913.
Avec l'amélioration continue de la qualité du cuivre, il n'est pas rare actuellement de trouver des échan- tillons ayant une résistivité inférieure à 1,7241 microhm-centimètre, ce qui fait que l'on rencontre souvent des conductivités de plus de 100 % I.A.C.S.
Une conductivité de 101 % I.A.C.S. est celle de cuivre présentant une résistivité de 1,7070 microhm-centimètre à 20 C.
La conductivité du cuivre est fortement influen- cée par les impuretés du métal. Leur effet sur la con- ductivité n'est pas celui qui pourrait être prévu sur la base du volume relatif de cuivre et d'impuretés et des conductivités des éléments individuels considérés, parce que des éléments étrangers en quantités assez petites pour qu'on puisse les considérer comme des impuretés sont, pour partie au moins, en solution soli- de dans le cuivre. Malheureusement, la présence même de ce que l'on pourrait appeler des quantités infimes d'im- puretés abaisse considérablement la conductivité. Cer- tains éléments ont une action plus marquée que d'autres comme le montre le tableau II.
TABLEAU II effet de 0,1 % de divers éléments: ; sur la conductivité du cuivre Conductivité du cuivre du commerce - 100 à 101 % I.A.C.S.
EMI4.1
<tb>
Elément <SEP> conductivité <SEP> électrique
<tb> ajouté <SEP> I.A.C.S.
<tb>
<tb>
Argent <SEP> 99,8
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 88,1
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 54.6
<tb>
<tb>
<tb> Manganèss <SEP> 88,0
<tb>
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Comme on peut le voir par le tableau II, les agents désoxydants pratiques qui s'allient avec le cuivre diminuent fortement la conductivité électrique.
La raison la plus importante pour la désoxydation du. cuivre est que, lorsque du cuivre contenant de l'oxy- gène est chauffé dans une atmosphère réductrice, comme celles que l'on rencontre dans la brasure, la soudure et le scellement du cuivre dans le verre dans la fabrication des tubes à vide, le cuivre est rendu cassant. L'expé- rience a démontré que la fragilité résulte de la présence d'oxygène dans le cuivre. Le cuivre qui a été désoxydé absorbe de 1''oxygène lorsqu'on le chauffe dans l'air, à moins qu'il ne reste un excès relativement grand de désoxydant résiduel. Par suite, il peut se comporter de la même manière que du cuivre contenant de 1''oxygène lorsqu'on le chauffe dans une atmosphère réductrice.
Dans Ces conditions, même un cuivre qui a été désoxydé à la coulée peut reprendre de l'oxygène au cours du laminage à chaud ultérieur et des opérations de recuit.
Des conducteurs établis au moyen de cuivre con- tenant de l'oxygène possèdent une conductivité satis- faisante, mais ils présentent le défaut de la fragilité dès qu'ils ont été chauffés dans une atmosphère réductri- ce. Les conducteurs en cuivre désoxydé avec une tracs minime de désoxydant, ou sans aucune quantité de déso- xydant résiduel, possèdent une bonne conductivités mais ils ont tendance à reprendre de l'oxygène pendant les opérations de fabrication destinées à les mettre sous la forme de fils, de barres omnibus, de tubes, etc..
Des cuivres avec une grande quantité de désoxydant résiduel n'absorbent pas l'oxygène rapidement, mais possèdent une conductivité faible.
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Conformément/à l'Invention, on réalise un al- liage à base de cuivre renfermant de 0,01 % à 1 % de bore, le reste étant sensiblement en totalité du cuivre.
De plus, conformément à l'invention, les difficultés dont il a été question plus haut en ce qui concerne les conducteurs électriques sont écartées grâce au fait que l'on établit des conducteurs électriques à partir d'un alliage à base de cuivre renfermant de 0,01 % à 1 % de bore, le reste étant presque en totalité du cuivre.
La conductivité de ces alliages cuivre-bore dépend de la teneur en bore. Par exemple, avec 0,011 % de bore, on obtient une conductivité de 100,3 %, tandis qu'avec 0,113 % de bore, on obtient une conductivité de 92,3 %.
Pour illustrer la résistance de l'alliage à une atmos- phère réductrice, on a recuit des échantillons de fils de 3,25 mm. de diamètre faits en alliage bore-cuivre et contenant divers pourcentages de bore, ainsi qu'un échantillon du cuivre utilisé pour préparer les alliages, dans une atmosphère d'hydrogène, pendant une demi heure à 800 0, après quoi on les a soumis aux essais de plia- ge.
Dans ces essais, le cuivre renfermant du bore s'est rompu après quatorze pliages à 1800 sur un rayon de 8 mm., mais le cuivre ordinaire s'est rompu au second pliage. C'est un fait bien connu que le cuivre contenant de l'oxygène est rendu fragile par chauffage dans une atmosphère réductrice, mais cet essai montre qu'un excès de bore, ne dépassant pas 0,011 %, empêhne la g fragilité.
Dans un autre essai, on a recuit ensemble dans l'hydrogène des échantillons d'un cuivre à haute conduc- tivité exempt d'oxygène, ne contenant aucun résidu dé- soxydant, et des échantillons de l'alliage bore-cuivre à haute conductivité faisant l'objet de l'invention. Il a été constaté que ni le cuivre, ni l'alliage ne deviennent fragi-
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les. Mais lorsqu'on a exposé à l'air, à une température de 850 pendant une heure, un autre groupe d'échantillons des mêmes produits et qu'on les a recuits ensuite dans l'hydrogène, le cuivre se rompt après deux pliages, tandis que l'alliage bore-cuivre résiste encore à quatorze plia- ges sans rupture.
Ceci montre que même un court recuit dans l'air au cours de la fabrication d'un conducteur au cuivre sans bore donne lieu à de la fragilité lors- que le métal est chauffé dans une atmosphère réductrice.
Le cuivre désoxydé par le silicium, par le phos- phore et par le calcium résiste aussi dans une certaine mesure à l'effet du recuit (tendant à le rendre fragile) alternativement en atmosphère oxydante et en atmosphère réductrice. Leurs conductivités sont toutefois de l'ordre de 60 à 80%, tandis que les alliages bore-cuivre objet de l'invention, avec la même résistance à la fragilité, ou une résistance meilleure, ont des conductivités d'au moins 95 %* Un autre avantage des alliages bore-cuivre par rapport au cuivre déaoxydé au calcium, par exemple, est que leur ductilité, en particulier aux températures élevées, est aussi élevée que celle du cuivre pur non désoxydé.
L'effet du bore sur la conductivité du cuivre est très petit si. on le compare à celui de tous les autres éléments à l'exception, peut-être, de l'argent, lequel, bien entendu, n'a pas d'action désoxydante., Par suite, il est possible d'ajouter au cuivre fondu la quantité de bore nécessaire pour le désoxyder complètement, plus un excès considérable, sans que l'on ait à craindre une ac- tion défavorable sur la conductivité électrique. L'effet des désoxydants, tels que le phosphore, est si grand que le plus léger excès par rapport à ce qui est nécessaire
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pour réduire les oxydes abaisse considérablement la con- ductivité du cuivre.
Il y a tellement de variables dans la production du cuivre désoxydé sur une échelle industrielle que l'on trouve souvent des lots qui sont soit non complètement désoxydés, soit même de conducti- vité plus basse que la moyenne pour ce type de cuivre.
Au contraire, le bore peut être ajouté en excès suffisant pour exclure toute possibilité de désoxydation incomplè- te et sans que l'on ait à craindre l'obtention d'une faible conductivité.
Dans la mise en pratique de l'invention, pour obtenir la conductivité la plus élevée, on fait fondre le cuivre et on lui ajoute une certaine quantité d'un alliage bore-cuivre contenant de 2 % à 5 % de bore. Le bc re peut également être ajouté par l'un des procédés dé- crits dans la demande de brevet déposée en Belgique la même jour pour procédés pour la et à conductibili- té thermique élevée. Si l'on introduit le bore en ajou- tant au bain les autres matières renfermant du bore et que l'on peut se procurer dans l'industrie, matières telles, par exemple, que le manganèse-bore, le ferro- bore, etc.., la conductivité est réduite parce que ces matières introduisent les éléments avec lesquels est associé le bore.
Après que le bain a été coulé dans un moule approprié pour la production de fils, de barres, de lingots, de billettes ou d'autres pièces coulées appro- priées, on peut travailler le produit à la forge, au marteau, par laminage à chaud, par laminage à froid, par étirage, par étampage, par extrusion ou filage à la presse et l'amener à, la presse à l'état de feuilles, de barres, de câbles, de profilés, de fil, de tubes et
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anus toute autre forme convenant pour l'utilisation dans la fabrication des conducteurs.
Les conducteurs faits au moyen des alliages' bore-cuivre ou unis à oes alliages, ou encore revêtus desdits alliages, comme on l'a décrit, sont particuliè- rement précieux pour la fabrication des lampes à incan- descence et des lampes luminescentes, des redresseurs et de divers objets tels que les tubes pour la radio- électricité, les tubes à rayons X et les tubes photo- électriques dans lesquels il est nécessaire de sceller dans du verre un conducteur en cuivre. Dans les appli- cations où il est nécessaire de souder,, de braser,, etc.. un conducteur, le bore-cuivre est une matière idéale en raison de sa résistance à l'effet des chalumeaux à gaz tendant à les rendre fragiles et aussi en raison de l'effet de flux de la scorie au borate qui peut se former.
La présence de bore dans le cuivre améliore également sa résistance mécanique, ce qui fait que l'alliage peut être utilisé aveo profit pour tous les types de conduc- teurs qui peuvent être faits en une sorte de cuivre quelconque, même si dans certaines applications la résis- tance à la fragilité due au chauffage dans des atmopphè- res réductrices ne présentait pas une grande importance pour les applications particulières en question. C'est un fait bien connu que la conductivité thermique des alliages a une relation définie avec la conductivité électrique; il s'ensuit que les alliages bore-cuivre conviennent bien pour l'établissement d'éléments d'é- changeurs de ohaleur exposés à des gaz réducteurs, cas où les alliages de cuivre et d'autres métaux ne seraient pas suffisamment conducteurs.
Bien que, comme on l'a indique, plus haut, une
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teneur en bore de 0,01 % à 0,15 % soit suffisante pour la plupart des usages, la teneur en bore peut atteindra 1 % pour des applications où la conductivité électrique faible peut être admise, mais où il peut être désirable d'obtenir une résistance élevée à la fragilité lors- que le produit est chauffé dans une atmosphère réductrice.
Pour la conductivité électrique la plus élevée, on devrait utiliser du bore seul avec le cuivre-, mais si une conductivité plus faible est admissible, on peut ajouter d'autres désoxydants au cuivre avec le bore. De telles matières sont, par exemple, le glucinium, l'alu- minium, le manganèse, le magnésium, le calcium et le lithium. Par exemple, avec le cuivre électrolytique du commerce contenant 0,05% de bore et 0,05 % de manganèse, la conductivité électrique serait d'environ 91 % et serait par suite inf érieure à celle que l'on aurait avec 0,1 % de bore seul (environ 93% de conductivité) et meilleure que celle que l'on obtiendrait avec 0,1 % de manganèse seul (environ 87 % de conductivité).
La présence des petites quantités de ces autres désoxydants ne gène pas l'action du bore en augmentant la résistance à la fragili- té lorsque le conducteur est chauffé dans une atmosphère réductrice ou alternativement dans une atmosphère oxydante et dans une atmosphère réductrice. Pour les applications industrielles habituelles, la teneur en bore doit être d'au moins 0,01 % et, pour l'obtention d'une conduc- tivité qui ne soit pas inférieure à 85 %, la quantité des autres désoxydants présentas (un ou plus) ne doit pas dépasser 0,1 %.
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"Improvements to copper-based alloys and to electrical conductors manufactured using copper-based alloys **
The present invention relates to copper-based alloys and to electrical conductors produced using copper-based alloys.
One of the objects of the invention is to achieve a metallic electrical conductor which is easier to manufacture and which has properties superior to those of the conductors employed hitherto.
Copper is by far the most important of all metals and alloys used as a material for conductors. Silver offers weaker resistance
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to the passage of electricity and heat, mats it is relatively expensive. Aluminum sometimes finds its application as a material for the manufacture of certain types of conductors because, although its resistance is higher, its density is less than a third of that of copper and, as a result, a conductor with higher conductance for a given weight. ' The disadvantages of aluminum are its corrosion in certain atmospheres higher average cost, its low resistance / and the greater bulk.
Some other metals and alloys used as conductors for special cases are iron, nickel, tungsten, chromium-nickel alloys, low-melting white metals and platinum.
Ordinary tough electrolytic copper is actually an alloy containing about 0.02% to 0.12% by weight oxygen, the remainder being copper with traces of impurities. At present, there is refined electrolytic copper in which the content of impurities is of the order of thousandths and tens of thousandths of one can hundred by weight. Dry refined copper may contain slightly higher amounts of impurities. The Lake 'grades can result in relatively high proportions of silver and, in some cases, arsenic. Typical compositions are given in Table I.
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TABLE I
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<tb> Electrolytic <SEP> Refined <SEP> by <SEP> Lake
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ channel <SEP> dryē¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
EMI3.2
Silver 0.0007 0 0074 0, 03 Arsenic oeo0og 0.0024 z0025 Antimony 0, .000 0, 0031 0, 0045 Lead ObOO14 otoooa 0.0006 per 000026 0.007.5 0.0025
EMI3.3
<tb> Nickel <SEP> 0.0021 <SEP> 0.0218 <SEP> 0.0015
<tb>
EMI3.4
Selenium oioool 0.0071 0.0000 Tellurium otooldi 0.0007 0, 0006
EMI3.5
<tb> Bismuth <SEP> 0.0000 <SEP> 0.0001 <SEP> 0.0000
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.0021 <SEP> 0.0042 <SEP> 0.0015
<tb>
EMI3.6
Oxygen 0.0350 OP044i 0l0420
EMI3.7
For certain applications which will be discussed below, it is necessary to remove oxygen from copper and thereby obtain deoxidized copper.
This result is achieved by treating the copper in the molten state with a strong reducing agent. The oxygen contained in copper apparently combines with the reducing agent and is removed as slag or vapors. Among the most common reducing agents used to deoxidize copper, mention may be made of phosphorus, silicon, manganese and calcium.
The excess of these elements, necessary for the reaction to be complete, alloys with copper. Other reducing agents such as carbon, carbon monoxide, boron suboxide and calcium boride do not alloy with copper and, therefore, do not add to existing impurities.
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The electrical conductivity of copper and copper alloys is usually expressed as a percentage of the conductivity of the standard.
EMI3.9
known as "International Aonealed Copper Standard" abbreviated
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abbreviation percent I.A.C.S. A conductivity of 100% I.A.C.S. 20 corresponds to a resistivity of 1.7241 microhm-centimeter at the same temperature. This was the average resistivity of the best brass instruments on the market when the standard was established in 1913.
With the continual improvement in the quality of copper, it is not uncommon today to find samples with a resistivity of less than 1.7241 microhm-centimeter, so that conductivities of more than 100% IACS
A conductivity of 101% I.A.C.S. is that of copper having a resistivity of 1.7070 microhm-centimeter at 20 C.
The conductivity of copper is strongly influenced by the impurities in the metal. Their effect on the conductivity is not that which might be predicted on the basis of the relative volume of copper and impurities and the conductivities of the individual elements considered, because foreign elements in quantities small enough that one can to consider them as impurities are, at least in part, in solid solution in the copper. Unfortunately, the very presence of what might be called minute amounts of impurities dramatically lowers conductivity. Some elements have a more marked action than others as shown in Table II.
TABLE II effect of 0.1% of various elements:; on copper conductivity Commercial copper conductivity - 100 to 101% I.A.C.S.
EMI4.1
<tb>
Element <SEP> electrical <SEP> conductivity
<tb> added <SEP> I.A.C.S.
<tb>
<tb>
Silver <SEP> 99.8
<tb>
<tb> Aluminum <SEP> 88.1
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 54.6
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 88.0
<tb>
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As can be seen from Table II, practical deoxidizing agents which alloy with copper greatly decrease electrical conductivity.
The most important reason for the deoxidation of. copper is that, when oxygen-containing copper is heated in a reducing atmosphere, such as that found in soldering, soldering and sealing copper in glass in the manufacture of vacuum tubes, copper is made brittle. Experience has shown that brittleness results from the presence of oxygen in copper. Copper which has been deoxidized absorbs oxygen when heated in air, unless a relatively large excess of residual deoxidizer remains. Therefore, it can behave in the same manner as copper containing oxygen when heated in a reducing atmosphere.
Under these conditions, even copper which has been deoxidized in casting can pick up oxygen during subsequent hot rolling and annealing operations.
Conductors made from oxygen-containing copper possess satisfactory conductivity, but they exhibit the defect of brittleness once they have been heated in a reducing atmosphere. Deoxidized copper conductors with a minimal trace of deoxidizer, or without any amount of residual deoxidizer, have good conductivities but they tend to pick up oxygen during manufacturing operations intended to form them into wires. , bus bars, tubes, etc.
Coppers with a large amount of residual deoxidizer do not absorb oxygen quickly, but have low conductivity.
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According to the invention, a copper-based alloy containing from 0.01% to 1% boron is produced, the remainder being substantially all copper.
In addition, in accordance with the invention, the difficulties referred to above with regard to electrical conductors are eliminated by virtue of the fact that electrical conductors are established from a copper-based alloy containing 0.01% to 1% boron, the remainder being almost all copper.
The conductivity of these copper-boron alloys depends on the boron content. For example, with 0.011% boron, a conductivity of 100.3% is obtained, while with 0.113% boron, a conductivity of 92.3% is obtained.
To illustrate the resistance of the alloy to a reducing atmosphere, samples of 3.25 mm wires were annealed. in diameter made of boron-copper alloy and containing various percentages of boron, as well as a sample of the copper used to prepare the alloys, in a hydrogen atmosphere, for half an hour at 800 0, after which they were subjected to bending tests.
In these tests, the boron-containing copper ruptured after fourteen 1800 bends to a radius of 8 mm, but the ordinary copper failed on the second bend. It is a well-known fact that oxygen-containing copper is made brittle by heating in a reducing atmosphere, but this test shows that an excess of boron, not exceeding 0.011%, prevents brittleness.
In another test, samples of a high conductivity oxygen-free copper, containing no deoxidizing residue, and samples of the high conductivity boron-copper alloy were annealed together in hydrogen. subject of the invention. It has been found that neither the copper nor the alloy becomes brittle.
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the. But when exposed to air, at a temperature of 850 for one hour, another group of samples of the same products and then annealed in hydrogen, the copper breaks after two bends, while the boron-copper alloy still resists fourteen bends without breaking.
This shows that even a short annealing in air during the fabrication of a boron-free copper conductor gives rise to brittleness when the metal is heated in a reducing atmosphere.
Copper deoxidized by silicon, phosphorus and calcium also resists to a certain extent the effect of annealing (tending to make it brittle) alternately in an oxidizing atmosphere and in a reducing atmosphere. Their conductivities are however of the order of 60 to 80%, while the boron-copper alloys which are the subject of the invention, with the same resistance to brittleness, or a better resistance, have conductivities of at least 95% * Another advantage of boron-copper alloys over calcium deoxidized copper, for example, is that their ductility, especially at elevated temperatures, is as high as that of pure, undeoxidized copper.
The effect of boron on the conductivity of copper is very small though. it is compared to that of all the other elements except, perhaps, silver, which, of course, has no deoxidizing action., Therefore, it is possible to add to copper melt the quantity of boron necessary to completely deoxidize it, plus a considerable excess, without fear of an adverse effect on the electrical conductivity. The effect of deoxidizers, such as phosphorus, is so great that the slightest excess over what is needed
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to reduce oxides drastically lowers the conductivity of copper.
There are so many variables in the production of deoxidized copper on an industrial scale that one often finds batches which are either not completely deoxidized or even of lower conductivity than the average for this type of copper.
On the contrary, boron can be added in sufficient excess to exclude any possibility of incomplete deoxidation and without fear of obtaining low conductivity.
In the practice of the invention, to achieve the highest conductivity, the copper is melted and a quantity of a boron-copper alloy containing from 2% to 5% boron is added thereto. Bc re can also be added by one of the processes described in the patent application filed in Belgium the same day for processes for and with high thermal conductivity. If the boron is introduced by adding to the bath other boron-containing materials which are commercially available, such materials, for example, as manganese-boron, ferro-boron, etc. .., conductivity is reduced because these materials introduce the elements with which boron is associated.
After the bath has been poured into a mold suitable for the production of wires, bars, ingots, billets or other suitable castings, the product can be worked by forging, hammering, or rolling. hot, by cold rolling, by drawing, by stamping, by extrusion or extrusion by press and bring it to, the press in the state of sheets, bars, cables, profiles, wire, tubes and
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anus any other shape suitable for use in the manufacture of conductors.
Conductors made from boron-copper alloys or united with these alloys, or coated with said alloys, as has been described, are particularly valuable for the manufacture of incandescent lamps and luminescent lamps, lamps. rectifiers and various objects such as tubes for radioelectricity, x-ray tubes and photoelectric tubes in which it is necessary to seal a copper conductor in glass. In applications where it is necessary to solder, braze, etc. a conductor, boron-copper is an ideal material because of its resistance to the effect of gas torches tending to make them brittle and also due to the flux effect of the borate slag that may form.
The presence of boron in copper also improves its mechanical strength, so that the alloy can be used profitably for all types of conductors which can be made of any kind of copper, although in some applications the alloy can be used with advantage. Resistance to brittleness due to heating in reducing atmospheres was not of great importance for the particular applications in question. It is a well known fact that the thermal conductivity of alloys has a definite relationship with the electrical conductivity; It follows that boron-copper alloys are well suited for establishing heat exchanger elements exposed to reducing gases, where the alloys of copper and other metals would not be sufficiently conductive.
Although, as indicated above, a
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boron content of 0.01% to 0.15% is sufficient for most uses, the boron content may reach 1% for applications where low electrical conductivity may be allowed, but where it may be desirable to obtain high resistance to brittleness when the product is heated in a reducing atmosphere.
For the highest electrical conductivity, boron alone should be used with the copper-, but if a lower conductivity is permissible, other deoxidizers can be added to the copper with the boron. Such materials are, for example, glucinium, aluminum, manganese, magnesium, calcium and lithium. For example, with commercial electrolytic copper containing 0.05% boron and 0.05% manganese, the electrical conductivity would be around 91% and would therefore be lower than what we would have with 0.1. % boron alone (around 93% conductivity) and better than that which would be obtained with 0.1% manganese alone (around 87% conductivity).
The presence of the small amounts of these other deoxidizers does not interfere with the action of boron by increasing the resistance to brittleness when the conductor is heated in a reducing atmosphere or alternatively in an oxidizing atmosphere and in a reducing atmosphere. For usual industrial applications, the boron content should be at least 0.01% and, in order to obtain a conductivity which is not less than 85%, the amount of other deoxidants present (one or plus) must not exceed 0.1%.