DE3907310C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgi­ schen Herstellung von Legierungen auf der Basis von Kupfer mit Anteilen an Chrom.

Bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen aus Kupfer und dessen Legierungen wird als Basis bevorzugt elektrolytisch hergestelltes Kupferpulver verwendet, das aufgrund seiner Form und Struktur ein besseres Sinter­ verhalten bei der Legierungsherstellung gewährleistet und bessere Dichtewerte erbringt als nicht elektrolytisch, bei­ spielsweise durch chemische Umsetzung, hergestelltes Kupfer­ pulver. Es können jedoch auf diesem Wege auf der Basis von Kupfer insbesondere mit sauerstoffaffinen Bestandteilen keine Legierungspulver hergestellt werden. Daher wird als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kupferlegierungen das elektrolytisch hergestellte Kupferpulver mit Pulvern der Hydride der jeweiligen Legierungselemente, wie z. B. Zirkoniumhydrid und/oder Titanhydrid vermischt, kalt gepreßt und bei hohen Sintertempera­ turen dichtgesintert. Hierbei zerfällt das Metallhydrid unter Abspaltung von Wasserstoff zu feinen Metall­ teilchen, die schnell in die Kupfermatrix eindiffundieren.

Jedoch können wichtige Legierungsgruppen des Kupfers, z. B. mit Anteilen an Chrom, nicht auf diese Weise hergestellt werden, da Chrom als Hydrid nicht einsetzbar ist. Es muß demnach elementares Chrom in Pulverform zugemischt werden. Dies ist z. B. auch im in der DE-PS 20 24 943 beschriebenen Verfahren der Fall, bei dem ein Sinterwerkstoff in der oben genannten Weise und Zusammensetzung für Elektroden zum Widerstandsschweißen und für Funkenerosionsmaschinen hergestellt wird.

Aufgrund seiner Oberflächenschichten und der geringen Lös­ lichkeit von Chrom im Kupfer sind jedoch bei Zugabe von elementarem Chrom in Pulverform grobe Einschlüsse von elementarem Chrom in der resultierenden chromhaltigen Legierung nicht vermeidbar. Derartige Einschlüsse stören den Gefügeaufbau außerordentlich und führen zu erheblichen Qualitätseinbußen der Legierungsprodukte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Legierun­ gen auf Kupferbasis zu entwickeln, das den Einsatz von Chrom unter Vermeidung der geschilderten Nachteile gestat­ tet und sich auch insbesondere für die Verwendung des elektrolytisch hergestellten Kupferpulvers eignet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach werden bei der pulvermetallurgischen Her­ stellung der Legierungen anstelle von Pulvern elementaren Chroms Pulver aus Chromnitrid zugesetzt. Dem Chromnitrid­ pulver können prinzipiell Kupferpulver oder auch Kupfer­ pulvergemischen mit weiteren Legierungselementen hinzuge­ fügt werden. In jedem Fall ergibt sich, daß das Chromni­ tridpulver zwar bis zu mittleren Temperaturen stabil ist, jedoch bei den angewandten hohen Sintertemperaturen über 850°C unter Abgabe von Stickstoff in feinste Chromteilchen zerfällt. Die Erfinder ermittelten, daß die Abspaltung des Stickstoffs im Temperaturbereich zwischen cirka 850°C und 1070°C stattfindet. Außerdem wurde gefunden, daß die hier­ bei entstehenden außerordentlich feinen Chromteilchen über­ raschend gut in die Kupfermatrix eindiffundieren und sich hervorragend in dieser lösen. Somit sind nicht nur störende Chromeinschlüsse vollständig vermieden, sondern es sind auch die Homogenität und Aushärtbarkeit der Legierung wesentlich verbessert.

Von weiterem Vorteil ist, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch besonders gut mit elektrolytisch hergestell­ tem Kupferpulver unter Zumischung der erwähnten Metallhy­ dride durchführen läßt, da diese ebenfalls im angegebenen Temperaturbereich während der Sinterung unter Abspaltung von Wasserstoff zu feinteiligen Metall zerfallen. Die feinen Metallteilchen diffundieren dabei gleich gut wie die Chromteilchen in die Kupfermatrix ein, so daß deren Lösung in der Kupfermatrix bei denselben Sintertemperaturen erfolgt.

Bei Zugabe der im Anspruch 1 angegebenen Anteile an Chromnitrid und weiteren Metallen, insbesondere in Form von deren Metallhydriden, zum Kupferpulver konnten diese Legierungen ohne jegliche störende Chromeinschlüsse hergestellt werden, wobei sie entsprechenden schmelzmetallurgisch hergestellten Legierungen ebenbürtig waren. Darüber hinaus wiesen die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen eine erheblich gesteigerte Erweichungstemperatur auf, die bis zu 150 Ka über der der vergleichbaren schmelzmetallurgisch hergestellten Legierungen lag. Zudem zeigten sie eine bessere elektrische Leitfähigkeit auch gegenüber mit elementarem Chrom auf pulvermetallurgischem Wege herge­ stellten Legierungen entsprechender Zusammensetzung.

Vorzugsweise zu verwendende Teilchengrößen für das Kupfer- und Chromnitridpulver bei der Herstellung von Cu-Cr-Zr-Ti- Legierungen sind im Anspruch 2 angegeben. Die Sintertem­ peratur beträgt für diesen Fall vorzugsweise 1050°C.

Zusammenfassend gilt, daß sich die erfindungsgemäß herge­ stellten Legierungen außerordentlich gut zur wirtschaftli­ chen Herstellung aushärtbarer Formteile eignen, die eine gute Festigkeit, eine hohe Erweichungstemperatur sowie eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Obwohl sich das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell für Kupferpulver oder Kupferpulvergemische unterschiedlichster Art eignet und in jedem Fall die gute Diffusion und Lösung des Chroms in der Kupfermatrix gewähr­ leistet, wird im folgenden ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel lediglich für den Fall elektrolytisch hergestellten Kupferpulver erläutert.

Elektrolytisch hergestelltes Kupferpulver einer Teilchengröße zwischen 50 µm und 250 µm wird mit Chromnitridpulver einer Teilchengröße von 3 µm bis 6 µm und Titanhydridpulver und/oder Zirkoniumhydridpulver einer in weiten Grenzen beliebigen Teilchengröße vermischt. Das Mischungsverhältnis wird so ange­ setzt, daß der Chromanteil in der Mischung 0,5 bis 2,5 Gew.% beträgt und die Anteile des Zirkonium und/oder Titans jeweils 0,1 bis 7 Gew.% ergeben. Das so hergestellte Kupferpulvergemisch wird z. B. kaltgepreßt und entweder unter Schutzgas oder in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1050°C gesintert, bei der sich besonders gute Ergebnisse nachweisen ließen. Der Sin­ terkörper wird abgeschreckt, umgeformt oder auch erst nach dem Umformen abgeschreckt und anschließend zur Aushär­ tung bei Temperaturen zwischen etwa 450°C und 550°C angelassen.

Der angegebene Teilchengrößenbereich für das Kupferpulver liefert erfahrungsgemäß eine zufriedenstellende Matrix. Die Teilchengröße des Chromnitridpulvers sollte vorzugsweise zwischen etwa 2 µm und 10 µm liegen, kann jedoch auch bis zu über 50 µm betragen. Als Sintertemperatur, bei der der Zerfall des Chromnitrids unter Abspaltung des Stick­ stoffs auftritt und die Diffusion der Chromteilchen in die Kupfermatrix schnell und gut erfolgt, sollten etwa 850 bis 1070°C gewählt werden. In diesem Bereich zerfallen auch die Hydride der zusätzlichen Legierungsmetalle.

Claims (2)

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Legierungen auf Kupferbasis mit Chromanteilen durch Pressen und anschließendes Sintern eines chromhaltigen Kupferpulverge­ misch, dadurch gekennzeichnet,
daß das Chrom in Form von Chromnitridpulver einem an sich bekannten Pulvergemisch aus insbesondere elektrolytisch hergestelltem Kupfer und einem Metall oder mehreren weiteren Metallen, wie Zirkonium, Titan und Hafnium, vorzugsweise in Form von deren Hydriden, zugemischt wird,
daß das jeweilige Gemisch in bevorzugter Weise so angesetzt wird, daß die nach dem Sintern vorliegenden aushärtbaren Legierungen des Kupfers Chrom zwischen 0,5 und 2,5 Gew.-% und Zirkonium und/oder Titan jeweils zwischen 0,1 und 7 Gew.-% aufweisen, und
daß das gepreßte Gemisch in reduzierender oder inerter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen etwa 850 und 1070°C, bei denen das Chromnitridpulver unter Abgabe von Stickstoff in feinste Chromteilchen zerfällt, die in die Kupfermatrix eindiffundieren und sich dort lösen, gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da Titanhydridpulver und/oder Zirkoniumhydridpulver mit Kupferpulver einer Teilchengröße zwischen vorzugsweise 15 und 250 µm und Chromnitridpulver einer Teilchengröße von 2 bis 50 µm, vorzugsweise 3 bis 6 µm, vermischt werden und daß das gepreßte Gemisch bei vorzugsweise 1050°C gesintert wird.