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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines rostfreien Stahlblechs,
das eine Passivschicht mit einem guten Lötvermögen und einer guten elektrischen
Leitfähigkeit
aufweist.
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Ein
rostfreies Stahlblech wie SUS 430 oder SUS 340 weist aufgrund einer
auf dessen Oberfläche
vorliegenden Passivschicht eine gute Korrosionsbeständigkeit
auf. Die Passivschicht umfasst Oxide und Hydroxide und enthält von Cr
verschiedene metallische Komponenten wie Si, Mn.
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Oxide
und Hydroxide in der Passivschicht sind thermisch stabil, jedoch
für ein
Niedertemperaturbinden wie z.B. Löten ungünstig. Um das Lötvermögen eines
rostfreien Stahlblechs zu verbessern, wird die Passivschicht durch
ein Flussmittel gelöst,
das eine starke Säure
wie z.B. Fluorwasserstoffsäure
enthält,
oder das rostfreie Stahlblech wird mit einer Metallschicht, wie
z.B. Cu, vorbeschichtet, die ein gutes Lötvermögen aufweist. Ein solches korrosives
Flussmittel verursacht jedoch eine Verunreinigung einer Oberfläche des
rostfreien Stahls um die gelötete
Verbindung und das gelötete
rostfreie Stahlblech muss zwangsläufig gewaschen werden, um die
Verunreinigungen zu entfernen. Die Bildung einer Metallschicht,
die ein gutes Lötvermögen aufweist,
erfordert vor dem Löten
einen Plattierungsschritt und führt
zu einer Erhöhung
der Herstellungskosten.
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Oxide
und Hydroxide in der Passivschicht sind auch elektrisch isolierend.
Diesbezüglich
kann das rostfreie Stahlblech nicht als solches als Becherkörper einer
Batterie, als Federelement zum Fixieren einer Batterie, als Kontaktteil
für eine
elektrische Schaltung oder ein elektromagnetisches Relais, usw.,
verwendet werden. Obwohl als Material für einen elektrischen Kontakt
aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit bisher eine Kupferlegierung
verwendet worden ist, weist diese eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit
auf und ein Kontaktteil, das aus der Kupferlegierung hergestellt
ist, verliert dessen elektrische Leitfähigkeit aufgrund der Erzeugung
von Rost. Diesbezüglich
beschreibt die JP 63-145793A ein rostfreies Stahlblech, das mit
einer Ni-Schicht beschichtet ist und als Kontaktteil geeignet ist.
Das vorgeschlagene Kontaktteil weist eine gute Korrosionsbeständigkeit
auf, die von dem rostfreien Stahl stammt, und Defekte, die durch
eine Passivschicht verursacht werden, werden durch die Ni-Schicht
beseitigt. Die Bildung einer Ni-Schicht bedeutet jedoch eine Zunahme
der Herstellungsschritte und erfordert ein teures Elektroplattierungsverfahren
oder stromloses Abscheidungsverfahren. Aufgrund der Ni-Plattierung
besteht eine große
Belas tung bezüglich
der Verarbeitung flüssiger
Abfälle.
Wenn die Ni-Schicht auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahlblechs
mit einem schlechten Haftvermögen
ausgebildet ist, wird sie während
der Bildung oder der Handhabung des rostfreien Stahlblechs abgelöst.
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Die
Zusammenfassung der JP 10-060605 A beschreibt ein Geschirrspülerelement,
das aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist, der hervorragende
antibakterielle Eigenschaften aufweist und ≥ 0,3 Gew.-% Cu enthält und bei
dem Sekundärphasen,
die im Wesentlichen aus Cu zusammengesetzt sind, zu ≥ 0,2 Vol.-% ausgeschieden
sind, oder bei dem die Cu-Konzentration
in dem Oberflächenschichtteil
auf ≥ 0,1
Atom-% eingestellt ist. Die Zusammenfassung der JP 11-172380 A beschreibt
einen antibakteriellen rostfreien Stahl, bei dem eine konzentrierte
Cu-Schicht auf der Oberfläche
des rostfreien Stahlblechs ausgebildet ist, die 1 bis < 3 Gew.-% Cu enthält und in
der die Cu-Maximalkonzentration auf ≥ 3 % eingestellt ist. Die Zusammenfassung der
JP 10-140295 A beschreibt einen rostfreien Stahl, der hervorragende
antibakterielle Eigenschaften aufweist und der dadurch erhalten
wird, dass das Erscheinen einer Cu-Phase ermöglicht wird, oder dass eine Cu-angereicherte
Schicht an der Oberfläche
des rostfreien, eisenhaltigen Stahls gebildet wird, die > 1 bis 5 % Cu und 0,1
bis 5 % Ni enthält
und Cu (%) ≥ Ni
(%) ≥ 0,1 × Cu (%)
erfüllt,
oder einen austenitischen rostfreien Stahl, der > 1,5 % Cu enthält.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Oberflächenumwandlung
eines rostfreien Stahlblechs in einen Zustand mit einem guten Lötvermögen und
einer guten elektrischen Leitfähigkeit,
ohne die hervorragende Korrosionsbeständigkeit des rostfreien Stahls
selbst zu vermindern. Eine solche Umwandlung wird durch Ausscheiden
von Cu-angereicherten Körnern
in einer Matrix oder durch die Kondensation von Cu in einer Passivschicht
oder einer äußersten
Schicht durchgeführt.
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bis 5 dargestellt.
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Die
neu vorgeschlagene Verwendung des rostfreien Stahlblechs ist durch
einen rostfreien Stahl, der Cu zu einem Anteil von 1,0 Gew.-% oder
mehr enthält
und eine Matrix aufweist, bei der Cu-angereicherte Körner ausgeschieden
sind, und eine Passivschicht gekennzeichnet, durch welche die Cu-angereicherten
Körner der
Außenseite
ausgesetzt sind.
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Die
Kondensation von Cu in der Passivschicht sowie an einer äußersten
Schicht ist auch zur Umwandlung der Passivschicht effektiv, und
zwar anstelle der Ausscheidung Cuangereicherter Körner. Die
Kondensation von Cu bis zu einem Ausmaß, das derart ist, dass ein
Cu/(Cr + Si)-Massenverhältnis
0,1 oder mehr beträgt, bezogen
auf Cr und Si, die in der Passivschicht oder an der äußersten
Schicht vorliegen, verbessert das Lötvermögen des rostfreien Stahls beträchtlich.
Die Kondensation von Cu bis zu einem Ausmaß, das derart ist, dass ein
Cu/(Si + Mn)-Massenverhältnis
0,5 oder mehr beträgt,
bezogen auf Si und Mn, die in der Passivschicht oder an der äußersten
Schicht vorliegen, vermindert den Kontaktwiderstand des rostfreien
Stahls beträchtlich.
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Ein
rostfreier Stahl, bei dem Cu in einem solchen Ausmaß kondensiert
ist, erfordert keine Behandlung bezüglich einer Ausscheidung Cu-angereicherter
Körner
in dessen Matrix. Selbstverständlich
ist die Kombination einer Cu-Kondensation mit der Ausscheidung Cuangereicherter
Körner
zur Verbesserung des Lötvermögens und
der elektrischen Leitfähigkeit
effektiver.
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Bezüglich der
Art des rostfreien Stahls, der für
die vorliegende Erfindung zur Verfügung steht, bestehen keine
Beschränkungen,
solange der rostfreie Stahl 1,0 Masse-% oder mehr Cu enthält. Für diesen
Zweck können
verschiedene Arten ferritischer, austenitischer, martensitischer
und zweiphasiger rostfreier Stähle
verwendet werden.
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Cu-angereicherte
Körner
werden durch Alterung des rostfreien Stahls für eine Stunde oder länger bei einer
Temperatur von etwa 800°C
in einer beliebigen Stufe bis zum Endanlassen in einem Herstellungsverfahren
in ausreichender Weise ausgeschieden.
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Die
Kondensation von Cu in der Passivschicht oder an der äußersten
Schicht eines rostfreien Stahlblechs wird durch Blankglühen des
rostfreien Stahlblechs in einer Atmosphäre bei einem Taupunkt von –30°C oder niedriger
in der Endstufe eines Herstellungsverfahrens durchgeführt. Die
Kondensation von Cu wird auch durch Beizen eines rostfreien Stahlblechs
mit gemischten Säuren
wie z.B. Fluorwasserstoff-Salpetersäure oder Schwefelsäure-Salpetersäure durchgeführt.
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Eine
Oberfläche
eines rostfreien Stahls kann zu einem Zustand, der für eine gewünschte Verwendung geeignet
ist, ohne Beschränkungen
bezüglich
der Oberflächenfertigbearbeitung
fertigbearbeitet werden, solange das Aussetzen Cu-angereicherter
Körner
oder die Kondensation von Cu in einer Passivschicht oder an einer äußersten
Schicht nicht vermindert wird. Beispielsweise kann auf ein rostfreies
Stahlblech eine Fertigbearbeitung wie z.B. BA (Kaltwalzen und dann
Blankglühen),
2B (Kaltwalzen, Wärmebehandeln,
Beizen oder eine andere Oberflächenkonditionierung,
und dann Kaltwalzen zu einem Zustand mit einem geeigneten Glanz) oder
2D (Kaltwalzen, Wärmebehandeln
und dann Beizen oder eine andere Oberflächenkonditionierung zu einem
Zustand mit einem geeigneten Glanz) angewandt werden, die jeweils
gemäß JIS G0203
durchgeführt werden.
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Die 1 zeigt
eine Modellansicht, welche die Ausscheidung und Dispersion Cuangereicherter
Körner
in einer Matrix eines rostfreien Stahlblechs zeigt.
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Die 2A ist
eine erläuternde
Ansicht bezüglich
der Herstellung einer Probe, die für einen Test zur Untersuchung
der Zugfestigkeit eines gelöteten
Bauteils verwendet wird.
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Die 2B ist
eine Ansicht zur Erläuterung
eines Zugtests.
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Eine
Passivschicht, die auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahlblechs
vorliegt, ist vorwiegend aus Chromoxid und -hydroxid zusammengesetzt,
die bezüglich
der Korrosionsbeständigkeit
effektiv sind. Das Chromoxid und -hydroxid sind jedoch thermisch
stabil und elektrisch isolierend, so dass der rostfreie Stahl ein schlechtes
Lötvermögen und
eine schlechte elektrische Leitfähigkeit
aufweist.
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Die
Erfinder haben Effekte der Oberflächenzustände eines rostfreien Stahls
auf dessen Lötvermögen im Hinblick
auf verschiedene Aspekte erforscht und untersucht und dabei gefunden,
dass ein Cu-enthaltender rostfreier Stahl bezüglich des Lötvermögens anderen Arten rostfreier
Stähle überlegen
ist. Insbesondere weist ein rostfreier Stahl, der Cu zu einem Anteil
von 1,0 Masse-% oder mehr und ausgeschiedene Cu-angereicherte Körner in
seiner Matrix zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% enthält, ein
hervorragendes Lötvermögen auf.
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Die
Erfinder vermuten, dass die Verbesserung des Lötvermögens durch die Erhöhung des
Cu-Gehalts und die Ausscheidung Cu-angereicherter Körner wie
folgt stattfindet: Es liegt eine Passivschicht 3 auf einem rostfreien
Stahlblech 1 vor, in dessen Matrix Cuangereicherte Körner 2 ausgeschieden
sind, jedoch wird die Passivschicht 3 nicht an einem Oberflächenteil
eines rostfreien Stahlsubstrats 1 erzeugt, an dem die Cu-angereicherten
Teilchen 2 ausgeschieden sind, wie es in der 1 gezeigt
ist. D.h., die Cu-angereicherten Körner 2 sind der Außenseite
durch kleine Löcher 4 der
Passivschicht 2 ausgesetzt. Da die Körner 2 vorwiegend aus
Cu zusammengesetzt sind, das bezüglich
eines geschmolzenen Lötmittels
eine überlegene
Benetzbarkeit aufweist, wird das rostfreie Stahlblech selbst in
der Gegenwart von Kupferoxid gut gelötet.
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Die
Kondensation von Cu in der Passivschicht 3 oder an einer äußersten
Schicht des rostfreien Stahlsubstrats 1 ist auch ungeachtet
der Cu-angereicherten Teilchen 2 bezüglich des Lötvermögens effektiv. Insbesondere
wenn die Kondensation von Cu auf ein Cu/(Cr + Si)-Massenverhältnis von
0,1 oder mehr, bezogen auf Cr und Si, die in der Passivschicht 3 oder an
der äußersten
Schicht des rostfreien Stahlsubstrats 1 vorliegen, eingestellt
ist, wird die Oberfläche
des rostfreien Stahlblechs zu einem Zustand konditioniert, der bezüglich eines
geschmolzenen Lötmittels
gut benetzbar ist. Folglich zeigt die konditionierte Oberfläche verglichen mit
einer Oberfläche
eines rostfreien Stahlblechs mit einer Passivschicht, die große Mengen
an Cr und Si enthält,
ein hervorragendes Lötvermögen. Das
Lötvermögen wird
durch die Kondensation von Cu in einer Passivschicht oder an einer äußersten
Schicht eines rostfreien Stahls, in dessen Matrix Cu-angereicherte
Körner
ausgeschieden sind, weiter verbessert. Da ein rostfreier Stahl aufgrund
der konditionierten Oberfläche
ohne die Verwendung eines korrosiven Flussmittels oder einer Vorbehandlung
wie z.B. einer Ni-Plattierung gelötet werden kann, wird dessen
Anwendbarkeit auf verschiedene industrielle Bereiche ausgeweitet.
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Der
Effekt der Ausscheidung Cu-angereicherter Körner 2 und der Kondensation
von Cu in einer Passivschicht 3 oder an einer äußersten
Schicht eines rostfreien Stahlsubstrats 1 ermöglicht das
Löten eines
rostfreien Stahlblechs mit einem herkömmlichen Pb-Sn-Lötmittel,
jedoch auch mit einem bleifreien Lötmittel, von dem erwartet wird,
dass es unter Berücksichtigung
der schädlichen
Einflüsse
von Pb auf die Umwelt zukünftig das
Hauptlötmaterial
sein wird.
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Die
Ausscheidung Cu-angereicherter Körner
und die Kondensation von Cu sind auch bezüglich der Verminderung des
Kontaktwiderstands eines rostfreien Stahlblechs effektiv. Der Kontaktwiderstand
eines rostfreien Stahls wird durch Ausscheiden Cu-angereicherter
Körner
zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder durch Kondensation von Cu zu
einem Cu/(Si + Mn)-Verhältnis von
0,5 oder mehr in einer Passivschicht oder an einer äußersten
Schicht einer Stahlmatrix, die 1,0 Masse-% oder mehr Cu enthält, beträchtlich
vermindert.
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Die
Erfinder vermuten, dass die Verminderung des Kontaktwiderstands
aufgrund der Cu-angereicherten
Körner 2 stattfindet,
die durch die kleinen Löcher 4 einer
Passivschicht 3 der Außenseite
ausgesetzt sind und als Teile eines Durchgangs zur Bewegung von
Elektronen dienen.
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Der
Kontaktwiderstand eines rostfreien Stahls wird auch durch die Kondensation
von Cu in einer Passivschicht 3 oder an einer äußersten
Schicht eines rostfreien Stahlsubstrats 1 vermindert, da
die elektrische Leitfähigkeit
der Passivschicht 3 oder der äußersten Schicht mit zunehmender
Cu-Konzentration selbst in dem Fall höher wird, wenn Cu-angereicherte
Körner 2 nicht
in dem rostfreien Stahlsubstrat 1 ausgeschieden werden.
Die Verminderung des Kontaktwiderstands tritt deutlich auf, wenn
Cu in einem Cu/(Si + Mn)-Massenverhältnis von 0,5 oder mehr, bezogen
auf das in der Passivschicht 3 oder der äußersten
Schicht vorliegende Si und Mn, kondensiert ist. Selbstverständlich wird
die elektrische Leitfähigkeit
durch eine Kombination der Kondensation von Cu mit einer Ausscheidung
Cu-angereicherter Körner 2 in
dem rostfreien Stahlsubstrat 1 weiter verbessert.
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Die
Ausscheidung Cu-angereicherter Körner
oder die Kondensation von Cu in einer Passivschicht oder einer äußersten
Schicht einer Stahlmatrix wird unter Verwendung eines rostfreien
Stahlblechs durchgeführt,
das 1,0 Masse-% oder mehr Cu enthält. Die Ausscheidung Cu-angereicherter Körner oder
die Kondensation von Cu wird mit zunehmendem Cu-Gehalt in dem rostfreien
Stahlsubstrat gefördert.
Eine übermäßige Zugabe
von Cu zu rostfreiem Stahl verschlechtert jedoch die Warmbearbeitbarkeit
und die Produktivität
eines rostfreien Stahlblechs. Diesbezüglich wird der Cu-Gehalt in
dem rostfreien Stahl vorzugsweise bei einem Wert von 5 Masse-% oder
weniger gehalten.
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Wenn
ein rostfreies Stahlblech eine Matrix aufweist, in der Cu-angereicherte
Körner
einheitlich dispergiert sind, wird auf Cu-angereicherten Körnern keine
Cr-, Si- und Mn-enthaltende Passivschicht erzeugt. Folglich sind
Cu-angereicherte Körner,
die eine gute elektrische Leitfähigkeit
aufweisen, durch kleine Löcher
der Passivschicht der Außenseite
ausgesetzt. Die Effekte Cu-angereicherter Körner auf das Lötvermögen und
die elektrische Leitfähigkeit
treten deutlich auf, wenn Cu-angereicherte Körner in dem rostfreien Stahlsubstrat
zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr ausgeschieden sind.
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Selbst
wenn Cu-angereicherte Körner
in einem rostfreien Stahlsubstrat nicht ausgeschieden sind, wird Cu
in einer Passivschicht oder an einer äußersten Schicht eines rostfreien
Stahlsubstrats aufgrund einer erhöhten Menge Cu, die dem rostfreien
Stahl zugesetzt wird, kondensiert. Eine solche Kondensation von
Cu ist bezüglich
des Lötvermögens und
der elektrischen Leitfähigkeit
effektiv. Der Effekt der Kondensation von Cu auf das Lötvermögen tritt
deutlich auf, wenn Cu zu einem Cu/(Cr + Si)-Massenverhältnis von
0,1 oder mehr, bezogen auf Cr und Si, die in der Passivschicht oder
an der äußersten
Schicht des rostfreien Stahlsubstrats vorliegen, kondensiert ist.
Andererseits tritt der Effekt der Kondensation von Cu auf die elektrische
Leitfähigkeit deutlich
auf, wenn Cu zu einem Cu/(Si + Mn)-Massenverhältnis von 0,5 oder mehr, bezogen
auf Si und Mn, die in der Passivschicht oder an der äußersten
Schicht des rostfreien Stahlsubstrats vorliegen, kondensiert ist.
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Die
Ausscheidung Cu-angereicherter Körner 2 an
der äußersten
Schicht wird durch Alterung eines rostfreien Stahlblechs 1 bis 24 Stunden
bei vorzugsweise etwa 800°C
in einer beliebigen Stufe vor dem Endanlassen in einem Herstellungsverfahren
durchgeführt.
Die Alte rungsbehandlungsbedingungen werden unter Berücksichtigung
des Cu-Gehalts in einem rostfreien Stahlblech in geeigneter Weise
bestimmt, so dass feine Cu-angereicherte Körner in der rostfreien Stahlmatrix
ausgeschieden werden. Cu-angereicherte Körner können auch während eines kontinuierlichen
Anlassschritts eines Herstellungsverfahrens durch Einstellen der
Abkühlungsgeschwindigkeit
eines angelassenen rostfreien Stahlblechs auf einen relativ niedrigen
Wert ausgeschieden werden.
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Die
Kondensation von Cu in einer Passivschicht 3 oder an der äußersten
Schicht wird durch Blankglühen
eines rostfreien Stahlblechs in einer Atmosphäre mit einem Taupunkt von –30°C oder weniger
in einer Endstufe eines Herstellungsverfahrens durchgeführt. Wenn
der Taupunkt der Anlassatmosphäre
niedriger wird, wird eine Oxidationsreaktion auf einer Oberfläche eines
rostfreien Stahlblechs unterdrückt.
Folglich wird der Einschluss von leicht oxidierbaren Metallen wie
z.B. Cr, Si und Mn in der Passivschicht unterdrückt und metallisches Cu oder
Kupferoxid, die im Hinblick auf das Lötvermögen und die elektrische Leitfähigkeit
effektiv sind, werden wiederum in der Passivschicht kondensiert.
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Die
Kondensation von Cu in einer Passivschicht 3 oder an einer äußersten
Schicht eines rostfreien Stahlsubstrats 1 wird auch durch
Säurebeizen
nach dem Anlassen an der Luft anstelle eines Blankglühens durchgeführt. Wenn
ein rostfreies Stahlblech an der Luft angelassen wird, wird auf
einer Oberfläche
des rostfreien Stahlblechs ein Belag erzeugt, der Oxide von Cr,
Fe, Mn, Si und Cu enthält.
Ein solcher Belag wird von dem rostfreien Stahlblech durch Säurebeizen
abgelöst
und eine Passivschicht wird auf einer Oberfläche des rostfreien Stahlblechs
erzeugt. Wenn das rostfreie Stahlblech elektrolytisch gebeizt wird,
werden bevorzugt Cu oder Cu-angereicherte Körner, die an der äußersten
Schicht vorliegen, abgelöst,
was zur Bildung einer Passivschicht mit Cu-Mangel führt. Das
bevorzugte Ablösen
von Cu oder Cu-angereicherten Körnern
wird durch Beizen mit gemischten Säuren wie z.B. Fluorwasserstoffsäure-Salpetersäure oder
Schwefelsäure-Salpetersäure gehemmt.
Als Folge davon wird nach dem Säurebeizen
eine Passivschicht erzeugt, ohne die Cu-Konzentration zu vermindern.
Es gibt keine Beschränkungen
bezüglich
der Art der gemischten Säuren,
jedoch wird in der Praxis eine Salpetersäurelösung verwendet, die mit Fluorwasserstoffsäure oder
Schwefelsäure
zu einem Anteil von etwa 10 Vol.-% gemischt ist.
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Beispiel 1
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Es
wurden verschiedene Arten von kaltgewalzten rostfreien Stahlblechen
mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt.
Einige der rostfreien Stahlbleche wurden einer 24-stündigen Wärmebehandlung
bei 800°C
unterworfen, um vor dem Endanlassen Cuangereicherte Körner auszuscheiden.
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Tabelle
1: In dem Beispiel verwendete rostfreie Stahlbleche
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Die
metallurgische Struktur jedes rostfreien Stahlblechs wurde mit einem
Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht, um den Anteil
Cu-angereicherter Körner
zu berechnen, die in einer rostfreien Stahlmatrix ausgeschieden
worden sind.
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Eine
Probe, die von jedem rostfreien Stahlblech abgeschnitten worden
ist, wurde einer Glühemissionsanalyse
unterworfen, um die Konzentration von Cu, Cr und Si an deren äußerster
Schicht aus den Intensitäten und
den Anteilen in der Matrix zu bestimmen. Die Kondensation von Cu
in einer Passivschicht wurde als Cu/(Cr + Si)-Massenverhältnis von
den bestimmten Konzentrationen von Cu, Cr und Si berechnet.
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Ferner
wurde eine Probe, die von jedem rostfreien Stahlblech abgeschnitten
worden ist, mit einem Pb-Sn-Lötmittel
und einem bleifreien Lötmittel,
die jeweils in der Tabelle 2 gezeigt sind, gelötet, um die Benetzbarkeit mit
einem geschmolzenen Lötmittel
und die Zugfestigkeit einer gelöteten
Verbindung zu untersuchen.
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Tabelle
2: Zusammensetzung von Lötmitteln
(Masse-%)
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In
einem Benetzbarkeitstest wurde ein Pb-Sn-Lötmittel oder ein bleifreies
Lötmittel
(1g) auf eine Probe aufgebracht und geschmolzen und der Kontaktwinkel
des geschmolzenen Lötmittels
zur Probe wurde gemessen. Ein Kontaktwinkel von 90° oder mehr
wurde als schlechte Benetzbarkeit (x) angesehen. Ein Kontaktwinkel von
90 bis 45° wurde
als geringfügig
verbesserte Benetzbarkeit (Δ)
angesehen. Ein Kontaktwinkel von 45° oder weniger wurde als hervorragende
Benetzbarkeit (O) angesehen.
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Ein
Prüfkörper 10 für einen
Zugtest wurde wie folgt hergestellt. Ein Bakelitring 6 ohne
Lötmittelbenetzbarkeit
wurde auf einer Probe 5 montiert, ein Pb-Sn-Lötmittel 7 wurde
auf eine kreisförmige
Oberfläche
(mit einem Durchmesser von 12 mm) der von dem Bakelitring 6 freigegebenen
Probe 5 mit einem Lötkolben 8 aufgebracht
und ein rostfreier Stahldraht 9 (mit einem Durchmesser
von 2 mm) wurde in das Lötmittel 7 eingesetzt,
wie es in der 2A gezeigt ist. Der Prüfkörper 10 wurde
mit einer Einspannvorrichtung 11 geklemmt und der rostfreie
Stahldraht 9 wurde mit einer Zugkraft F gezogen, bis das
Lötmittel 7 von
der Probe 5 getrennt war, wie es in der 2B gezeigt
ist. Die Zugfestigkeit (Ablösefestigkeit)
des Lötmittels 7 wurde
im Hinblick auf die Zugkraft F bewertet, bei welcher das Lötmittel 7 von
der Probe 5 getrennt wurde.
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Die
Testergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
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Die
Tabelle 3 zeigt, dass die Proben Nr. 1 bis 3 aufgrund eines unzureichenden
Anteils (weniger als 1,0 Masse-%) von Cu in einem rostfreien Stahlsubstrat
eine schlechte Benetzbarkeit und Zugfestigkeit aufwiesen. Selbst
wenn das rostfreie Stahlsubstrat Cu zu einem Anteil von 1,0 Masse-%
oder mehr enthielt, wurde eine Verbesserung der Benetzbarkeit oder
der Zugfestigkeit nicht erreicht, solange eine Cu-Konzentration
von 0,1 Masse-% oder mehr an einer äußersten Schicht oder eine Ausscheidung
Cu-angereicherter Körner
zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr nicht vorlag, wie es bei
den Proben Nr. 4 und 5 der Fall ist.
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Andererseits
lag bei den Proben Nr. 8 und 12, die 1,0 Masse-% oder mehr Cu enthielten
und in der Matrix ausgeschiedene Cu-angereicherte Körner zu
einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr aufwiesen, und bei den Proben
Nr. 7 und 11, bei denen Cu-angereicherte Körner zu einem Anteil von weniger
als 0,2 Vol.-% ausgeschieden worden sind, jedoch Cu zu einem Anteil
von 0,1 Masse-% oder mehr an einer äußersten Schicht kondensiert
ist, eine deutlich ausgeprägte
Verbesserung der Benetzbarkeit und der Zugfestigkeit vor. Insbesondere
wiesen die Proben Nr. 6, 9, 10 und 13, die in der Matrix ausgeschiedene
Cu-angereicherte Körner
zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr und eine Cu-Konzentration
von 0,1 Masse-% oder mehr an einer äußersten Schicht aufwiesen,
eine hervorragende Benetzbarkeit und Zugfestigkeit auf.
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Aus
diesem Vergleich wird deutlich, dass durch die Ausscheidung Cu-angereicherter
Körner,
die durch eine Passivschicht freiliegen, und durch die Kondensation
von Cu in der Passivschicht oder an einer äußersten Schicht eines rostfreien
Stahlsubstrats eine Oberfläche
eines rostfreien Stahlblechs zu einem Zustand mit gutem Lötvermögen konditioniert
wird.
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Beispiel 2
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Einige
der rostfreien Stahlbleche, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, wurden
24 Stunden bei etwa 800°C gehalten,
um Cu-angereicherte Körner
auszufällen,
und dann blankgeglüht
oder an der Luft angelassen. Das Blankglühen wurde in einer Atmosphäre bei variierendem
Taupunkt durchgeführt.
Rostfreie Stahlbleche, die an der Luft angelassen wurden, wurden
entweder elektrolytisch in einer 5 %igen Salpetersäurelösung oder
in einer gemischten Säurelösung (6
% Salpetersäure
+ 2 % Fluorwasserstoffsäure)
gebeizt. Die anderen rostfreien Stähle wurden blankgeglüht oder
an der Luft angelassen und dann ohne Behandlung bezüglich einer
Ausscheidung Cu-angereicherter Körner
säuregebeizt.
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Eine
Gegenelektrode und ein aus reinem Gold hergestellter Messanschluss
wurden mit einer Oberfläche
einer Probe, die aus jedem rostfreien Stahlblech herausgeschnitten
worden ist, in Kontakt gehalten, und der Kontaktwiderstand wurde
in einem Zustand gemessen, bei dem auf den Messanschluss eine Belastung von
100 g ausgeübt
wurde. Der Anteil an Cuangereicherten Körnern und die Cu-Konzentration
wurden ebenfalls in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bestimmt.
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Die
Testergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.
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Ein
rostfreies Stahlblech, das Cu zu einem Anteil von unter 1,0 Masse-%
enthielt, wies eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf, wie es sich bei
den Proben Nr. 1, 2 (SUS304), der Probe Nr. 3 (SUS430) und der Probe
Nr. 4 (SUS430J1L) zeigt. Der Kontaktwiderstand war nach wie vor
hoch, solange die Cu-Konzentration in einer Passivschicht oder einer äußersten
Schicht 0,5 nicht überstieg
oder die Ausscheidung Cu-angereicherter Körner in der Matrix 0,2 Vol.-%
nicht überstieg,
und zwar selbst dann, wenn der Cu-Gehalt in einem rostfreien Stahlblech
mehr als 1,0 Masse-% betrug, wie es sich bei den Proben Nr. 5 bis
7 zeigt.
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Andererseits
war der Kontaktwiderstand der Proben Nr. 8 bis 17, die Cu zu einem
Anteil von 1,0 Masse-% oder mehr und Cu-angereicherte Körner, die
zu einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr ausgeschieden waren, oder
in einer Passivschicht oder einer äußersten Schicht kondensiertes
Cu zu einem Cu/(Si + Mn)-Massenverhältnis von 0,5 oder mehr enthielten,
ausreichend vermindert. Insbesondere waren die Proben Nr. 10, 13
bis 15, 17, die sowohl eine Ausscheidung Cu-angereicherter Körner zu
einem Anteil von 0,2 Vol.-% oder mehr als auch eine Kondensation
von Cu zu einem Cu/(Si + Mn)-Massenverhältnis von 0,5 oder mehr aufwiesen,
beträchtlich
vermindert.
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Das
vorstehend beschriebene, in der vorliegenden Erfindung verwendete
rostfreie Stahlblech weist in seiner Matrix ausgeschiedene Cu-angereicherte
Körner
auf, die durch eine Passivschicht der Außenseite ausgesetzt sind, oder
Cu, das in der Passivschicht oder an einer äußersten Schicht kondensiert
ist. Die Ausscheidung von Cu-angereicherten Körnern und die Kondensation
von Cu verbessern das Lötvermögen und
vermindern den Kontaktwiderstand des rostfreien Stahlblechs effektiv.
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Aufgrund
des guten Lötvermögens kann
das rostfreie Stahlblech mit einem Pb-Sn-Lötmittel oder einem bleifreien
Lötmittel
ohne die Verwendung eines korrosiven Flussmittels, das Fluorwasserstoffsäure enthält, und
ohne Vorbeschichten mit einer Ni-Schicht oder dergleichen einfach
an andere Teile gebunden werden. Dieses Merkmal erweitert die Anwendbarkeit
des rostfreien Stahlblechs auf verschiedene Anwendungen wie z.B.
elektrische Bauteile, elektronische Bauteile, Werkzeuge und verschiedene
Arten von Baumaterialien, ohne dass die intrinsischen Eigenschaften
von rostfreiem Stahl verschlechtert werden. Insbesondere können elektrische
oder elektronische Bauteile, bei denen das rostfreie Stahlblech
eingesetzt wird, aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit
mit gutem Leistungsvermögen
betrieben werden.
