DE102006052170A1 - Anodic oxide layer for electrical conductors, in particular conductors made of aluminum, method for producing an anodic oxide layer and electrical conductor with anodic oxide layer - Google Patents
Anodic oxide layer for electrical conductors, in particular conductors made of aluminum, method for producing an anodic oxide layer and electrical conductor with anodic oxide layer Download PDFInfo
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Abstract
Eine anodische Oxidschicht für elektrische Leiter, insbesondere Leiter aus Aluminium, ein Verfahren zur Erzeugung einer anodischen Oxidschicht und ein elektrischer Leiter mit anodischer Oxidschicht sollen zur Verbesserung der Durchschlagspannungssicherheit und der Duktilität umfassen: a) die Verwendung eines Elektrolyten bei der Erzeugung der Oxidschicht, der sich in seiner Art und Zusammensetzung an der Referenz eines Schwefelsäure-Elektrolyten orientiert, b) die Anwendung mindestens einer ausgewählten Stromart und c) bei einer verdichtenden Nachbehandlung der Oberfläche der Oxidschicht die Einbringung eines Stoffes, der sich an der Referenz einer Nachverdichtung einer Aggregatform von Wasser orientiert, so daß die erzeugte Oxidschicht d) eine Martenshärte [HM] von > 2300 aufweist, e) eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit im Vergleich zu üblichen Kenngrößen besitzt, f) eine Verbesserung der Duktilität erhält, g) eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist und h) einer Durchschlagsspannungssicherheit von mehr als 300 V aussetzbar ist.An anodic oxide layer for electrical conductors, particularly conductors of aluminum, a method for forming an anodic oxide layer and an electrical conductor with anodic oxide layer are intended to improve the breakdown voltage safety and the ductility include: a) the use of an electrolyte in the formation of the oxide layer, the b) the application of at least one selected type of current and c) in the case of a compacting after-treatment of the surface of the oxide layer, the introduction of a substance which is based on the reference of a recompression of an aggregate form of water such that the oxide layer d) produced has a Martens hardness [HM] of> 2300, e) has an increase in wear resistance compared to conventional characteristics, f) receives an improvement in ductility, g) has improved corrosion resistance, and h) a breakdown voltage safety of more than 300 V can be exposed.
Description
Anwendungsgebietfield of use
Die Erfindung betrifft eine anodische Oxidschicht für elektrische Leiter, insbesondere Leiter aus Aluminium, z.B. in der Form von Bändern oder Drähten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer anodischen Oxidschicht. Schließlich betrifft die Erfindung einen danach anodisierten elektrischen Leiter. Die Erfindung ist für eine Ausbildung des elektrischen Leiters als elektrische Wicklung oder Spule z. B. in einem Trafo anwendbar.The The invention relates to an anodic oxide layer for electrical conductors, in particular Ladder made of aluminum, e.g. in the form of ribbons or wires. Further The invention relates to a method for producing an anodic Oxide layer. Finally, concerns the invention then anodized electrical conductor. The Invention is for an embodiment of the electrical conductor as an electrical winding or Coil z. B. applicable in a transformer.
Stand der TechnikState of the art
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Im Hinblick auf die durch die Erfindung zu lösende Problematik zeigte die Auswertung dieser Patentliteratur sowie weiterer einschlägiger Fachliteratur, dass sich die Fachwelt zum großen Teil schon mit dem Einfluss der Abscheidungsbedingungen (Elektrolyt, Temperatur, Stromdichte, Stromart, Spannung) auf die Schichtdicke, den Schichtaufbau und die Schichteigenschaften (vorzugsweise die Härte) befasst hat.in the With regard to the problem to be solved by the invention, the Evaluation of this patent literature and other relevant specialist literature, that the professional world is big Part already with the influence of the deposition conditions (electrolyte, Temperature, current density, type of current, voltage) on the layer thickness, the layer structure and the layer properties (preferably the Hardness) has dealt with.
Während der Einfluss der Schichtdicke auf die Durchschlagsspannung weitgehend bekannt ist, liegen jedoch keine gesicherten Erkenntnisse zur Abhängigkeit dieser Eigenschaftskenngröße von den Abscheidungsbedingungen und vom Schichtaufbau vor.During the Influence of the layer thickness on the breakdown voltage largely However, there are no reliable findings on dependency this property characteristic of the deposition conditions and of the layer structure.
Desgleichen gibt der Stand der Technik nur wenige Hinweise zum Zusammenhang zwischen Abscheidungsbedingungen, Schichtaufbau und Verformungsverhalten (Duktilität) der Schicht.Similarly The prior art gives only a few pointers to the context between deposition conditions, layer structure and deformation behavior (Ductility) the layer.
Obwohl auf die Möglichkeit einer Erhöhung der Durchschlagsspannung durch eine Nachverdichtung (Warmwasser, Dampf) sporadisch hingewiesen wird, fehlen diesbezügliche gesicherte Ergebnisse.Even though on the possibility an increase in Breakdown voltage due to redensification (hot water, steam) sporadically, reliable results are missing.
Ebenso liefert der Stand der Technik keine Hinweise zur Wirkung einer Nachbehandlung mit Kunststoffen (z.B. PTFE) auf die Durchschlagsspannung und die Duktilität der Schicht.As well The prior art provides no evidence of the effect of aftertreatment with plastics (e.g., PTFE) on the breakdown voltage and the ductility the layer.
Wege zur gleichzeitigen Abscheidung mehrerer Komponenten (Co-Abscheidung von Teilchen) im Zusammenhang mit dem Anodisieren wurden bisher auch nicht aufgezeigt.ways for the simultaneous deposition of several components (co-deposition of particles) in connection with the anodizing have been so far also not shown.
Es wurden zwar Zusätze zum Elektrolyten für sich aufgezeigt, jedoch ist deren Wirkung auf bestimmte Eigenschaften (Durchschlagspannung, Duktilität) nicht grundlegend und im Zusammenhang dargestellt.It were indeed additives to the electrolyte for itself but their effect is on certain properties (Breakdown voltage, ductility) not fundamental and related.
Das betrifft auch vereinzelt offenbarte gestufte Behandlungsverfahren, denen keine systematischen Untersuchungen zu Grunde liegen.The also relates to isolated treatment steps, which are not based on systematic investigations.
Somit erschließt sich noch ein breites Feld von zu lösenden Problemen.Consequently opens still a wide field of problems to be solved.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, auf der Grundlage von Untersuchungen eine anodische Oxidschicht für elektrische Leiter, insbesondere Leiter aus Aluminium, ein Verfahren zur Erzeugung einer anodischen Oxidschicht und elektrischer Leiter mit anodischer Oxidschicht sowie dessen Ausbildung zu entwickeln, mit denen sowohl auf die Durchschlagspannung als auch auf die Duktilität positiv eingewirkt werden kann. Dies unter Beachtung folgender Kriterien:
- 1. Bei der Elektrolytzusammensetzung soll der häufig angewendete Schwefelsäure-Elektrolyt die Referenz darstellen. Hiervon ausgehend sind die Elektrolytart und -zusammensetzung zu variieren.
- 2. Es soll der Einfluss der Temperatur anhand ausgewählter Elektrolyten berücksichtigt werden.
- 3. Es sind vorrangig Wechselstrom und Pulsstrom sowie Überlagerungen der einzelnen Stromarten zu berücksichtigen, dabei soll Gleichstrom in Kombination mit unterschiedlichen Wechselströmen, wie in Sinus-, Rechteck-, Trapez- oder Dreieckform anwendbar sein.
- 4. Als Nachbehandlung soll eine Nachverdichtung erfolgen. Aussehend hiervon sind die Nachbehandlungen mit für dieses Verfahren neuen, nachträglich eingebrachten Stoffen zu verbessern.
- 5. Zur Lösung der Aufgabenstellung sind im Ergebnis die – Durchschlagspannung und – Duktilität z. B. an Hand modifizierter Dornbiegeversuche Des anodisierten elektrischen Leiters in Kenngrößen messbar anzugeben.
- 1. In the electrolyte composition, the commonly used sulfuric acid electrolyte should be the reference. On this basis, the electrolyte type and composition are to be varied.
- 2. The influence of temperature on the basis of selected electrolytes shall be considered.
- 3. Priority must be given to alternating current and pulse current, as well as superimpositions of the individual types of current, whereby DC should be applicable in combination with different alternating currents, such as sinusoidal, rectangular, trapezoidal or triangular shapes.
- 4. Post-treatment should be carried out after re-compaction. Looking to this, the aftertreatments with new, subsequently introduced substances for this process should be improved.
- 5. To solve the task are in the result of the - breakdown voltage and - ductility z. B. on hand modified Dornbiegeversuche the anodized electrical conductor in parameters measurable indicate.
Erfindungsgemäß kennzeichnet sich gemäß Anspruch 1 die anodische Oxidschicht für elektrische Leiter, insbesondere Leiter aus Aluminium in der Form von Bändern oder Drähten, wobei zur Erzeugung der Oxidschicht
- a) ein Elektrolyt verwendet wird, der sich in seiner Art und Zusammensetzung an der Referenz eines Schwefelsäure-Elektrolyten orientiert und ggf. in seiner Zusammensetzung variierbar ist,
- b) mindestens eine ausgewählte Stromart und -form und ggf. deren Überlagerungen zur Anwendung gelangen und
- c) bei einer verdichtenden Nachbehandlung der Oberfläche der Oxidschicht ein Stoff eingebracht wird, der sich an der Referenz einer Nachverdichtung einer Aggregatform von Wasser orientiert, dadurch, dass die erzeugte Oxidschicht
- d) eine Martenshärte [HM] von > 2300 aufweist,
- e) eine Erhöhung der Verschleissfestigkeit im Vergleich zu üblichen Kenngrössen, wie – eine Verschleisstiefe von ca. 100 μm auf < 70 μm gemäss Schwingverschleisstest sowie – eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von 0,03 auf > 0,05 bei Normalkräften von 2 N und von 0,45 auf > 0,5 bei Normalkräften von 50 N gemäss Ritzprüfversuch besitzt,
- f) eine Verbesserung der Duktilität (Rissempfindlichkeit, Rissbildungsneigung) im Vergleich von 0,24 auf 0,30 [Dehnung beim 1. Riss, wobei als Maß für die Duktilität die Bruchelongation in % gilt] gemäß Bedingungen der Mikrobiegeprüfung mit einer Maximalkraft von 50 N, einem Weg von max. 4800 μm, einem Probestück von l 45 × b 10 × h 0,3 mm, einer Prüfgeschwindigkeit von 20 μm/s und einer Stützweite von 40 mm erhält,
- g) eine Korrosionsbeständigkeit durch eine Schichtdicke der Oxidschicht ab 5 μm aufweist und
- h) bei einer Oxidschichtdicke von ca. 6 μm und einer thermischen Beanspruchung von ca. 2 h mit 250° C eine Durchschlagsspannungssicherheit von mehr als 300 V aussetzbar ist.
- a) an electrolyte is used which is oriented in its type and composition to the reference of a sulfuric acid electrolyte and is optionally variable in its composition,
- b) at least one selected type and shape of electricity and, where applicable, their superpositions are used; and
- c) in a compacting after-treatment of the surface of the oxide layer, a substance is introduced, which is based on the reference of a recompression of an aggregate form of water, characterized in that the oxide layer produced
- d) has a Martens hardness [HM] of> 2300,
- e) an increase in wear resistance compared to conventional parameters, such as A wear depth of approx. 100 μm to <70 μm in accordance with the vibrational wear test; and a rake energy density [J / mm 2 ] of 0.03 to> 0.05 at normal forces of 2 N and from 0.45 to> 0.5 at normal forces of 50 N according to scratch test,
- f) an improvement in ductility (crack sensitivity, cracking tendency) from 0.24 to 0.30 [elongation at the 1st crack, using as a measure of the ductility the fracture elongation in%] according to conditions of the microbend test with a maximum force of 50N , a way of max. 4800 microns, a test piece of l 45 × b 10 × h 0.3 mm, a test speed of 20 microns / s and a span of 40 mm receives,
- g) has a corrosion resistance by a layer thickness of the oxide layer from 5 microns, and
- h) at an oxide layer thickness of about 6 microns and a thermal stress of about 2 h at 250 ° C, a breakdown voltage of more than 300 V can be suspended.
Weitere Merkmale sind in den Ansprüchen 2 bis 3 beschrieben, wonach die erhöhte Verschleißfestigkeit der Oxidschicht gemäss Ritzprüfversuch eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von < 0,6 bei 50 N besitzt und/oder die verbesserte Duktilität ab einer Größe von > 0,31 liegt.Further features are described in claims 2 to 3, according to which the increased wear resistance of the oxide layer according to the scratch test test has a Ritzenergiedichte [J / mm 2 ] of <0.6 at 50 N and / or the improved ductility from a size of> 0.31 lies.
Das Verfahren zur Erzeugung dieser anodischen Oxidschicht für elektrische Leiter weist auf
- a) ein Bad mit einem Elektrolyten, der sich in seiner Art und Zusammensetzung an der Referenz eines Schwefelsäure-Elektrolyten orientiert und ggf. in seiner Zusammensetzung variierbar ist,
- b) die Einspeisung mindestens einer ausgewählten Stromart und -form und ggf. deren Überlagerungen,
- c) Einbringung einer Farbe und Färben mit anschließendem Spülen der Oxidschicht
- d) eine verdichtende Nachbehandlung der Oberfläche der Oxidschicht mit einem einzubringenden Stoff wie heißem Wasser und
- e) die Einhaltung einer vorgegebenen Behandlungstemperatur.
- Erfindungsgemäß sind demnach
- f) die Verwendung eines Elektrolyten, aufweisend die Bestandteile 15 ... 30 Vol.% Schwefelsäure mit einem Zusatz von 5 ... 30 g Oxalsäure/l Schwefelsäure,
- g) die Einleitung eines Wechselstroms in Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, oder Trapezform oder einer Kombination aus diesen und mit einer Frequenz bis zu 700 Hz,
- h) die Verwendung einer Farbe als Stoff vor der verdichtenden Nachbehandlung und
- i) die Einhaltung einer Temperatur von 25 ... 50° C
- j) vorgesehen.
- a) a bath with an electrolyte which is oriented in its type and composition to the reference of a sulfuric acid electrolyte and is optionally variable in its composition,
- b) the feeding of at least one selected type and shape of electricity and, where applicable, their superpositions,
- c) introduction of a color and dyeing with subsequent rinsing of the oxide layer
- d) a compacting after-treatment of the surface of the oxide layer with a substance to be introduced, such as hot water and
- e) compliance with a given treatment temperature.
- Accordingly, according to the invention
- (f) the use of an electrolyte containing the constituents of 15 to 30% by volume of sulfuric acid with an addition of 5 to 30 g of oxalic acid or 1 of sulfuric acid;
- g) the introduction of an alternating current in sine, rectangular, triangular or trapezoidal form or a combination of these and with a frequency up to 700 Hz,
- h) the use of a paint as a substance before the compacting treatment and
- i) maintaining a temperature of 25 ... 50 ° C
- j).
Dabei soll der Elektrolyt vorteilhaft einen Anteil von 20 Vol.% Schwefelsäure, von 15 g Oxalsäure/l Schwefelsäure und eine Anreicherung mit Al-Partikeln in einer Konzentration im Bereich von ca. 3,5 g Al ... ca. 13 g Al/l Elektrolyt, wobei die Konzentration in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters im Bad variierbar ist, aufweisen.there the electrolyte should advantageously contain 20% by volume of sulfuric acid, of 15 g of oxalic acid / l sulfuric acid and an enrichment with Al particles in a concentration in the Range of about 3.5 g Al ... about 13 g Al / l electrolyte, wherein the Concentration depending is variable by the passage speed of the conductor in the bath, exhibit.
Der eingeleitete Wechselstrom kann in wechselnden Pulsformen und/oder Pulsfolgen verwendet werden, wodurch sich die Durchschlagsspannungsfestigkeit und Duktilität der Schicht verbessert.Of the introduced alternating current can be in alternating pulse shapes and / or Pulse trains are used, thereby increasing the breakdown voltage and ductility the layer improved.
Der eingeleitete Wechselstrom weist dabei eine Spannung von kleiner 50 V auf.Of the introduced alternating current has a voltage of less 50V up.
Die Anodisierungszeit beträgt < 120 s und ist in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters im Bad und/oder der Stromstärke und/oder dem Behandlungsintervall variierbar.The Anodization time is <120 s and is in dependence from the passage speed of the conductor in the bath and / or the Amperage and / or the treatment interval variable.
Die Nachbehandlung mit der jeweiligen Eloxalfarbe beinhaltet die Schritte
- – Farbehandlung wie durch Tauchen,
- – Behandlung mit heißem Wasser oder Wasserdampf, wodurch sich die Poren auf der gefärbten Oberfläche der Oxidschicht verschließen.
- - color treatment as by dipping,
- - Treatment with hot water or steam, whereby the pores close on the colored surface of the oxide layer.
Vorrangig erfolgt die Verwendung der Farbe Rot, wobei auch die Verwendung der Farbe Grün möglich ist.priority the use of the color red takes place, whereby also the use the color green is possible.
Die zur Nachverdichtung verwendeten Farben sind aktuelle, wie so genannte GTL-Oxalanfarben oder Clariantfarben.The colors used for re-compaction are current, such as so-called GTL Oxalanfarben or Clariant colors.
Der elektrische Leiter mit anodischer Oxidschicht weist bei seiner Verwendung wie zu Spulen, Wicklungen oder dgl. erfindungsgemäß
- a) eine Oxidschicht entsprechend einer Durchschlagsspannungssicherheit von 10 bis 60 V/Schichtdicke μm,
- b) eine Martenshärte [HM] von > 2300,
- c) eine Erhöhung der Verschleissfestigkeit im Vergleich zu üblichen Kenngrössen wie
- – eine Verschleißtiefe von ca. 100 μm auf < 70 μm gemäss Schwingverschleisstest sowie
- – eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von 0,03 auf > 0,05 bei Normalkräften von 2 N und von 0,45 auf > 0,5 bei Normalkräften von 50 N gemäss Ritzprüfversuch,
- d) eine Verbesserung der Duktilität (Rissempfindlichkeit, Rissbildungsneigung) im Vergleich von 0,24 auf 0,30 [Dehnung beim 1. Riss in % wie oben] gemäß Bedingungen der Mikrobiegeprüfung mit einer Maximalkraft von 50 N, einem Weg von max. 4800 μm, einem Probestück von l 45 × b 10 × h 0,3 mm, einer Prüfgeschwindigkeit von 20 μm/s und einer Stützweite von 40 mm und
- e) eine Korrosionsbeständigkeit durch eine Schichtdicke der Oxidschicht ab 5 μm
- a) an oxide layer corresponding to a breakdown voltage safety of 10 to 60 V / layer thickness μm,
- b) a Marten hardness [HM] of> 2300,
- c) an increase in wear resistance compared to conventional parameters such as
- - a wear depth of about 100 microns to <70 microns according to vibration wear test and
- A rake energy density [J / mm 2 ] of 0.03 to> 0.05 at normal forces of 2 N and of 0.45 to> 0.5 at normal forces of 50 N according to the scratch test test,
- d) improvement in ductility (crack sensitivity, cracking tendency) from 0.24 to 0.30 [% elongation at 1st crack as above] according to conditions of microbend test with a maximum force of 50 N, a path of max. 4800 microns, a test piece of l 45 × b 10 × h 0.3 mm, a test speed of 20 microns / s and a span of 40 mm and
- e) a corrosion resistance by a layer thickness of the oxide layer from 5 microns
Dieser elektrische Leiter besitzt bei einer Oxidschichtdicke von ca. 6 μm und einer thermischen Beanspruchung von ca. 2 h mit 250° C eine Durchschlagsspannungssicherheit von mehr als 300 V.This electrical conductor has at an oxide layer thickness of about 6 microns and a Thermal stress of about 2 h at 250 ° C a breakdown voltage safety of more than 300 V.
Bei einer Oxidschichtdicke von z. B. ca. 6 μm wird ein Isolationswiderstand von z. B. > 200 k Ω erreicht.at an oxide layer thickness of z. B. about 6 microns is an insulation resistance from Z. B.> 200 k Ω reached.
Die Oxidschicht weist dabei eine Porosität von 3 bis 8 Poren/nm2 auf.The oxide layer has a porosity of 3 to 8 pores / nm 2 .
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to execute the invention
Die erzeugte anodische Oxidschicht für elektrische Leiter, insbesondere Leiter aus Aluminium in der Form von Bändern oder Drähten, wobei zur Erzeugung der Oxidschicht
- a) ein Elektrolyt verwendet wird, der sich in seiner Art und Zusammensetzung an der Referenz eines Schwefelsäure-Elektrolyten orientiert und ggf. in seiner Zusammensetzung variierbar ist,
- b) mindestens eine ausgewählte Stromart und -form und ggf. deren Überlagerungen zur Anwendung gelangen und
- c) bei einer verdichtenden Nachbehandlung der Oberfläche der Oxidschicht ein Stoff eingebracht wird, der sich an der Referenz einer Nachverdichtung einer Aggregatform von Wasser orientiert, besitzt im Ergebnis der verfahrensgemäßen Behandlung nach der Erfindung
- d) eine Martenshärte [HM] von > 2300,
- e) eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit im Vergleich zu üblichen Kenngrößen wie
- • eine Verschleißtiefe von ca. 100 μm auf < 70 μm gemäß Schwingverschleißtest sowie
- • eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von 0,03 auf > 0,05 bei Normalkräften von 2 N und von 0,45 auf > 0,5 bei Normalkräften von 50 N gemäß Ritzprüfversuch,
- f) eine Verbesserung der Duktilität (Rissempfindlichkeit, Rissbildungsneigung) im Vergleich von 0,24 auf 0,30 [Dehnung beim 1. Riss in %] gemäß Bedingungen der Mikrobiegeprüfung mit einer Maximalkraft von 50 N, einem Weg von max. 4800 μm, einem Probestück von l 45 × b 10 × h 0,3 mm, einer Prüfgeschwindigkeit von 20 μm/s und einer Stützweite von 40 mm,
- g) eine Korrosionsbeständigkeit durch eine Schichtdicke der Oxidschicht ab 5 μm und ist
- h) bei einer Oxidschichtdicke von ca. 6 μm und einer thermischen Beanspruchung von ca. 2 h mit 250° C einer Durchschlagsspannungssicherheit von mehr als 300 V aussetzbar.
- a) an electrolyte is used which is oriented in its type and composition to the reference of a sulfuric acid electrolyte and is optionally variable in its composition,
- b) at least one selected type and shape of electricity and, where applicable, their superpositions are used; and
- c) in a compacting after-treatment of the surface of the oxide layer, a substance is introduced, which is based on the reference of a recompression of an aggregate form of water, has as a result of the method according to the invention treatment
- d) Martens hardness [HM] of> 2300,
- e) an increase in wear resistance compared to conventional parameters such as
- • a wear depth of approx. 100 μm to <70 μm according to the vibration wear test as well as
- A Ritzenergiedichte [J / mm 2 ] of 0.03 to> 0.05 at normal forces of 2 N and from 0.45 to> 0.5 at normal forces of 50 N according to Ritzprüfversuch,
- f) an improvement in ductility (crack sensitivity, cracking tendency) from 0.24 to 0.30 [% elongation at 1 st%] under conditions of microbend testing with a maximum force of 50 N, a path of max. 4800 microns, a test piece of l 45 × b 10 × h 0.3 mm, a test speed of 20 microns / s and a span of 40 mm,
- g) a corrosion resistance by a layer thickness of the oxide layer from 5 microns and is
- h) at an oxide layer thickness of about 6 microns and a thermal stress of about 2 h at 250 ° C a breakdown voltage of more than 300 V exposable.
Die erhöhte Verschleißfestigkeit der Oxidschicht gemäß Ritzprüfversuch kann dabei eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von < 0,6 bei 50 N aufweisen, und die verbesserte Duktilität ab einer Größe von > 0,31 liegen.The increased wear resistance of the oxide layer according to the scratch test test can have a Ritzenergiedichte [J / mm 2 ] of <0.6 at 50 N, and the improved ductility from a size of> 0.31.
Das Verfahren zur Erzeugung dieser andischen Oxidschicht für elektrische Leiter weist auf
- a) ein Bad mit einem Elektrolyten, der sich in seiner Art und Zusammensetzung an der Referenz eines Schwefelsäure-Elektrolyten orientiert und ggf. in seiner Zusammensetzung variierbar ist,
- b) die Einspeisung mindestens einer ausgewählten Stromart und -form und ggf. deren Überlagerungen,
- c) die Einbringung einer Farbe und Färben mit anschließendem Spülen der Oxidschicht
- d) eine verdichtende Nachbehandlung der Oberfläche der Oxidschicht mit einem einzubringenden Stoff wie heißem Wasser und
- e) die Einhaltung einer vorgegebenen Behandlungstemperatur.
- a) a bath with an electrolyte which is oriented in its type and composition to the reference of a sulfuric acid electrolyte and is optionally variable in its composition,
- b) the feeding of at least one selected type and shape of electricity and, where applicable, their superpositions,
- c) the introduction of a color and dyeing with subsequent rinsing of the oxide layer
- d) a compacting after-treatment of the surface of the oxide layer with a substance to be introduced, such as hot water and
- e) compliance with a given treatment temperature.
Erfindungsgemäß erfolgt die Behandlung durch
- f) die Verwendung eines Elektrolyten, aufweisend die Bestandteile 15 ... 30 Vol. % Schwefelsäure mit einem Zusatz von 5 ... 30 g Oxalsäure/l Schwefelsäure,
- g) die Einleitung eines Wechselstroms in Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, oder Trapezform oder einer Kombination aus diesen und mit einer Frequenz bis zu 700 Hz,
- h) die Verwendung einer Farbe als Stoff vor der verdichtenden Nachbehandlung und
- i) die Einhaltung einer Temperatur von 25 ... 50° C.
- (f) the use of an electrolyte containing the constituents of 15 to 30% by volume of sulfuric acid with an addition of 5 to 30 g of oxalic acid or 1 of sulfuric acid;
- g) the introduction of an alternating current in sine, rectangular, triangular or trapezoidal form or a combination of these and with a frequency up to 700 Hz,
- h) the use of a paint as a substance before the compacting treatment and
- i) maintaining a temperature of 25 ... 50 ° C.
Dabei soll der Elektrolyt vorteilhaft einen Anteil von 20 Vol.% Schwefelsäure aufweisen.there the electrolyte should advantageously have a proportion of 20 vol.% Sulfuric acid.
Vorzugsweise kann der Elektrolyt einen Anteil von 15 g Oxalsäure/l Schwefelsäure besitzen.Preferably For example, the electrolyte may have a proportion of 15 g of oxalic acid / l of sulfuric acid.
Vorteilhaft ist es, den Elektrolyten mit Al-Partikeln in einer Konzentration im Bereich von ca. 3,5 g Al ... ca. 13 g Al/l Elektrolyt anzureichen, wobei die Konzentration in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters im Bad variierbar ist.Advantageous it is the electrolyte with Al particles in one concentration in the range of approx. 3.5 g Al ... approx. 13 g Al / l electrolyte, the concentration depending on of the passage speed of the conductor in the bath is variable.
Der eingeleitete Wechselstrom kann in der Kombinationsform Trapez – Sinus verwendet werden. Auch ist dieser in der Kombinationsform Sinus, Rechteck, Trapez wählbar. Denkbar sind darüber hinaus für spezielle Behandlungen wechselnde Pulsformen und/oder Pulsfolgen des Stromes, um die Durchschlagsspannungsfestigkeit und Duktilität der Schicht zu verbessern.Of the introduced alternating current can be in the combination form trapezoid - sine wave be used. Also this is in the combination form sine, rectangle, Harness selectable. It is conceivable out for special treatments changing pulse shapes and / or pulse sequences of the current, the breakdown voltage strength and ductility of the layer to improve.
Vorteilhafterweise weist der eingeleitete Wechselstrom eine Spannung von < 50 V auf.Advantageously, the introduced AC voltage of <50V.
Die Anodisierungszeit beträgt < 120 s, sie in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters im Bad und/oder der Stromstärke und/oder dem Behandlungsintervall bis zu dieser Grenze variierbar.The Anodization time is <120 s, depending on from the passage speed of the conductor in the bath and / or the amperage and / or the treatment interval can be varied up to this limit.
Das Verfahren umfaßt die grundsätzlich die Schritte
- – Erzeugung der erforderlichen Schichtdicke in etwa proportional zur erforderlichen Durchschlagsspannungsfestigkeit des anodisierten Leiters,
- – Einbringung der jeweiligen Eloxalfarbe in das Bad und Farbehandlung wie durch Tauchen,
- – Spülen,
- – verdichtende Behandlung mit heißem Wasser oder Wasserdampf zum Verschließen der Poren auf der gefärbten Oberfläche der Oxidschicht.
- Generation of the required layer thickness approximately proportional to the required breakdown voltage strength of the anodized conductor,
- - introduction of the respective anodizing color into the bath and color treatment as by dipping,
- - Do the washing up,
- - Compressive treatment with hot water or steam to close the pores on the colored surface of the oxide layer.
Als Eloxalfarbe wird die Farbe Rot oder Grün verwendet.When Eloxalfarbe is used the color red or green.
Die verwendeten Farben können aktuelle, wie so genannte GTL-Oxalanfarben oder Clariantfarben sein.The used colors can current, such as so-called GTL-Oxalanfarben or Clariantfarben be.
Das Verfahren wird durch eine Software betrieben, um die Steuerung/Regelung der Stromquellen zur Generierung von Spannungen mit beliebiger Frequenz und Form zu gewährleisten.The Procedure is operated by software to control / regulation the power sources to generate voltages of any frequency and shape.
Die Verwendung eines Bades für eine Tauchfärbung ist dem Verfahren zweckdienlich.The Use of a bath for a dip dye is convenient for the process.
Ein nach diesem Verfahren behandelter elektrischer Leiter besitzt eine Oxidschicht entsprechend einer Durchschlagsspannungssicherheit von 30 bis 60 V/Schichtdicke, eine Martenshärte [HM] von > 2300, eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit im Vergleich zu üblichen Kenngrößen, wie
- • eine Verschleißtiefe von ca. 100 μm auf < 70 μm gemäß Schwingverschleißtest sowie
- • eine Ritzenergiedichte [J/mm2] von 0,03 auf > 0,05 bei Normalkräften von 2 N und von 0,45 auf > 0,5 bei Normalkräften von 50 N gemäß Ritzprüfversuch,
- • a wear depth of approx. 100 μm to <70 μm according to the vibration wear test as well as
- A Ritzenergiedichte [J / mm 2 ] of 0.03 to> 0.05 at normal forces of 2 N and from 0.45 to> 0.5 at normal forces of 50 N according to Ritzprüfversuch,
Dieser Leiter ist zu Spulen, Wicklungen oder dgl., die diese Eigenschaften erfordern, verarbeitbar.This Head is to coils, windings or the like., Those properties require, processable.
Derartige elektrische Leiter können mit einer anodischen Oxidschicht hergestellt werden, die bei einer Oxidschichtdicke von ca. 6 μm und einer thermischen Beanspruchung von ca. 2 h mit 250° C eine Durchschlagsspannungssicherheit von mehr als 300 V aufweisen.such electrical conductors can be prepared with an anodic oxide layer, which in a Oxide layer thickness of approx. 6 μm and a thermal stress of about 2 h at 250 ° C a breakdown voltage safety of more than 300V.
Bei einer Oxidschichtdicke von ca. 6 μm kann ein Isolationswiderstand von >200k Ω erreicht werden, wobei die Oxidschicht eine Porosität von 3 bis 8 Poren/nm2 aufweist.With an oxide layer thickness of about 6 μm, an insulation resistance of> 200kΩ can be achieved, wherein the oxide layer has a porosity of 3 to 8 pores / nm 2 .
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Eine derartiger elektrische Leiter mit anodischer Oxidschicht wird z. B. zur Verwendung in Transformatoren auf einen entfernbaren Träger zu einer Spule oder Wicklung als metallischer Wicklungsleiter mit Metalloxidschicht zu einer Anordnung von elektrisch in Reihe geschalteten Verbindungen mehrerer Spulen und Segmente einer Gesamtwicklung mit Anzapfungen ausgebildet, wobei die in der Gesamtwicklung am Eingang und am Ausgang liegenden Spulen mit zusätzlichen Lagen von isolierendem Material ergänzt sein können.A Such electrical conductor with anodic oxide layer is z. For use in transformers on a removable carrier Coil or winding as metallic winding conductor with metal oxide layer to an array of electrically connected in series several coils and segments of a total winding with taps formed, taking in the overall winding at the entrance and at the exit lying coils with additional Layers of insulating material can be added.
Hierbei sind punktuelle Zusatzisolationen an den Anzapfungen am Anfang/Ende der Spule oder der Gesamtwicklung und zwischen den Spulen als axiale Durchschlagsicherung von Spule zu Spule und in der Gesamtwicklung eine zusätzliche Isolation vorgesehen.in this connection are punctual additional insulations at the taps at the beginning / end the coil or the entire winding and between the coils as axial Fuse from coil to coil and in the overall winding an additional Isolation provided.
Die zusätzlichen Lagen können aus einer den Wärmeklassen entsprechenden Folie bestehen.The additional Layers can from one of the thermal classes consist of corresponding foil.
Die punktuellen Zusatzisolationen können ebenfalls aus einer den Wärmeklassen entsprechenden Folie bestehen, wobei an den Anzapfungen Anschlüsse aus einem nicht anodiserten Al-Leiter vorgesehen sein können.The punctual additional insulation can also from one of the thermal classes consist of corresponding foil, wherein at the taps connections a non-anodized Al conductor may be provided.
Bei derartigen Anwendungen ist die Herstellung einer Oxidschicht für den Leiter mit hoher Durchschlagsspannungssicherheit eine wesentliche Voraussetzung.at such applications is the production of an oxide layer for the conductor with high breakdown voltage security is an essential requirement.
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