DE531693C - Verfahren zur Herstellung von Aluminium hoher elektrischer Leitfaehigkeit und grosser Festigkeit - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Aluminium hoher elektrischer Leitfähigkeit und großer Festigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumleichtmetallegierungen hoher Festigkeit und großer elektrischer Leitfähigkeit sowie Herstellungsverfahren zur Erzeugung insbesondere von elektrischen Leitungsdrähten o. dgl. aus diesen Verbindungen.
• Aufgabe der Erfindung ist in erster Linie, ein zur Erzeugung elektrischer Leitungsdrähte geeignetes Aluminium herzustellen; das .sowohl eine hohe elektrischeLeitfähigkeit als auch eine große Festigkeit hat.
• Bisher mußten, wenn beabsichtigt war, elektrische Leitungsdrähte aus Aluminium von mehr als 6o v. H. Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer.herzu,stellen, besonders reine Aluminiumblöcke herausgesucht werden. Infolgedessen wurde die Herstellung solcher Drähte sehr verteuert, denn besonders reine Aluminiumblöcke sind nur mit großen Schwierigkeiten zu erhalten, und überdies sind die Herstellungskosten reiner Aluminiumblöcke sehr hoch. Bekanntlich wird bei der Verarbeitung metallischer Abfälle niemals reines Aluminium erzielt, das geeignet wäre; zu Drähten hoher elektrischer Leitfähigkeit und ,großer Festigkeit verarbeitet zu werden. Die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums wird durch - die - Gegenwart von Silicium, Eisen, Oxyden und anderen Verunreinigungen stark herabgesetzt.
• Das Verfahren nach der Erfindung besteht in der Hauptsache darin, daß dem in einem Ofen im Schmelzen begriffenen Aluminium ein etwa 3 v. H. des Gewichtes betragender Zusatz von geschmolzenem und getrocknetem Chlorcalcium und von Borax zu gleichen Teilen beigegeben und beide Zusatzteile zusammen fein gemahlen und in der Schmelzmasse- gleichmäßig verteilt werden, worauf denn, gereinigten Aluminium etwa 2 - bis zo v. H. des Gewichtes Cerium zugesetzt wird.
• Gemäß der Erfindung können an Stelle des Ceriums auch aus den Erzen des Ceriums gewonnene Metalle, wie La-nthan, Yttrium; Didyme, Erbium, Terbium usw.,: entweder allein oder vermischt zugesetzt werden, und zwar ebenfalls im Verhältnis von z bis 1o v. H. des Gewichtes.
• Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es ermöglicht; mit geringen Kosten ein hochwertiges, zur Herstellung von elektrischen Leitungsdrähten geeignetes Aluminium zu erzeugen, ohne dafür ein teueres Ausgangsmetall, nämlich ganz reines Aluminium, benutzen zu müssen.
• Es: ist bekannt, Borax und Calciumchlorid in geringer Menge. bei-in Schmelzen von . Aluminium als Flomittel zuzusetzen. Bei den -bekannten Verfahren würden :aber diese Zusatzmittel nicht gemeinsam und auch nicht zu gleichen Teilen zugesetzt.
• Es ist weiter bekannt, Alttminiumverbindumgen Cerium zuzusetzen. - Der Zusatz des Ceriun.s erfolgt aber hei' den bekanntem Verfahren nicht, nachdem das Aluminium vorher durch Borax und Calciumchlorid gereinigt worden ist.
• Die Erfindung liegt ferner in der Verwendung der in der angegebenen Weise hergestellten Aluminiumlegierung als Seele eines Bimetalldrahtes, dessen äußere Schicht raus einer vergütbaren Legierung hoher Festigkeit und großer Brinellhärte-besteht.
• Zur Erzeugung von Gegenständen aus Aluminiumleichtmetallegierungen, die sowohl eine hohe Bruchfestigkeit als auch eine gute Dehnung und einen genügenden Torsions- und Biegewiderstand bei hoher elektrischer Leitfähigkeit haben, eignet sich das nachstehende Verfahren: Zunächst reinigt man beispielsweise durch metallurgische Verfahren, hergestellte Aluminiumbarren, die Eisen mit Silicium in wechselnder Menge sowie - während der Elektrolvse des Metalls zwischen den Aluminiuinkristallen abgelagerte Spuren von Kryolith enthalten. Die Reinigung erfolgt bei einer Temperatur von ungefähr goo° bis rooo' C. indem dem Metall ein Schmelzmittel hinzugefügt wird, das aus =gleichen Teilen Borax und geschmolzenem und getrocknetem Calciumchlorid zusammengesetzt ist. Das Schmelzmittel wird äußerst fein zerrieben und gleichmäßig auf das Schmelzgut im Verhältnis von 3 v. H. des Gewichtes verteilt, wobei das Schmelzen soweit wie möglich unter Luftabschluß. erfolgt.
• Dem - so gereinigten Aluminium wird Cerium zugesetzt, dessen Gehalt von 2 bis ro v. H. des Gewichtes schwanken kann. An Stelle des Ceriums können allaaus den Erzen des Ceriums gewonnenen Metalle, wieLanthan, Yttrium, Didyme, Erbium; Terbium us-,v.; allein oder vermischt benutzt werden.
• Die erhaltene Verbindung ist- von Eisen und Silicium, die die, gleichmäßige Leitfähigkeit herabsetzen, und von Kryolith, durch das die Legierung sehr leicht karradieren würde, bereit und hat besonders gute mechanische Eigenschaften, namentlich eine erhöhte Bruchfestigkeit, eine hohe Dehnung und eine ge- nügende Geschmeidigkeit, um selbst ein häufiges Winden öder Biegen des , Drahtes ohne Bruch zu ermöglichen. -Trotz der Anwesenheit dieser Metalle im. Aluminium nähert sich die elektrische- Leitfähigkeit einer solchen Verbindung merklich derjenigen des reinen: Aluminiums. Diese Legierung ist außerdem nicht so leicht der Korrosion ausgesetzt #"vie all die bekannten Aluminium-Silicium-Magnesium- oder Aluminium-Kupfer, Legierungen.
• Diese besonders: zur frerstellung elektrischer Leitungsdrähte bestimmten Aluminium-Cerium-Leg:erungen können unter den gleichen Bedingungen wie Drähte aus reinem Aluminium gewalzt und gezogen werden. Ihre Festigkeit nimmt mit dem Gehalt an Cerium o. dgl: zu und ist bei einem Verhältnis von v.: H. Cerium und g$ v. I3. Aluminium uni mehr als 5o v. H. höher als die eines Drahtes aus reinem Aluminium, obgleich die elektrische Leitfähigkeit eines so hergestellten Drahtes fast nicht abnimmt: Diese Drähte können vollständig aus einer derartigen Legierung hergestellt werden, können jedoch auch aus einem Bimetall bestehen, besonders in dein Falle, wenn die Herstellung eines Erzeugnisses beabsichtigt ist, das bei vollständiger Homogenität eine höhe Festigkeit und eine große Brinellhärte hat und dessen Seele weich und dehnbar ist, sich hinreichend biegen und winden läßt, und das trotzdem als Ganzes eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Die Seele der Drähte besteht dann aus einer Aluminium-Cerium-Legierung o@. dgl. und die äußere Schicht aus einer anderen vergütbaren Aluminium-Legierung, z. B. einer Aluminium-Silicium-\-Tägnesium- oder Aluminium-Kupfer-Legierung.-Die Herstellung- solcher - Drähte aus Bimetall geschieht in folgender Weise: In einer gewöhnlichen Kokille, deren Abmessungen den Rillen des verfügbaren Wälzwerkes angepaßt sind, wird vor dem Gießen des Barrens ein Stab von der Länge der Kokille beifestigt, der vorher aus einer Aluminium-Cerium-Legierung hergestellt wird und gewalzt oder ungewalzt einen kleineren Durchmesser als die. Kokille sowie einen Rauminhalt von beispielsweise etwa 2o v. H. oder mehr von dem der Kokille hat. Dieser vorgewärmte und gebeizte Stab wird in der Richtung der Längsachse der Kokille in einer mittleren Aussparung in der Rolle des Bodens oder; wenn keine Rollen vorhanden sind, in ; der Kokille selbst, und zwar in einer Aussparung der Kokille befestigt, damit er während. des Gießens des Barrens in seiner Läge gehalten wird. Der Barren, besteht aus einer AIumi.nium-Silicium-Magnesium- oder - Aluminium-Kupfer-Legierung, die den Stab um-.gibt und in der das Zusatzmetall, wie Magnesium, Silicium und Kupfer, nur iii verhältnismäßiggeringen, jedoch solchen'Mengen enthalten ist, daß die Legierung durch das Vergüten fest wird.
• Beispielsweise kann eineAluminium-Legierung benutzt werden, -die o, 5 v. H. Magnesium, 0,5 v. H. Silicium und o,5 v. H. Bor enthält. Durch die Anwesenheit des Bors ist die Aluminium -1\Tagnesiun@ - Silicium - Legierung; oder dieAluminium-Kupfer-Legierungwenig er leicht der Korrosion ausgesetzt wie reines Aliitiiinium, und der Draht erhältbeim Härten eine größere Festigkeit, ohne daß seine elektri--clie Leitfähigkeit verringert ist.
• Die beiden den Draht bildenden Metalle verbinden sich beim Gießen fest miteinander: Nach dem Herausnehmen aus der Kokille wird das Ganze so lange warm gewalzt, bis der Durchmesser etwa 15 mm ist. Das so erhaltene Stück wird einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um ihm den @ Höchstbetrag an Brinellhä rte zu verleihen, ohne zu einer Lösung der Siliciumkristalle Anlaß zu geben, die für die Magnesium-Silicium oder Kupfer-Magnesium enthaltenden Aluminium-Legierungen kennzeichnend ist und sich sonst bei der Temperatur der Umgebung vollzieht, nachdein das Härten bei bestimmten Temperaturen erfolgt ist.
• \? ach dem Härten ohne Lösung erfordert das Nestwerden bei der Raumtemperatur eine Erhitzung auf eine verhältnismäßig hohe, etwa bei 6oo° C liegende Temperatur. Bei dieser Temperatur zerfallen die obengenanuten Verbindungen und werden brüchig. Dies wird dadurch verhindert, daß .der mittlere Teil des Drahtes aus seiner Aluminium-C er ium-Legierung o, dgl. hergestellt wird, die einen höheren Verfestigungspunkt hat als die anderen Legierungen.
• Die Behandlung, der die Bimetalldrähte während der Herstellung unterworfen sind, erleichtert die Wärmebehandlung und verringert die Abfälle auf ein Mindestmaß.
• Nach der @ Wärmebehandlung erfolgt das Ziehen. Der Durchmesser des herzustellenden fertigen Drahtes. bestimmt dabei die Abines:sungen des Ouerschnittes des gewalzten Stückes. Im allgemeinen wird das Walzen unterbrochen, wenn das Stück einen Durchinesser hat, der ungefähr viermal größer ist als der des herzustellenden Drahtes.
• Auf diese Weise hergestellte Drähte haben eine Festigkeit von ungefähr 45. kg/mm- bei einer Dehnung von 4 v. H. und einer Dichte von ungefähr 2,7_ Die elektrische Leitfähigkeit solcher Drähte beträgt 55, wenn die Leitfähigkext des Kupfers gleich ioo gesetzt wird. Diese Werte wurden an Hand - -3n nach denn Verfahren nach der Erfindung lrgestellten Probestücken ermittelt.
• Zum Vergleich sei noch angegeben, daß Aluminium üblicher Handelsqualität im Vergleich zu Kupfer eine elektrische Leitfähigkeit von 59 v. H., reines Aluminium -eine Leitfähigkeit von 62 v. H. hat.
• Nach dem Glühen auf etwa z65° bis iSo° C sinkt die Bruchfestigkeit auf 42 kg/min2, die Dehnung steigt .auf S v. H., und die elektrische Leitfähigkeit wird etwa gleich -56.
• Die Erfindung ist auf die beschriebenen Verfahren und Anwendungsbeispiele nicht beschränkt, sondern umfaßt auch @ alle im. Rahmen der Erfindung liegenden Änderungen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i: Verfahren zur Herstellung von Aluminiuni höher elektrischer Leitfähigkeit und großer Festigkeit; dadurch gekennzeichnet, daß denn in einem Ofen im Schmelzen begriffenen Aluminium ein etwa 3 v: H. vom Gewicht betragender Zusatz von geschmolzenem undgetrockneteni Chlorcalcium und von Borax zu gleichen Teilen beigegeben und beide Zusatzteile zusammen fein gemahlen und gleichmäßig in der Schmelzmasse verteilt werden, wogauf dem gereinigten Aluminium etwa bis io v.. H. des Gewichtes Cerium zugesetzt wird:
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Geriums aus den Erzen des Ceriums gewonnene Metalle, wie Lanthan, Yttrium; Didyme, Erbium, Terbium usw.,; allein oder vermischt zugesetzt werden.
3. 3. Verwendung der nach Anspruch T und - hergestellten Legierung als Seele eines Bimetalldrahtes, dessen äußere Schicht aus einer vergütbaren Legierung hoher Festigkeit und großer Brinellhärte besteht.