DE2108433B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend aus 0,5 bis 5,0% Eisen
und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt und Rest Kupfer mit her- »tellungsbedingten Verunreinigungen.
Legierungen dieser Zusammensetzung sind bekannt (DT-OS 1 939 036). Daraus ist ferner bekannt, daß sich
diese Legierungen im Verbund mit Eisenlegierungen verarbeiten lassen. Durch die Erfindung wird die Verwendung
derartiger Legierungen als Plattierwerkstoff für Verbundbleche mit einem Kern aus einer Eisenlegierung
zur Herstellung von im Verbund tiefgezogenen Batterie- oder Trockenelementgehäusen, mit der Maßgabe,
daß diese Kupferlegierungen die dem Elektrolyten zugewandte Oberfläche bilden, angegeben.
Bleche zur Herstellung von Batterie oder Trockenelementgehäusen müssen eine hohe Festigkeit sowie
eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem später in der Batterie bzw. dem Trockenelement enthaltenden Elektrolyten aufweisen. Deshalb
darf beispielsweise bei einer alkalischen Zelle, die beispielsweise eine Zink-Anode, eine Quecksilber-11-
Oxyd-Kalhode sowie Kaliumhydroxyd als Elektrolyten aufweist, Stahl bzw. Eisen nicht in Berührung mit dem
Elektrolyten kommen, da sonst infolge einer elektrolytischen Reaktion Wasserstoff an der Eisenoberfllehe
entstehen und zu einem Zerreißen bzw. einen Explosion
der Zelle führen würde.
Da bei einem einzigen Metallwerkstoff viele Eigenschaften, wie Elastizitätsmodul, Farbe, Dichte oder Festigkeit, nur in geringem Ausmaß durch Hinzulegieren
oder thermische Behandlung geändert werden können, setzt man für Batterie- oder Trockenelementgehäuse
bevorzugt metallische Verbundwerkstoffe ein, die weiterhin den Vorteil hoher Wärme- oder elektrischer
Leitfähigkeit besitzen. Bisher hat man becherartige Behälter aus vernickeltem Stahlblech verwendet, die mit
einem untertassenförmigen Oberteil ebenfalls aus vernickeltem Stahlblech versehen sind. Derartige
Trockenelemente finden sich in Transistorradios, in Geräten der Phototechnik, in Hörgeräten, in Uhren, in
Büromaschinen, in verschiedenen Kommunikationsgeräten, in Industriegeräten od. dgl - Die Nickelplattierung soll einen Kontakt des Elektrolyten mit dem
Stahlkern verhindern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
die vergleichsweise spröde Nickelplattierung bei der Verformung des Verbundblechs zu einem Trockenelementgehäuse
zum Reißen neigt und infolge ihrer relativ geringen Dicke gegenüber Kratzer- und Riefenbildiing
empfindlich ist, wodurch die angestrebte Schutzwirkung des Stahlkerns gegenüber dem Elektrolyten nicht
immer gewährleistet ist.
Es hat sich herausgestellt, daß durch die erfindungsgemäße
Verwendung einer Kupferlegierung, die 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt enthält, als
Plattierwerkstoff für Verbundbleche zur Herstellung von Batterie- oder Trockenelementgehäusen eine hervorragende
Beständigkeit gegenüber den in Frage kommenden Elektrolyten, beispielsweise sauren Elektrolyten,
erreicht wird. Die mit der erfindungsgemäß verwendeten Legierung hergestellten Verbundbleche
mit einem Kern aus einer Eisenlegierung besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Außerdem
verringert sich die Schichtdicke der angegebenen Kupferlegierung bei der Herstellung der Batterie- oder
Trockenclcmentgehäuse nur geringfügig, so daß sehr dünne Plattierschichten ausreichen und somit Kupfer
eingespart wird. Die mit der erfindungsgemäß verwendeten Legierung hergestellten Verbundbleche lassen
sich ohne Gefahr von Rißbildung verformen.
Bei der Plattierschicht aus mit Eisen und/oder Kobalt legiertem Kupfer ist das Kornwachstum beim Glühen
in einem Temperaturbereich, der für das Weichglühen des Stahlkernes nach der Formgebung gewählt wird,
wesentlich reduziert. Hierdurch erreicht die Streckgrenze der Kupfer-Plattierschicht über 40% der
Streckgrenze des Kerns aus einer Eisenlegierung, so daß bei einer späteren mechanischen Verformung des
Verbundbleches eine geringere Dickenverringerung der Kupfer-Plattierschicht eintritt. Außerdem neigt die
Kupfer-Plattierschicht nicht dazu, sich von dem Kern abzulösen, anzubrechen oder Risse zu bilden.
Der Kern der Verbundbleche besteht beispielsweise aus Eisen hoher Reinheit, Eisen-Kohlenstoff-Legierungcn,
Eisen-Chrom-Legierungen, Eisen-Mangan-Legierungen, Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen ü. dgl. Als Legierungsbestandteile
können beispielsweise Kohlenstoff, Aluminium, Titan, Silicium, Phosphor, Schwefel, Chrom, Nickel, Zirkonium und Zink vorhanden sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können auch Kupferlegierungen für die dem Elektrolyten zugewandte Oberfläche von Batterie- oder Trockenele-
mcntgehausen verwendet werden, die außer 03 bis
5,0% Eisen und/oder 03 bis 2,0% Kobalt noch bis 0,2%
Zink, bis 03% Blei, vorzugsweise bis 0,03% Blei, bis
03% Phospor und bis maximal 0,1% weiterer Legierungsbestandteile
bzw. Verunreinigungen enthalten.
Vorzugsweise sind die Verbundbleche auf der dem Elektrolyten abgewandten Seite ebenfalls plattiert, und
zwar vorzugsweise mit Kupfer, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer Legierung aus der Gruppe der Kupfernickelsorten
bzw. Arsennickel oder Nickelin, einer to Kupfer-Nickel-Zink-Legierung oder einer Kupferlegierung,
die 03 bis 5.0% Eisen und/oder 03 bis 2,0% Kobalt
enthält. Diese Plattierschicht ist nicht dem Elektrolyten ausgesetzt und kann daher nach den Gesichtspunkten
des späteren Einsatzes beliebig gewählt werden. Bevorzugt sind ein ansprechendes Aussehen sowie
eine gute Korrosionsbeständigkeit.
Vorzugsweise wird die Kupferleigierung mit 03 bis 5,0% Eisen und/oder 03 bis 2.0% Kobalt für Verbund
bleche mit einer Stärke zwischen 0,12 und 0,53 mm verwendet
Die Dicke der Plattierschichten beträgt jeweils 5 bis 15% der Verbandblechdicke.
Die mit einer Kupferlegierung, die 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 03 bis 2,0% Kobalt enthält, plattierten Verbundbleche
lassen sich binüemittellos beispielsweise
nach den Verfahren der USA.-Patentschriften 3 318 364 und 3 381 365 herstellen. Die letztere Patentschrift beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen mit einem Kern aus einer Eisenlegierung, wobei
es die Schwierigkeit zu überwinden galt, die einer guten Verbindung entgegenwirkende Bildung von sowohl
haftenbleibenden wie auch abblätternden Oxyden bei gemäßigten oder hohen /ür das Warmwalzen erforderlichen
Temperaturen zu vermeiden. Oft bricht nämlich die Oxydschicht während des .Varmwalzens auf. 3ί
Gemäß der USA.-Patentschrift 3 381365 wird der Kern mit einer Stärke von weniger als 12 mm auf eine
Temperatur zwischen 150 und 7300C erhitzt und zusammen mit der aufzuplattierenden Auflage mit einer
Geschwindigkeit von 30 m/min in einem Durchgang bei einem Verformungsgradbereich zwischen 35 und
75% gewalzt. Kern und Auflage kommen zum ersten Mal in dem Walzenspalt zusammen, wobei die Auflage
eine Stärke von weniger als 0,3 mm hat und die Walze vor dem Kontakt mit dem Kern berührt. Der zwischen
dem Kernblech und der Auflage eingeschlossene Winkel muß beim Eintritt in die Walzen über 5° liegen,
wobei ein bevorzugter Winkel über 10° liegt. Durch einen Winkel über 10° ist gewährleistet, daß die Auflage
und das Kernblech erst im Walzenspalt zusammenkommen.
Beim Eintritt in die Walzen haben die Auflage und die Walzen unterschiedliche lineare Geschwindigkeiten;
durch die Einwirkung der Walzen erhalten sie infolge der Dickenverringerung des Verbundbleches die
gleiche Geschwindigkeit. Durch den Unterschied der Geschwindigkeiten zwischen den Walzen und der Auflage
wird zusammen mit der vorher erfolgenden Berührung zwischen Auflage und Walzen eine Scherspannung
erzeugt und am Walzenspalt und der Kemblech-Aufiage-Grenzfläche
eine Scherung hervorgerufen. Die Scherung an dieser Grenzfläche führt zu einem turbulenten
Fließen des Materials, wodurch eine innigere Bindung erzielt wird, indem die ebene Grenzfläche um
wenigstens 20% vergrößert wird. Weiterhin zeichnet sich die Grenzfläche zwischen dem Kernblech und der
Auflage dadurch aus, daß eine interatomare Diffusion zwischen dem Kernmaterial und dem Auflagematerial
fehlt. Das Verbundblech kann jedoch auch nach anderen Verfahren hergestellt werden. Erforderlich ist dabei
lediglich, daß eine gute Verbindung der Berührungsflächen
erreicht wird.
Das mit der erfindungsgemäß verwendeten Legierung hergestellte, zur Herstellung von Batterie- und
Trockenelementgehäusen dienende Verbundblech hat den Vorteil, daß durch die Plattierschirh? deren Eigenschaften
an der Oberfläche zutage treten, während gleichzeitig die Eigenschaften des Kernmaierials erhalten
bleiben, wodurch das Verbundblech im Gegensatz zu einer einzigen Legierung stark unterschiedliche, erwünschte
Eigenschaften hat Durch den Eisenkern ist beispielsweise eine hohe Festigkeit sowohl bei Raumtemperatur
als auch bei höheren Temperaturen und die Kaltverformbarkeic gegeben. Diese Eigenschaften werden
bei dem Verbundblech beibehalten, während gleichzeitig die Eigenschaften der Plattierung hinzutreten,
beispielsweise hoher Verschleißwiderstand, Farboxydation, gute Leitfähigkeit und guter Korrosionswiderstand.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Beispiels noch näher erläutert:
Eine Kupferlegierung mit 2,1 bis 2,6% Eisen wird bindemittellos einstückig mit der einen Seite eines
Kohlenstoffstahls SAE 1010 verbunden, während auf der anderen Seite dieses Stahls eine Neusilberlegierung
bindemittellos in inniger Verbindung aufgebracht wird. Der sich ergebende Verbundwerkstoff hat einen Stahlkern
mit einer Dicke von etwa 0,17 mm, mit der Auflage aus der Kupferlegierung auf der einen Seite beträgt
die Dicke annähernd 0,2 mm. Der Verbundwerkstoff wird dann bei einer Temperatur von etwa 5900C geglüht,
um in dem Kernblech aus Stahl, dem Neusilberüberzug und der Eisen enthaltenden Auflage aus der
Kupferlegierung eine Rekristallisation herbeizuführen. Die dadurch erreichte Korngröße in der Eisen enthaltenden
Auflage aus der Kupferlegierung beträgt annähernd 0,006 mm. Nach einer anschließenden Verformung
zu einer Batteriezelle ist ein Anbrechen nicht und nur eine ganz geringe Schichtdickenverringerung der
Eisen enthaltenden Auflage aus der Kupferlegierung festzustellen.
Claims (6)
1. Verwendung einer Kupferlegierung, bestehend »us 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder (W bis 2,0% Kobalt s
und Rest Kupfer mit den üblichen herstellungsbedingten
Verunreinigungen, als Plmtierwerkstoff für Verbundbleche mit einem Kern aus einer Eisenlegierung
zur Herstellung von im Verbund tiefgezogenen Batterie- oder Trockenelementgehäusen, mit
der Maßgabe, daß diese Kupferlegierung die dem Elektrolyten zugewandte Oberfläche bildet
Z Verwendung einer Kupferlegierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, die außerdem bis
0,2% Zink, bis 03% Blei, bis 03% Phosphor und t5
höchstens bis 0,1% weiterer Legierungsbestandteile enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Kupferlegierung der Zusammensetzung
nach Anspruch 2, die bis 0.03% Blei enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Kupferlegierung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
für den Zweck nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß das Verbundblech auf der dem Elektrolyten
abgewandten Seite mit Kupfer, einer Kupfer-Zink-Legierung,
einer Kupfer-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Nickel-Zink-Legierung oder einer
Kupferlegierung der in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung plattiert ist.
5. Verwendung eia;r Kupferlegierung der Zusammensetzung
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für den Zweck nach Anspruch 1, mit der weiteren
Maßgabe, daß das Verbundblech eine Dicke zwischen 0,12 und 0,53 mm besitzt.
6. Verwendung einer Kupferlegierung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
für den Zweck nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß das Verbundblech beidseitig plattiert
ist und daß die Dicke der Plattierschichten jeweils 5 bis 15% der Verbundblechdicke beträgt,
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