DE2108433C3 - Verwendung einer Kupferlegierung, die Elsen und/oder Kobalt enthält - Google Patents
Verwendung einer Kupferlegierung, die Elsen und/oder Kobalt enthältInfo
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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 herstellungsbedingten 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-Il-Oxyd-Kathode
sowie Kaliumhydroxyd als Elektrolyten aufweist, Stahl bzw. Eisen nicht in Berührung mit dem
Elektrolyten kommen, da sonst infolge einer elektrolytischen Reaktion Wasserstoff an der Eisenoberfläche
entstehen und zu einem Zerreißen bzw. einer Explosion der Zelle führen würde.
Da bei einem einzigen Metallwerkstoff viele Eigenschäften,
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 tektrischer
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 Riefenbildung
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 Trockenelementgehäuse 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-Legierungen,
Eisen-Chrom-Legierungen, Eisen-Mangan-Legierungen, Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen
u.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
mentgehäusen verwendet werden, die außer 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt noch bis 0,2%
Zink, bis 03% Blei, vorzugsweise bis 0,03% Blei, bis
0,5% 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 Kupfer-Nickel-Zink-Legierung oder einer Kupferlegierung,
die 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 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 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt für Verbundbleche
mit einer Stärke zwischen 0,12 und 0,53 mm verwendet. Die Dicke der Plattierschichten beträgt jeweils
5 bis 15% der Verbundblechdicke.
Die mit einer Kupferlegierung, die 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt enthält, plattierten Verbundbleche
lassen sich bindemittellos 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 für das Warmwalzen erforderlichen Temperaturen zu vermeiden. Oft bricht nämlich
die Oxydschicht während des Warmwalzens auf. Gemäß der USA.-Patentschrift 3 381 365 wird der
Kern mit einer Stärke von weniger als 12 mm auf eine
Temperatur zwischen 150 und 730cC 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 Kernblech-Auflage-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 VerbundbJech hat den Vorteil, daß durch die Plattierschicht deren Eigenschaften
an der Oberfläche zutage treten, während gleichzeitig die Eigenschaften des Kernmaterials 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 Kaltverformbarkeit 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
Kohlepstoffstahls 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 590° C 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 aus 0,5 bis 5,0% Eisen und/oder 0,5 bis 2,0% Kobalt
und Rest Kupfer mit Gen üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, als Plattierwerkstoff 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.
2. Verwendung einer Kupferlegierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, die außerdem bis
0,2% Zink, bis 03% Blei, bis 0,5% Phosphor und
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 einer 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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| US84837669A | 1969-07-02 | 1969-07-02 |
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