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Verfahren zum Herstellen einer Silber-Kupfer-Legierung hoher elektrischer,
Leitfähigkeit . und Festigkeit Gegenstand dieser Erfindung ist die Herstellung einer
Legierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit ähnlich der des reinen Kupfers und
einer weit höheren Zugfestigkeit als Kupfer. Die bekannten elchtrischen Leitungsmetalle
weisen folgende Eigenschaften auf:
| Relative Elektrische Lug- Brinell- |
| Leitfähigkeit Leitfähigkeit festigkeit - härte |
| m/Ohm mm2 kg/mm- kg/mm2 |
| Reines Kupfer, weich ................ ioi 58,6 24 33 |
| Reines Kupfer, hart . . . . . . . . . . . .. . . . . .
98 57 42 xoo |
| Cadmiumkupfer (i,3% Cd) hart . . . . . . -. 8o 46,5 56 iio |
| Zinnbronze, hart ..................... 45 26 53 izo |
| Ausgehärtetes Kupfer mit 10/, Cr. Si, |
| hart .......................... .. 8o 46,5 56 140 |
| Ausgehärtetes Kupfer mit 4% N'2 S', |
| hart .............................. 53 31 . 88 igo |
| Reinaluminium,, hart . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 37
28 35 |
| Al-Cu-Mg-Legierung, hart ............. 45 26 38 IM |
Soweit feststellbar, hat keine der gebräuchlichen Legierungen mehr als 8o010 relative
Leitfähigkeit (46,5 m/Obm mm2) und dabei keine höhere Festigkeit als 56 kg/mm2.
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Gemäß nachstehend beschriebenem Verfahren werden in bezug auf vorgenannte
Werte erheblich verbesserte Legierungen erhalten.
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Reines Kupfer in irgendeiner der handelsüblichen Form, vorzugsweise
aber als Kathodenkupfer, wird in einem zweckmäßig aus
reinem Graphit
hergestellten Tiegel geschmo-lzen. Während des Schmelzens und .danach bleibt es
unter einer Decke aus flüssigem, Borax oder aus Borsäure. Diese Decke schilt' das
Kupfer vor Sauerstoffaufnahme und r'-det durch Reaktion mit dem Kupferox ,@ 1`
Kupferborat oder aus Kupfernatriumborat:" Das Ende dieser Reaktion kann man am Aufhören
der Kohlenoxydblasen erkennen, die anfangs durch die Decke aus Flußmittel und Schlacke
aufsteigen. In diesem Augenblick wird das Silber zugegeben und rasch vom geschmolzenen
Metall aufgelöst.
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Unmittelbar darauf wird trockener reiner Sand auf die Oberfläche gestreut,
um das Flußmittel zu einer teigartigen Masse aufzunehmen. Dann wird die geschmolzene
Legierung in eine passende Blockform gegossen.
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Anschließend wird die Legierung warm ausgewalzt, z. B. auf einen -0'
von 2o mm. Dann wird sie kalt weitergewalzt oder kalt gezogen mit den notwendigen
Zwischenglühungen, bis der Durchmesser 6- bis 8mal größer ist als die Dicke des
beabsichtigten Enderzeugnisses.
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Das Halbzeug wird in diesen Zustand auf 75o bis 80o° C erwärmt, i/2
Stunde bei dieser Temperatur gehalten und dann in heißem Tran abgeschreckt, dessen
Temperatur auf 20o° C gehalten wird. Der Tran ist her als Beispiel genannt; es kommt
nur darauf an, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit iobis 20mal geringer ist als beim
Abschrecken in Wasser.
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Die abgeschreckte Legierung wird nun gereinigt, gebeizt und gezogen
(oder gewalzt) bis auf den halben Durchmesser oder auf der Dicke. Danach wird das
Metall in einem Ofen 2 Stunden lang auf 32o bis 370° C gehalten.
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Anschließend wird es auf die Hälfte des Durchmessers bzw. der Dicke
gewalzt oder gezogen und wiederum 2 Stunden lang auf 320 bis 370° C gehalten.
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Das Zwischenerzeugnis wird nach Beizung und Säuberung auf Fertigmaß
gewalzt oder gezogen. Der geschilderte Vorgang ist nur zur Erläuterung dargestellt.
Man kann z. B. auch in einer kochenden Salzlösung abschrecken. Das Walzen bzw. Ziehen
kann auch abgeändert werden, z. B. auf vier oder fünf Stufen ausgedehnt werden.
Die Anlaßtemperatur kann auf 400° C erhöht und dafür ihre lauer verkürzt werden.
Worauf es aber immer ankommt, ist folgendes: Wenn eine Festigkeit von
70 kgimm' vereint mit einer elektrischen Leitfähigkeit von über 52 m/Ohm
mm' verlangt wird, muß das Kupfer mindestens 211, Silber enthalten. Die Vergrößerung
des- Silbergehaltes über 'bis zu 60/0 gestattet die gewünschte Festigkeit
in weniger Arbeitsgängen zu erzielen. über :alo Silber hinaus wird die Legierung
brüchig. m die Silber-Kupfer-Legierung von ihrer ii%irlichen Festigkeit, etwa 23
1cg/mm2 _ in Weich geglühtem Zustand, auf 7o kgl'mm' zu steigern und die Leitfähigkeit
gleichzeitig von 48 auf 52 rn/Ohm min' zu erhöhen, wird sie der vereinigten Wirkung
wiederholter Kaltrekkung mit jeweils zwischengeschaltetem Anlassen auf Temperaturen
unter 4000 unterworfen. Anlaßtemperatur unter 32o° C würde keine Rekristallisation
des Gefüges bringen und die Kaltbearbeitung schwierig machen. Anlassen oberhalb
40o° C führt zu einigen noch ungeklärten Erscheinungen, die vielleicht als Zerfall
einer sehr locker gebundenen chemischen Verbindung von Silber und Kupfer gedeutet
werden können oder als Auflösung des Silbers im Kupfer-Gitter anzusprechen sind.
Die Anwesenheit bzw: Beständigkeit dieser Komponente ist aber notwendig, da ihre
durch die Kaltbearbeitung und niedrige Anlaßtemperatur bedingte feine Verteilung
in dem Werkstoff die Härtung hervorruft, die der Legierung die gewünschte Festigkeit
gibt und ihre Ausscheidung aus dem kupferreichen Mischkristall die Verarmung der
Legierung an Silber bringt, die für die hohe Leitfähigkeit Vorbedingung ist. Aus
diesem Grunde wird die Legierung, wenn sie oberhalb 40o° geglüht wird, weniger fest
und weniger leitfähig. 211, Silber bringt die Festigkeit der Legierunz von 4a auf
7o kz/mm', auch ein kleinerer Betrag ist günstig, nur reicht er eben nicht aus,
um die Festigkeit auf die gleiche Höhe zu heben. Immerhin kann man mit r, 5 0% Silber
die Festigkeit von 63 kg/mm= erreichen und mit i % Silber 53 kg/mm'. Die hohe Leitfähigkeit,
verbunden mit der Festigkeit, macht die Legierung besonders geeignet für alle stromführenden
Teile, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, z. B. weitgespannte Leitungsdrähte
oder Kontakte. Da ferner die Rekristallisationstemperatur des Kupfers durch den
Silbergehalt recht erheblich heraufgesetzt wird, ist der gewonnene Werkstoff mit
Vorteil für Elektroden von Schweißmaschinen zu verwenden.
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Es sind zwar schon silberreiche Silber-Kupfer-Legierungen bekannt
mit recht guten Festigkeitseigenschaften und gegenüber Kupfer nicht allzustark verminderter
Leitfähigkeit, ohne daß es aber bekanntgeworden wäre, bei kupferreichen Silber-Kupfer-Legierungen
hohe Festigkeits- und Leitfähigkeitswerte durch das Verfahren der Erfindung einander
zugeordnet zu erhalten, d. h. derartige Werte durch Zwischenglühungen bei Temperaturen
unter 40o° C zu erreichen.