DE1758055A1

DE1758055A1 - Warmfeste Kupferlegierungen mit hoher Leitfaehigkeit fuer Elektrizitaet und Waerme

Info

Publication number: DE1758055A1
Application number: DE19681758055
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Winter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-06-08
Filing date: 1968-03-27
Publication date: 1971-02-11
Also published as: DE1533179A1

Description

Warmfeste Kupferlegierungen mit hoher Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme Die Erfindung bezieht sich auf warmfeste Kupferlegierungen mit hoher Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme mit einem Zusatz aus Silicium sowie einen Anteil an Metallen der Gruppen IVa und/oder Va und/oder VIa des Periodischen Systems der Elemente nach Patent ...#########(Patentanmeldung P 15 33 179.0 = e 87 459 VIa/4ob). In der Technik besteht ein steigender Bedarf an Legierungen mit sehr guter Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme und zugleich möglichst hoher Warmfestigkeit bei Temperaturen von 500°C und darüber. Aus verschiedenen Gründen ist hier- für Kupfer als Basismetall besonders geeignet.
Es besteht kein Zweifel daran, daß dispersionsgehärtete Le- gierungen auf der Basis von Kupfer, die zumeist auf pulver- metallurgischem Wege hergestellt werden, z.B. durch innere Oxydation von Cu-Be-Legierungspulver (sogenanntes Be-0-Kupfer), mit Abstand die beste Kombination von hoher Leit- fähigkeit für Elektrizität und Wärme (etwa 9o % der Leitfähig- keit von reinem Kupfer) und hoher Warmfestigkeit und Zeit- standfestigkeit im Temperaturbereich zwischen etwa 6500C und 8oo0C bieten.
Insbesandere wegen ihrer vergleichsweise aufwendigen Her- stellung sind jedoch die Einsatzmöglichkeiten dieser dis- persionsgehärteten Werkstoffe sehr begrenzt. Auch wünscht man sich in vielen Fällen eine Gußlegierpng.
Die meisten heute verwendeten warmfesten Kupferlegierungen sind solche von heterogenem Gefügetyp. Die Festigkeitser- höhung dieser Legierungen gegenüber reinen Kupfer beruht im wesentlichen auf der Ausscheidung einer feindispergierten - meist metastabilen - Phase und bra=ht nicht durch unerträglich hohe Einbußen an Leitfähigkeit erkauft zu werden. Günstig für die thermische Stabilität der Festigkeitserhöhung sind: Höhe der eutektischen oder peritektischen Temperatur, Verlauf von Löslichkeitsgrenzen,in der Weise, daß die Löslichkeit von der eutektischen bzw. peritektischen Temperatur abwärts zunächst sehr stark abnimmt und bereits in mittleren Temperaturbereichen ihrem Minimum zustrebt. So beträgt z.B. die eutektische Temperatur im binären System Cu-Zr 965°C bei einer festen Löslichkeit von etwa 1 Gew.-% Zr.
Weit bessere Ergebnisse von hoher Warmfestigkeit bei gleichzeitig guter Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme wurden erfindungsgemäß bei@Legierungen des Kupfers mit o,1 bis 3 Gew.-% Silicium und 0,3 bis 7 Gew.-% eines oder mehrerer Metalle der Gruppen IVa, Va und/oder VIa des periodischen Systems der Elemente gefunden, wobei der Anteil letzterer Metallezimindest so bemessen ist, daß das Silicium praktisch vollständig zu Siiiciden dieser Metalle abgebunden wird. Viele dieser Systeme Cu-Si-Me bilden dabei Quasibinärsysteme Kupfer-Metallsilicid. Die eutektischen Temperaturen in diesen Quasibinäreystemen liegen zum Teil außergewöhnlich hoch, so z.H. im Quasi- binärsystem Cu-Zr6Si5 bei lo45oC bei einer maximalen festen Läslichkeit von etwa 0,7 Gew.-% Zr 6Si5. ` Noch bessere Voraussetzungen in dieser Hinsicht wurden in den quaternären Systemen Cu-Si-MelNez gefunden, wenn Mel und Mez Metalle der Gruppen IVa, V8 und VIa des periodischen Systems sind.
Im Vergleich zu den binären Systemen Cu-Me oder den ternären Systemen Cu-Mei-Mez können in vielen Fällen in den ternären. und quaternären Systemen mit Silicium größere Mengen an Metallen in Lösung gehen als in den Systemen ohne Silicium: Dies äußert sich in höheren Festigkeitswerten.
Auch wurde gefunden, date hach einer Aushärtungsbehandlung von Legierungen, die solchen siliciumhaltigen Systemen an- gehören, die elektrische und thermische Leitfähigkeit größer ist als bei vergleichbaren Legierungen ohne Silicium: In Fig. 1, 2 und 3 werden Kupferlegierungen mit Anteilen an Zirkon und Chrom ohne und erfindungsgemäß mit Silicium zusatz in ihren Aushärtungseigenschaften verglichen.
Hier fallen besonders die hervorragenden Werte der Legierung Cu - 0,4Zr - 1,oCr - 0,2 Si auf. Diese Legierung weist - verursacht durch den Silicuzqzusatz - im ausgehärteten Zustand eine elektrische LeitfäHgkeit von etwa 8o % IACS auf.
Die siliciumhaltigen Legierungen lassen sich besser vergießen als siliciumfreie Legierungen. Weitere Vorteile sind höhere Zunderbeständigkeit und verminderter Abbrand an Metallen der Gruppen ZVa, Va und VIa beim Schmelzen. Positiv wirkt sich ein Überschuß von Metallen der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems - bezogen auf den zur vollständigen Abbindung des Siliciums zum Silicid erforderlichen Anteil an Metallen - in den mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen aus, da sich dann einer durch Silicide hervorgerufenen Aushärtung eine durch intermetallische Verbindungen - und im Falle der VIa-Metalle durch Ausscheidung der reinen Metalle - ver- ursachte Aushärtung überlagert.

Claims

Patentansprüche 1. Warmfeste Kupferlegierungen mit hoher Leitfähigkeit für .Elektrizität und Wärme mit einem Zusatz an Silicium so- wie einen Anteil an Metallen der Gruppen IVa und/oder Va und/oder VIa des periodischen Systems der Elemente nach Patent ............. (Patentanmeldung P 15 33 179.0 _ H 87 459 VIa/4ob), dadurch gekennzeichnet, daB sie o,1 bis 3 Gew.-% Si und o,3 bis 7 Gew.-% Cr und/oder Ti und /oder Zr und/oder Hf und/oder V und/oder Nb und/ oder Ta und/oder Mo und/oder W enthalten, wobei der An- teil an Cr, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und/oder W zumindest so Bemmen ist, daß das Silicium praktisch vollständig zu Siliciden dieser Metalle abgebunden wird. 2. Kupferlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da13 sie o,1 bis 1 Gew.-% Si und o,3 bis 3 Gew.-% Cr und/oder Zr enthalten. 3. Kupferlegierungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie o,1 bis 1 Gew:-% Si, o,3 bis 2 Gew.-% Cr sowie o,2 bis1,5 Gew.-% Zr enthalten. Kupferlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie o,15 bis o,5o Gew.-% Si, o,5 bis 1,5 Gew.-% Cr und 0,3 bis 1,o Gew.-% Zr enthalten. 5. Kupferlegierungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie o,2o Gew.-% Si, 1 Gew.-% Cr und o,4 Gew.-% Zr enthalteg. 6. Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn-zeichnet, daß sie 0,3 G!Bw.-% Si,. 1,o Gew.-% Cr, 0,5 Gew.-% Zr und 0,3 Gew. -,°g Hf enthalten. 7. Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch Bekennzeichnet, daß sie 0,35 Gew.-% Si, o,9 Gew.-% Cr, o,4 Gew.-% Zr, 0,3 Gew.-% Hf, sowie o,2 Gew.-% V enthalten. $. Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 Gew.-% Si, 1,2 Gew.-% Cr, 0,7 Gew.-% Zr und o,2 Gew.-% V enthalten.