DE3514332A1

DE3514332A1 - Korrosionsbestaendige kupferlegierung

Info

Publication number: DE3514332A1
Application number: DE19853514332
Authority: DE
Inventors: Kiyoaki Nishikawa; Ryoichi Kanagawa Nobuyoshi
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1985-12-19
Also published as: US4592891A; CA1248779A; NL8501204A; DE3514332C2

Description

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Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige Kupferlegierung, welche die Herstellung von dünnerwandigeren und dauerhafteren Rippen als bisher für Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeugkühler, gestattet.

Die Rippen von Kraftfahrzeugkühlern sind mit Kühlerrohren verbunden und dienen der Ableitung der Wärme von dem durch die Rohre strömenden erhitzten Kühlmittel an die Atmosphäre.

Zu den für die Rippen notwendigen Eigenschaften gehören insbesondere Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Als Werkstoff, der diese Erfordernisse erfüllt, wurde in den letzten Jahren zinnhaltiges Kupfer eingeführt.

Dessen ungeachtet besteht eine zunehmende Besorgnis über schwere Korrosionsschäden an den Rippen von Kraftfahrzeugkühlern mit ihren fatalen Auswirkungen auf die Wärmeableitfunktion und die Lebensdauer der Kühler. Diese und andere Probleme beruhen auf der Verschlechterung der Umweltbedingungen mit der Zunahme der Konzentrationen an SO₃-GaS und Abgasemissionen in die Luft, dem Kontakt mit salzbeladener Luft im Küstenbereich, dem schädlichen Einfluß von Streusalz auf den Straßen und anderen schädlichen Faktoren. Außerdem hat die in jüngster Zeit verstärkt auftretende Tendenz der Kraftfahrzeugindustrie, Fahrzeuge mit geringerem Gewicht als früher zu fertigen, zu dem Einsatz von dünneren Kühlerrippen geführt, so daß bereits eine geringfügige Korrosion der Rippen zu verschlechterten Kühlerkennwerten· führen kann.

Unter diesen Umständen sind die derzeit für die Herstellung der Rippen benutzten zinnhaltigen Kupferbleche gegenüber Korrosionsangriffen recht empfindlich.

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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung mit weiter verbesserter Korrosionsbeständigkeit anzugeben, die sich insbesondere als Werkstoff für Wärmeaustauscher, vor allem für Kraftfahrzeug-Kühlerrippen, eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine korrosionsbeständige Kupferlegierung gelöst,, die im wesentlichen aus 0,005 bis 0,1 Gew.% Blei; 0,01 bis 1,0 Gew.% Kobalt, Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen, besteht.

Es wurde gefunden, daß durch den kombinierten Zusatz von Blei und Kobalt in den genannten Mengen für verbesserte Korrosionsbeständigkeit gesorgt werden kann.

Es zeigte sich ferner, daß eine noch stärkere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erzielbar ist, wenn die vorstehend genannte Legierung zusätzlich eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P enthält. Gegenstand der Erfindung ist daher ferner eine korrosionsbeständige Kupferlegierung im wesentlichen bestehend aus 0,005 bis 0,1 Gew.% Pb, 0,01 bis 1,0 Gew.% Co und 0,01 bis 1,0 Gew.% eines oder mehrerer Elemente der aus Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P bestehenden Gruppe, Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.

Nachstehend seien die Gründe erläutert, weswegen die Anteile der die erfindungsgemäße Legierung bildenden Legierungselemente auf die genannten Bereiche beschränkt sind.

Der Bleigehalt liegt im Bereich von 0,005 bis 0,1 Gew.%, weil gefunden wurde, daß ein Gehalt von weniger als 0,005 Gew.% Blei die Korrosionsfestigkeit der resultierenden Legierung nicht wirkungsvoll verbessert, während der Effekt der Verbesserung

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der Korrosionsbeständigkeit eine Sättigung bei mehr als 0,1 Gew.% erfährt und weil Warmsprödigkeit und andere Mängel Probleme im Fertigungsverfahren verursachen können.

Der Kobaltgehalt liegt im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.%, weil bei einem unterhalb dieses Bereichs liegenden Gehalt nur eine geringe Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zu beobachten ist, während bei einem Kobaltgehalt oberhalb dieses Bereiches die Verbesserungswirkung bezüglich der Korrosions- und Wärmebeständigkeit in die Sättigung geht und die Wärmeleitfähigkeit der Legierung vermindert wird.

Blei und Kobalt müssen erfindungsgemäß dem Kupfer kombiniert zugesetzt werden, weil das eine oder das andere Element allein die Korrosionsbeständigkeit der erhaltenen Legierung nicht„we~ sentlich verbessern würde. Erst durch den kombinierten Zusatz beider Legierungselemente wird eine ausgeprägte Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erzielt.

Für eine weitere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit werden eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.% verwendet. Bei einem Zusatz von weniger als 0,01 Gew.% eines oder mehrerer dieser Elemente wird keine merkliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit erreicht. Im Falle einer Zugabe von mehr als 1,0 Gew.% gehen die Verbesserung der Korrosions- und Wärmebeständigkeit in die Sättigung, während die Wärmeleitfähigkeit vermindert wird.

Die kombinierte Zugabe von Pb, Co und einem oder mehreren der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P verleiht der erhaltenen Legierung eine weitaus

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größere Korrosionsbeständigkeit als der Zusatz nur eines dieser Elemente.

Weil die Wärmeleitfähigkeit der Legierung abnimmt, wenn die Gesamtmenge der genannten Zusatzelemente ansteigt, ist vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Gesamtzusatzmenge 1,5 Gew.% nicht übersteigt, um die gewünschte Wärmeabfuhr über die Kühlerrippen zu gewährleisten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Legierungen mit entsprechend Tabelle 1 verschiedenen Zusammen-Setzungen wurden durch Schmelzen der Komponenten hergestellt". Nach einem Warmwalzen wurden die Werkstücke zu 0,4 mm dicken Blechen kaltgewalzt, wobei zwischenzeitig eine zweckentsprechende Wärmebehandlung erfolgte.

Well Untersuchungen zeigten, daß die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Salz Faktoren sind, die für die atmosphärische Korrosion von Kühlerrippen weitgehend verantwortlich sind, wurden zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit der Versuchslegierungen die folgenden Versuchsverfahren benutzt.

Jedes Versuchsstück wurde einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 7O⁰C und einer.relativen Luftfeuchtigkeit von 90% 15 Tage lang ausgesetzt. Künstliches Seewasser mit der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung wurde während der Versuchsdauer auf zweckentsprechende Weise versprüht. Das Versuchsstück wurde dann abgebeizt, und der Gewichtsverlust vor und

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nach dem Versuch wurde gemessen. Der Gewichtsverlust wurde in die Gewichtsverminderung pro dm² pro Tag umgewandelt. Dieser Wert wurde als Korrosionsgeschwindigkeit betrachtet.

Was die Wärmebeständigkeit anbelangt, wurde jedes Versuchsblech nach Kaltwalzen auf 50% des Endbearbeitungsgrades auf verschiedene Temperaturen erhitzt und auf jeder Temperatur 30 min lang gehalten. Die Temperatur, bei welcher das kaltgewalzte Blech eine Abnahme der Härte auf 80% des Anfangswertes zeigte, wurde als Erweichungstemperatur definiert. Die Wärmeleitfähigkeit wurde in Form der damit in Beziehung stehenden elektrischen Leitfähigkeit ermittelt.

Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt. Aus der Tabelle folgt, daß im Vergleich zu den Legierungen,_Λ die nur Blei oder Kobalt enthielten (Nm. 1 bis 10) und einer konventionellen Legierung (Nr. 11), die erfindungsgemäßen Versuchslegierungen (Nrn. 12 bis 21) ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufwiesen.

Die Legierung nach der Erfindung hat also eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie stellt infolgedessen eine hervorragende Legierung mit gut ausgewogenen Eigenschaften dar, die sich als Werkstoff für die Rippen von Wärmetauschern, insbesondere Kraftfahrzeugkühlern, eignet.

- 7 Tabelle 1

(Gew.%)

	Co	Pb-	Sn	P	Cu
Vergleichslegierung 1	0,01	-	-	-	Rest
Vergleichslegierung 2	0,07	-	-	—	Rest
Vergleichslegierung 3	0,1	-	-	-	Rest
Vergleichslegierung 4	0,3	-	-	-	Rest
Vergleichslegierung 5	0,9	-	-	—	Rest
Vergleichslegierung 6	-	0,006	-	—	Rest
Vergleichslegierung 7	-	0,01	-	—	Rest
Vergleichslegierung 8	-	0,03	-	-	Rest
Vergleichslegierung 9	-	0,06	-	-	Rest
Vergleichslegierung 10	-	0,08	—	—	Rest
Konventionelle Legierung 11	-	-	0,1	0,01	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 12.	0,01	0,007	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 13	0,3	0,01	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 14	0,06	0,04	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 15	0,7	0,09	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 16	0,9	0,08	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 17	' 0,2	0,03	-	-■	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 18	0,1	0,01	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 19	0,05	0,006	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 20	0,4	0,02	-	-	Rest
Erfindungsgemäße Legierung 21	0,6	0,05	—	—	Rest

Tabelle 2

	g/i
NaCl	23
Na₂SO₄-IOH₂O	8
MgCl₂-6H₂O	11
CaCl₂	2,2
KBr	0,9
KCl	0,2

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- 9 Tabelle 3

	Korrosions- . geschwindig-' keit (mdd)	Leitfähig keit (%IACS)	Erweichungs temperatur (⁰C)
Vergleichslegierung 1	29	95	270
Vergleichslegierung 2	27	93	300
Vergleichslegierung 3	26	92	360
Vergleichslegierung 4	24	63	370
Vergleichslegierung 5	23	51	390
Vergleichslegierung 6	28	100	200
Vergleichslegierung 7	27	100	200
Vergleichslegierung 8	25	99	200
Vergleichslegierung 9	24	99	200
Vergleichslegierung 10	24	98	200
Konventionelle Legierung 11	30	85	360 ,
Erfindungsgemäße Legierung 12	16	94	270
Erfindungsgemäße Legierung 13	12	62	370
Erfindungsgemäße Legierung 14	12	94	300
Erf indung sgemä ß e Legierung 15	10	60	370
Erfindungsgemäße Legierung 16	8	50	390
Erfindungsgemäße Legierung 17	11	80	360
Erfindungsgemäße Legierung 18	.13	90	360
Erfindungsgemäße Legierung 19	14	94	300
Erfindungsgemäße Legierung 20	11	60	370
Erfindungsgemäße Legierung 21	10	55	370

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Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, die dadurch erzielt wird, daß dem Pb-Co-Cu-Systein eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Pe und P zugesetzt werden. Es wurden Versuchsbleche aus Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen gemäß Tabelle 4 auf die gleiche Weise hergestellt wie im Beispiel 1. Obwohl es sich bei der Legierung 3 um eine im Rahmen der Erfindung liegende Pb-Co-Cu-Legierung handelt, ist sie hier für Vergleichszwecke als Vergleichslegierung aufgeführt. Die konventionelle Legierung 8 ist die gleiche wie die konventionelle Legierung 11 des Beispiels 1. In der Tabelle 5 sind die Versuchsergebnisse zusammengestellt. Die Versuchsverfahren waren die gleichen, wie im Beispiel 1 erläutert, mit der Ausnahme, daß die Versuchsdauer von 15 Tagen auf 25 Tage verlängert wurde. Aus der Tabelle ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Versuchslegierungen (Nrn. 9 bis 29) denen kombiniert Pb, Co und eines oder mehrere der Elemente Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P zugesetzt wurden, eine weit bessere Korrosionsbeständigkeit hatten als die Vergleichslegicrungen 1 bis 7 und eine konventionelle Legierung 8.

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Tabelle 5

	Korrosions- geschwindig keit (mdd)	Leitfähig keit (%IACS)	Erweichungs temperatur (⁰C)
Vergleichslegierung 1	29	99	200
Vergleichslegierung 2	34	58	380
Vergleichslegierung 3	20	82	230
Vergleichslegierung 4	31	52	350
Vergleichslegierung 5	29	83	290
Vergleichslegierung 6	30..	72	260
Vergleichslegierung 7	31	68	270
Konventionelle Legierung 8	30 .	86	360
Erfind.Legierung 9	17	72	330
Erfind.Legierung 10	13	73	320
Erf ind. Legierung 11	12	60	380
Erfind. Legierung 12	15	52	360
Erfind. Legierung 13	9	84	390
Erfind. Legierung 14	11	80	320
Erfind. Legierung 15	13	58	380
Erfind.Legierung 16	14	51	420
Erfind. Legierung 17	7	57	400
Erf ind. Legierung 18	12	74	340
Erfind. Legierung 19	13	. 76	320
Erfind. Legierung 20	oo	71	340
Erf ind.Legierung 21	8	73	330
Erf ind.Legierung 22	13	85	250
Erfind.Legierung 23	9	59	370
Erf ind. Legierung 24	14	56	410
Erf ind. Legierung 25	15	68	320
Erfind.Legierung 26	13	60	360
Erfind.Legierung 27	15	51	370
Erfind. Legierung 28	15	53	380
Erfind. Legierung 29	14	52	360

Claims

Korrosionsbeständige Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet , daß sie im wesentlichen besteht aus 0,005 bis 0,1 Gew.% Blei, 0,01 bis 1,0 Gew.% Jj Kobalt; Rest Kupfer .und unvermeidbare Verunreinigungen. ™

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Korrosionsbeständige Kupferlegierung, dadurch gekennzeich- ^V

net, daß sie im wesentlichen besteht aus 0,005 bis 0,1 Gew.% Pb; 0,01 bis 1,0 Gew.% Co; 0,01 bis 1,0 Gew.% eines oder mehrerer Elemente der aus Al, Sn, Mg, Ni, Te, In, Cd, As, Mn, Cr, Ti, Si, Zn, Be, Fe und P bestehenden Gruppe; Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.