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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine nickelfreie Weißkupferlegierung mit hervorragender
Festigkeit, Härte,
Duktilität,
Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, die verwendet wird
zum Einsatz in Elementen, Schiebern, Anschlagelementen oder dergleichen
für Reißverschlüsse, oder
in Zubehörteilen
wie Metallknöpfen,
Anschlagelementen bzw. Stoppern oder dergleichen für Kleidungsstücke, aus
denen keine Allergieprobleme entstehen und die sehr weiß sind.
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Als
konventionelle Kupferlegierungen, z. B. für die erwähnten Reißverschlüsse, wurden Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen, etwa
Neusilber, das einen weißen
Legierungsfarbton hat, oder Kupfer-Zink-Legierungen wie Rotmessing
oder Messing verwendet. Da Neusilber Nickel als Legierungselement
enthält,
ist die Korrosionsbeständigkeit
hervorragend. Wenn es z. B. bei einem Reißverschluß verwendet wird, der häufig in Hautkontakt
kommt, entsteht wegen des Nickels ein Allergieproblem. Andererseits
stellen die Kupfer-Zinklegierungen wie Rotmessing oder Messing kein
solches Allergieproblem dar, weil sie kein Nickel enthalten. Ihr Farbton
ist jedoch gelblich, und eine weiße Legierung läßt sich
so nicht erzielen.
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Ferner
ist aus der
DE 41 40
262 C1 die Verwendung einer Kupfer-Mangan-Zink-Legierung,
bestehend aus 7,5–35%
Mangan, 4–30%
Zink, Restkupfer und übliche
Verunreinigungen, als Legierung zur Herstellung von Brillenteilen
bekannt. Diese bekannte Legierung kann neben Kupfer, Mangan und
Zink auch noch Zinn, Magnesium, Aluminium, Eisen und/oder Blei enthalten.
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Darüber hinaus
ist aus der
JP 54132424
A eine Kupfer-Mangan-Zink-Legierung bekannt, die als zusätzliches
Element Aluminium enthält.
Diese Legierung kann zusätzlich
Nickel und/oder Blei enthalten. In diesem Fall können Titan und/oder Eisen hinzugefügt werden,
um Unebenheiten und gleichmäßige Poliereigenschaften
zu gewährleisten.
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Die
vorliegende Erfindung hat somit zur Aufgabe, Reißverschlußelemente oder Zubehörteile von
Kleidungsstücken
aus einer weißen
Kupferlegierung mit hervorragender Festigkeit und Härte entsprechend
Neusilber sowie hervorragender Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit
und Weiße,
und ferner Duktilität
anzugeben, die ferner kein Allergieproblem aufwirft, weil sie kein
Nickel enthält.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Reißverschlußelemente
oder Zubehörteile
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
hat Zn die Wirkung der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
der Legierung durch einen den Mischkristall festigenden Effekt,
und ferner, die Kosten der Legierung zu verringern. Wenn der Zn-Gehalt
kleiner als 5% ist, werden die Kostenminderungswirkung und der Festigungseffekt
unzureichend. Wenn er andererseits höher als 22% ist, verschlechtert
sich die Spannungsrißfestigkeit
(season cracking resistance) und wechselt ferner die Kristallstruktur
zu einer α + β-Phase, so
daß keine
ausreichende Kaltbearbeitbarkeit sichergestellt werden kann. Ein
bevorzugter Bereich ist 9–20%.
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Mn
hat die Wirkung, die mechanischen Eigenschaften der Legierung durch
einen den Mischkristall festigenden Effekt zu verbessern, und ferner
die der Minderung der Kosten der Legierung. Ferner treten durch Zusatz
von Mn in der angegebenen Menge als teilweiser Ersatz für Zink als
Wirkungen auf eine Verbesserung der Spannungsrißbeständigkeit sowie eine Verhinderung
eines zu gelblichen Farbtons der Kupferlegierung. Ferner wird der
Schmelzpunkt der Legierung verringert, wodurch die Gießeigenschaften
verbessert und das Verdampfen von Zink aus dem geschmolzenen Metall
verringert wird. Bei 7% oder weniger wird der Farbton gelblich.
Bei mehr als 15% wird die Kristallstruktur zu einer α + β-Phase, so
daß eine
ausreichende Kaltbearbeitbarkeit nicht sichergestellt werden kann.
Ein bevorzugter Bereich ist 8–15%.
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Al
hat die Wirkung, die Spannungsrißbeständigkeit zu verbessern, indem
auf der Legierungsoberfläche
ein stabiler Oxydfilm gebildet wird. Ferner verbessert es die mechanischen
Eigenschaften der Legierung durch einen den Mischkristall festigenden
Effekt und verringert außerdem
die Kosten der Legierung. Die untere Grenze des Al-Gehalts beträgt 0,5%.
Wenn der Gehalt zu klein ist, werden die Spannungsrißbeständigkeit
und auch die Festigkeit unzureichend. Wenn der Al-Gehalt andererseits
größer als
4% ist, wird die Kristallstruktur eine α + β-Phase, so daß keine
ausreichende Kaltbearbeitbarkeit sichergestellt werden kann. 2%
oder weniger sind bevorzugt.
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Das
Element Cr und ggf. X hat die Wirkung, beim Schmelzen auf der Schmelzoberfläche eine
Schicht zu bilden, und dient zum Verhindern der Oxidation von Mn
und des Verdampfens von Zn. Durch die Herstellung einer stabilen
Oxydschicht auf der Legierungsoberfläche ergeben sich ferner die
Funktionen der Verhinderung einer Eliminierung von Mn beim Tempern
und einer Verbesserung der Spannungsrißbeständigkeit und schließlich der
Verhinderung einer Farbveränderung
mit Zeitablauf wegen Oxidation von Mn. Die untere Grenze für die Menge
des Elements Cr und ggf. X lautet: mehr als 0%. Wenn die Menge jedoch
zu gering ist, werden die obigen Wirkungen nicht in besonders befriedigender
Weise erzielt. Daher beträgt
die Menge 0,02% und mehr. Wenn die Menge über 0,3% liegt, bildet sich
eine intermetallische Verbindung mit den Elementen in der Zusammensetzung,
wodurch sich die Kaltbearbeitbarkeit verschlechtert.
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Die
erfindungsgemäß eingesetzte
Legierung liegt im Zustand einer einzigen α-Phase vor und kann eine ausreichende
Kaltbearbeitbarkeit sicherstellen. Außerhalb des erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereichs
tendiert die Kristallstruktur zu einer α + β-Phase und verschlechtert sich
die Bearbeitbarkeit.
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Ferner
liegt der Farbton der erfindungsgemäßen Legierung in den Bereichen
0 < a* < 4 und 7 < b* < 15 auf der Basis
des Farbdiagramms (chromaticity diagram) des durch die JIS Z 8729
definierten Farbmeßsystems
(L*, a*, b*).
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Der
in dieser Beschreibung erwähnte
Farbton wird dargestellt durch den Wert des psychometrischen Helligkeitsindex
L* (lightness, Helligkeit) und der psychometrischen Farbindices
a* (grün-rot)
und b* (blau-gelb), und zwar ausgedrückt entsprechend der Spezifikation
von Materialfarben nach der Definition JIS Z 8729. Insbesondere
ist es, um entsprechend dieser Erfindung eine weiße Farbe
zu erzielen, günstig,
fast eine Farblosigkeit einzustellen (achromatic color), die definiert
werden kann durch die obigen Farbindices a* und b*.
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Die
Erfindung wird im folgenden auf der Basis von Beispielen genauer
beschrieben.
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Bei
den in Tabelle 1 gezeigten Beispielen 1–3 der Erfindung wurden Testmaterialien
wie folgt hergestellt und ausgewertet. Die gleiche Prozedur wurde
mit den Vergleichsbeispielen 1–7
in Tabelle 1 durchgeführt.
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Reines
Cu (99,9%), reines Zn (99,9–99,99%)
reines Mn (99,9%), reines Al (99,99%), reines Ti, reines Si und
reines Cr wurden so abgemessen, daß sich für jede der vorab festgelegten
Zusammensetzungen ein Barren von 200 cm3 ergab.
Jede Zusammensetzung wurde in Ar Atmosphäre (10 cmHg) mit Hochfrequenz
geschmolzen, für
4 Minuten gehalten und dann in eine Kupfergußform gegossen (40 mm Durchmesser × 28 mm Länge). Der
erhaltene Barren (200 cm3) wurde auf eine
Länge von
ungefähr
70 mm geschnitten, um eine Extrusionstablette zu bilden. Die Extrusion
wurde durchgeführt
bei einer Tablettentemperatur von 800°C und einer Behältertemperatur
von 600°C.
Mit dem erhaltenen Extrusionsmaterial (8 mm Durchmesser × ungefähr 1300
mm Länge)
wurde eine Wärmebehandlung
bei 800°C
für eine
Stunde gefolgt von Abkühlen
in einem Ofen durchgeführt
(im folgenden als ”Wärmebehandlung” bezeichnet).
Das Extrusionsmaterial (Draht), mit dem diese Wärmebehandlung durchgeführt wurde,
wurde als Basismaterial für
die Tests verwendet.
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Die
erhaltenen Testmaterialien wurden mit SiC-Polierpapier und Diamantpaste
spiegelpoliert und mit einem chromatischen Farbdifferenzmeßgerät (chromatic
color-difference meter) vermessen (CR-300 von Minolta Ltd.), und
die Resultate wurden gemäß JIS Z
8729 ausgedrückt
durch L*, a* und b*.
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Alle
erfindungsgemäßen Testmaterialien
haben den Farbton weiß,
und bei Verwendung in einem Reißverschlußteil ergibt
sich eine hochwertige Anmutung.
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Ferner
wurde die mikrokristalline Struktur aller so hergestellten Testmaterialien
untersucht. Die erfindungsgemäßen Testmaterialien
waren alle Legierungen mit einer einzigen α-Phase, waren also Materialien
mit guter Kaltbearbeitbarkeit. Soweit bei den Vergleichsbeispielen
eine zweite Phase koexistierte, traten bei der Kaltbearbeitung Risse
oder dergleichen auf. Bei den Materialien der erfindungsgemäßen Beispiele
wurde keine Rißbildung
oder dergleichen beobachtet. Bei dem besonderen Fall des Einsatzes
als Reißverschlußelement,
werden Y-förmige
Elemente angepaßt
und an einem Kleidungsstück
befestigt. Die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten
Reißverschlußelemente
können
an einem Kleidungsstück
ohne Rißbildung usw.
fest angebracht werden.
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Die
Härte (Hv)
ist dargestellt durch mit einem Vickers-Mikrohärtetester bei einer Last von
25 g gemessene Werte (DPN). Es ergibt sich, daß die Materialien der erfindungsgemäßen Beispiele
eine mindestens so gute Härte
wie Neusilber (Vergleichsbeispiel 7) haben, das gegenwärtig als
Reißverschlußteil verwendet
wird, und für
ein Reißverschlußteil geeignete
mechanische Eigenschaften wie Festigkeit oder Härte zeigen.
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Ferner
wurden die erhaltenen Testmaterialien mit einem Kaltkompressionstest
von 80% belastet und auf das Vorliegen von Rissen auf der Oberfläche untersucht.
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In
Tabelle 1 bedeutet ”0”, daß auf der
Materialoberfläche
kein Riß auftrat,
und X, daß auf
der Materialoberfläche
ein Riß auftrat.
Es ergibt sich, daß bei
allen Materialien der erfindungsgemäßen Beispiele auf der Oberfläche keine
Risse auftraten. Beim Einsetzen als Reißverschlußelemente treten bei der Befestigung
der Elemente an einem Kleidungsstück maximal Kaltbelastungen
von 80% auf (80% strain). Aus den Resultaten ergibt sich, daß die Materialien
der erfindungsgemäßen Beispiele
kein Problem zeigen, auch wenn eine Kaltbelastung von 80% auftritt.
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Die
Farbverlustfestigkeit wurde so untersucht, daß die erhaltenen Testmaterialien
mit SiC-Polierpapier und Diamantpaste spiegelpoliert wurden und
ein Test in einer Atmosphäre
bei einer konstanten Temperatur von 80°C und einer Feuchtigkeit von
90% relativer Feuchte durchgeführt
wurde, wonach die Oberflächen
der Testmaterialien mit dem Farbdifferenzmeßgerät gemessen wurden. Die Bewertung
der Farbverlustfestigkeit wurde durchgeführt auf der Basis von numerischen
Werten, die erhalten wurden durch Einführen von Indices vor und nach
dem Konstanttemperatur- und Feuchtigkeitstest in die folgende Gleichung: Entfärbung
= √[(a*)2 + (b*)2 + (L*)2] – √[(a'*)2 +
(b'*)2 +
(L'*)2](In
der Formel sind a*, b* und L* die Indices vor dem Konstanttemperatur-
und Feuchtigkeitstest und a'*,
b'* und L'* die Indizes nach
dem Konstanttemperatur- und Feuchtigkeitstest.)
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Aus
den in Tabelle 1 dargestellten Testresultaten ergibt sich klar,
daß die
erfindungsgemäßen Beispielmaterialien
in der obigen Gleichung kleine Werte zeigen und eine hervorragende
Farbverlustbeständigkeit
haben. Daher zeigt ein Reißverschlußteil aus
erfindungsgemäßem Material
eine hohe Farbverlustbeständigkeit bei
Wäsche
mit warmem Wasser. Bei diesem Test wurde eine europäische Warmwasserwäsche als
Standard angenommen. Die Spannungsrißbeständigkeit wurde wie folgt bewertet:
Mit einem Kaltkompressionstest wurden die Testmaterialien mit einer
80%-Belastung behandelt, Ammoniak ausgesetzt unter Verwendung einer 12,5%-igen
wässrigen
Ammoniaklösung
und auf das Vorliegen von Rissen auf der Oberfläche untersucht. In Tabelle
1 bedeutet ”0”, daß auf der
Materialoberfläche
kein Riß vorlag,
und ”X”, daß auf der
Materialoberfläche ein
Riß vorlag.
Bei keinem erfindungsgemäßen Materialbeispiel
trat auf der Oberfläche
ein Riß auf.
Daraus ergibt sich, daß die
Erfindung Materialien zur Verfügung
stellt, die kaum Probleme mit Rissen wegen mechanischer Beanspruchung,
Atmosphären-
und Umwelteinwirkungen zeigen, auch wenn sie als Reißverschlußelemente
angepaßt
und an einem Kleidungsstück
befestigt werden.
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Die
Erfindung besteht Reißverschlußelementen
oder Zubehörteilen
von Kleidungsstücken
aus in einer nickelfreien weißen
Kupferlegierung mit hervorragender Festigkeit und Härte wie
bei Neusilber sowie hervorragender Bearbeitbarkeit und Korrosionsfestigkeit
sowie Duktilität.
Als Element, Schieber, Stopper oder dergleichen für Reißverschlüsse oder
als Zubehörartikel,
etwa Knopf, Stopper oder Anschlagelement oder dergleichen für Kleidungsstücke und
unter Hautkontakt besteht keine Gefahr von allergischen Reaktionen
auf diese Gegenstände,
weil sie frei von Ni sind, wobei sie weiterhin ein schönes Weiß zeigen,
das sehr dekorativ ist.
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