DE2062939B2

DE2062939B2 - Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften einer Kupferlegierung mit 0,005 bis 0,9 % Thallium

Info

Publication number: DE2062939B2
Application number: DE19702062939
Authority: DE
Inventors: Mutsuo Sakamoto; Takashi Tonomura
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1969-12-23
Filing date: 1970-12-21
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2062939C3; JPS4840166B1; DE2062939A1; GB1284197A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften einer Kupferlegierung mit 0,005 bis 0,9% Thallium.

Kupferlegierungen mit bis etwa 5% Thallium sind aus der US-PS 32 46 979 bekannt. Aus dieser Druckschrift gehen jedoch keine detaillierten Verfahrensschritte zur Verarbeitung dieser Legierungen hervor.

D?r Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verarbeitung der Kupferlegierungen der eingangs so genannten Art im Hinblick auf die Erzielung günstiger Eigenschaften vorzunehmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Legierung auf eine Temperatur von 900 bis 1000⁰C erhitzt, warmverformt und unter Einschaltung von Zwischenglühung(en) bei 400 bis 550° C kaltverformt.

Es ergeben sich gute elektrische und thermische Leitfähigkeitseigenschaften und zugleich hohe Wärmebeständigkeit, bzw. hohe Erweichungstemperatur und hohe mechanische Festigkeit Elektrische Leitfähigkei- t>o ten im Bereich von 97 bis 99% IACS, Erweichungstemperaturen von 420 bis 450°C nach halbstündigem Halten auf dieser Temperatur und Zugfestigkeit im Bereich von bis 40 kp/mm² lassen sich ohne weiteres erreichen.

Die Verarbeitung der Legierung gestaltet sich sehr einfach. Üblicherweise wird die Legierung nach herkömmlicher Art erschmolzen und dann vergossen. Besondere Wärmebehandlungen, wie Abschrecken, sind nicht erforderlich. Außerdem stellt man eine ausgezeichnete Weiterverarbeitbarkeit zu den Endprodukten fest

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Kupferlegierung mit 0,01 bis 0.08% Thallium angewendet bei der sich die oben erläuterte günstige Eigenschaftskombination besonders ausgeprägt ergibt

Wärmebeständigkeit und Festigkeit nehmen mit steigendem Thalliumgehalt ohne wesentliche Beeinträchtigung der Leitfähigkeit zu, wobei dieser Effekt bei einem Thalliumgehalt unter 0,005% noch nicht sehr ausgeprägt ist Thalliumgehalte über 0,9% verteuern die Legierung, lassen keine weitere Verbesserung der Wärmebeständigkeit erwarten und ergeben eine reduzierte elektrische und thermische Leitfähigkeit

Für die Legierung kann reines Kupfer, beispielsweise zähgepoltes Kupfer, insbesondere mit einem Sauerstoffgehalt von 0,02 bis 0,05%, Elektrolytkupfer, sauerstofffreies Kupfer und mit festen Desoxidationsmitteln, wie Phosphor, Lithium, Silicium, Magnesium, Zink, Aluminium, Calcium oder Cer, desoxidiertes Kupfer eingesetzt werden. Geringe Restmengen fester Desoxidationsmittel sind nicht störend. Bei Einsatz der Legierung im Hochvakuum oder in reduzierender Atmosphäre wird vorzugsweise sauerstofffreies oder desoxidiertes Kupfer als Ausgangsmaterial genommen. Das Thallium wird zweckmäßigerweise während des Schmelzens oder Gießens in Form einer Kupfer-Thallium-Vorlegierung mit 30 bis 40% Thallium zugesetzt.

Die erfindungsgemäß erreichten guter. Eigenschaften prädestinieren die Legierung der eingangs genannten Zusammensetzung für eine Verwendung für Gegenstände mit hoher Temperaturbeständigkeit Da sich Wärmebehandlungen nicht nachteilig auswirken sind auch solche Verwendungsgebiete vorteilhaft, bei denen Wärmebehandlungen erforderlich sind, beispielsweise beim Hartlöten oder Weichlöten. Als spezielle, günstige Verwendungen seien Stromwender, Rotorspulen, Kernstücke von Radiatoren für Automobile und Klimaanlagen, Anlagenbau genannt.

Die geschilderte Reihe von guten Eigenschaften macht die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Kupfer-Thallium-Legierungen den bisher bei entsprechenden Verwendungsfällen eingesetzten Kupferlegierungen, z. B. Kupfer-Silber-Legierungen, Kupfer-Kadmium-Legierungen, Kupfer-Chrom-Legierungen, Kupfer-Zirkon-Legierungen sowie Reinkupfer überlegen.

Im folgenden werden zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung die erfindungsgemäß erreicnbaren guten Eigenschaften anhand mehrerer Kupfer-Thallium-Legierungen vor Augen geführt und den Eigenschaften von zwei handelsüblichen Legierungen gegenübergestellt.

Kupfer-Thallium-Legierungen und handelsübliche Legierungen mit den in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzungen werden in Gußeisen-Kokillen mit Abmessungen von 30 mm Dicke, 100 mm Breite und 200 mm Länge vergossen, und die so erhaltenen Gußbarren werden in einem Elektroofen auf 95O⁰C erwärmt. Anschließend werden sie direkt zu Blechen mit einer Dicke von 4 mm warmgewalzt, und diese Bleche werden in einer 50prozentigen Salpetersäurelösung gebeizt, um die Oxidschicht auf der Blechoberfläche zu entfernen. Anschließend walzt man kalt bis zu einer Dicke von 2 mm, führt dann eine Zwischenglühung bei 500⁰C in einem Stickstoff strom während einer Stunde durch, walzt weiter bis zu einer

Dicke von 0,7 mm kalt, glüht in der vorstehend beschriebenen Weise nochmals zwischen und führt eine nochmalige Kaltabwalzung bis zu einer Enddicke von 0,5 mm durch.

Für das vorstehend beschriebene Gießverfahren wird ein Gußtiegel aus Graphit der üblichen Art verwendet, welcher mittels Hochfrequenzinduktionsstrom aufgeheizt wird. Die in Tabelle I angeführten Legierungen Nr. 1 bis 8 wurden gegossen, indem man den Tiegel und den Verteiler vollständig mit Kohlepulver überdeckte und außerdem eine Schutzschicht von Inertgas anwendete, um sicherzustellen, daß sich die gesamte Schmelze praktisch in einer nichtoxidierenden Atmosphäre befand. Bei den Legierungen Nr. 9 bis 19 und bei den handelsüblichen Legierungen Nr. 20 bis 21 wurde dagegen das Erschmelzen und das Gießen an der Luft ohne eine Schicht aus Kohle durchgeführt, wobei bei den Legierungen Nr. 12 bis 19 und bei der handelsüblichen Legierung Nr. 20 noch ein Desoxidationsmittel zugesetzt wurde.

Der Sauerstoffgehalt bei den Legierungen Nr. 9 bis 11 und bei der handelsüblichen Legierung Nr. 21 entspricht etwa demjenigen von zähgepoltem Kupfer, während der Sauerstoffgehalt der anderen Legierungen niedriger ist Die Legierungen Nr. 12 bis 19 und die handelsübliche

Tabelle 1

Legierung Nr. 20 enthalten außerdem noch eine geringe Menge des Desoxidationsmittels.

Die Eigenschaften dieser Legierungen wurden bestimmt, und die Ergebnisse sind in Tabelle H zusammengefaßt Bei allen für diese Messungen verwendeten Blechstreifen betrug die durch Kaltwalzen erzielte Dickenverminderung 30%. Unter »Erweichungstemperatur« in Tabelle II wird diejenige Temperatur verstanden, bei welcher der Meßstreifen nach halbstündigem Erhitzen und Abkühlen auf Normaltemperatur eine Zugfestigkeit aufweist, welche dem Mittelwert der Zugfestigkeit vor dem Erhitzen und nach vollständigem Lösungsglühen entspricht

Aus den Zahlenwerten von Tabelle II ergibt sich, daß die erfindungsgemäß verarbeiteten Legierungen nicht nur eine ausgezeichnete Leitfähigkeit aufweisen, sondern auch ohne jegliche Wärmebehandlung eine hohe Wärmebeständigkeit zeigen. Außerdem wird durch diese Zahlenwerte bestätigt, daß die Eigenschaften der erfindungsgemäß verarbeiteten Legierungen nicht dadurch beeinträchtigt werden, wenn sie noch geringe Mengen eines Desoxidationsmittels enthalten, welches infolge des Gießvorganges praktisch unvermeidlich und an sich auch üblich ist

Legierungstyp Nr. Zusammensetzung

T! Cd Ag

Verunreinigungen

Cu

Kupfer-Thallium-Legierungen

1 0,005

2 0,009

3 0,02

Verwendung von sauerstofftreiem Kupfer

4 0,04

5 ν 0,06

6 0,08

7 0,2

8 0,9

Verwendung von sauerstoffhaltigem Kupfer

9 0,005

10 0,05

11 0,09

Verwendung von
desoxidiertem Kupfer

12 0,05

13 0,05

14 0,05

15 0,05

16 0,05

0 .	.. 0,0005
0 .	..0,0004
0 .	.. 0,0006
0 .	.. 0,0005
0 .	.. 0,0005
0 .	..0,0004
0 .	..0,0004
0 .	.. 0,0006
0 .	.. 0,02
0 .	.. 0,05
0 .	.. 0,05
0 .	.. 0,0003
P .	..0,004
0 .	.. 0,0005
Li .	.. 0,005
0 .	.. 0,0004
Si .	. . 0,002
0 .	. . 0,0006
Mg .	.. 0,002
0 .	.. 0,001
Zn .	.. 0.02

Rest Rest Rest

Rest Rest Rest Rest Rest

Rest Rest Rest

Rest Rest Rest Rest Rest

l-'orlsct/unu

l.egierungslyp Nr.	/usammcnsL'l/uiii! Tl CtI	0.2
Verwendung von desoxidieren Kupfer
17	0,05
18	0.05
19	0.05
Handelsübliche Legierungen 20

Verunreinigungen

Iu

0.15

0 .	. . ().0(X)5	Rest
ΛΙ .	. . 0.005
0 .	. . (U)(XM	Rest
Ca .	. . 0,(XW
0 .	. . 0,002	Rest
Cc .	. . 0.01
0 .	. . O.(XX)2	Rest
P .	. . 0,02
0	. . 0.05	Rest

Tabelle II

Legierungstyp Nr.	Eigenschaften	0.2%-Sircek-	Dehnung.	Krwci-	Bearbeitbarkeit	elektrische Leit
	Zugfestig	grcn7e	in 50 mm	ehungs-		fähigkeit
	keit			leniperatur
		kp/mm	"»			".. IACS
	kp/mnr
Kupfer-Thallium-
Legierungen		33,2	8.0	420	ausgezeichnet	99
1	35,6	33,8	7.8	430	ausgezeichnet	99
2	36.1	33,9	7.7	430	ausgezeichnet	99
3	36,5	34,1	7.8	430	ausgezeichnet	99
4	36,6	34,2	7.2	430	ausgezeichnet	99
5	36,8	34.2	6.9	430	ausgezeichnet	99
6	36,9	34,4	6.4	440	ausgezeichnet	98
7	37.0	36.5	6.0	450	ausgezeichnet	97
8	39.7	32,0	7.5	410	ausgezeichnet	99
9	35.4	32,9	7,0	420	ausgezeichnet	99
10	36.5	34,0	6,0	430	ausgezeichnet	99
11	36,8	34,8	7,6	440	ausgezeichnet	96
12	36,9	34,2	7,8	430	ausgezeichnet	99
13	36,5	34,6	7,5	430	ausgezeichnet	98
14	36,8	34,5	7,1	440	ausgezeichnet	98
15	36,9	34,3	7,2	430	ausgezeichnet	99
16	36,4	34,5	7,0	430	ausgezeichnet	97
17	36,8	34,5	7,4	430	ausgezeichnet	99
18	36,9	34,4	7,3	430	ausgezeichnet	99
19	36,7
Handelsübliche
Legierungen		37,6	3.0	370	gut	85
20	38,4	32,5	2,1	350	mittelmäßig	98
21	34.0

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften einer Kupferlegierung mit 0,005 bis 03% Thallium, -, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine Temperatur von 900 bis 1000° C erhitzt, warmverformt und unter Einschaltang von Zwischenglühung(en) bei 400 bis 550⁰C kaltverformt wird. in

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Kupferlegierung mit 0,01 bis 0,08% Thallium.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt aus r> zähgepoltem Kupfer mit 0,02 bis 0,05% Sauerstoff besteht

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt aus mit Phosphor, Lithium, Silicium, Magnesium, Zink, ><> Aluminium, Calcium oder/oder Cer desoxydiertem Kupfer besteht

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt aus sauerstoff freiem Kupfer besteht 2 ϊ

6. Verwendung einer Kupferlegierung, zusammengesetzt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und verarbeitet gemäß Anspruch 1, für Gegenstände mit hoher Temperaturbeständigkeit

7. Verwendung einer Kupferlegierung, zusammen- jo gesetzt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und verarbeitet gemäß Anspruch 1, für Gegenstände nach Anspruch 6, die Lötstellen besitzen.

8. Verwendung einer Kupferlegierung, zusammengesetzt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und J5 verarbeitet gemäß Anspruch 1, für Wärmeaustauscher. *