EP0864666B1 - Verfahren zur Herstellung eines verzinnten Bandes - Google Patents

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EP0864666B1
EP0864666B1 EP98103664A EP98103664A EP0864666B1 EP 0864666 B1 EP0864666 B1 EP 0864666B1 EP 98103664 A EP98103664 A EP 98103664A EP 98103664 A EP98103664 A EP 98103664A EP 0864666 B1 EP0864666 B1 EP 0864666B1
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Leszek Dr.-Ing. Poletek
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Wieland Werke AG
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/08—Tin or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C2/003—Apparatus
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C23C2/022—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by heating
    • C23C2/0222—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by heating in a reactive atmosphere, e.g. oxidising or reducing atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a method for Production of a band-shaped composite material with a base material Made of copper or a copper alloy and with a surface coating of pure tin or a tin alloy.
  • tin-plating Bands made of copper materials and. a.
  • Connectors, cable lugs, contact parts, solder thread and Battery clips used.
  • the processors set high quality standards both the basic material and the Covers. The quality of tinned strips depends crucially from the initial state of the basic material, from the careful Surface preparation before tinning and from the proper one Execution of the tinning process.
  • This process also creates a slag as Product of the chemical reaction between the flux and the oxides that negatively affect the production process can. Delayed foot remnants, e.g. B. chlorides in certain cases on the tinned surface Form stains.
  • the invention has for its object a method of the type mentioned, in particular liability the tin layer on the base material made of copper or a copper alloy is improved while at the same time Formation of a tin layer of uniform thickness.
  • the method according to the invention surprisingly adequate deoxidation and activation achieved the strip surface, so that a full-surface tin layer defined thickness can be applied.
  • This Layer is also dense, i. H. there are no continuous Pores on. Forms between the strip surface and the tin layer an intermetallic phase (IMP), which is good Adhesion resistance of the tin layer on the strip surface worries.
  • IMP intermetallic phase
  • US-A-5,077,094 does disclose a method of manufacture a band-shaped composite material with a Base material made of metal or a metal alloy, esp. Steel, and with a surface coating a tin alloy, in which the base material in a reducing gas atmosphere warms the base material tinned with a layer in the mm range and the composite material is cooled quickly.
  • this is a one-sided coating a metal strip, esp. a steel strip, the also i.a. at a temperature of at least 400 ° C, especially for steel at at least 800 ° C must become.
  • the invention is explained in more detail using the following exemplary embodiment.
  • the figure shows schematically the process sequence according to the invention in the tinning of a strip-shaped base material 1 made of copper or a copper alloy.
  • the basic material 1 running from a decoiler 2 is heated to a temperature T of about 200 ° C. after passing through a deflection roller 3 in a prechamber 4 while maintaining a hydrogen-nitrogen atmosphere and immediately thereafter through a tin bath 5 (temperature: 240 ° C.) guided with pulley 6. Excess tin is retained by the stripping 7.
  • the composite material 10 arrives at a reel 11.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundmaterials mit einem Grundmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und mit einer oberflächenbeschichtung aus Reinzinn oder einer Zinnlegierung.
In der elektrotechnischen Industrie werden feuerverzinnte Bänder aus Kupferwerkstoffen u. a. für die Herstellung von Steckverbindern, Kabelschuhen, Kontaktteilen, Lötfaden und Batterieklemmen verwendet. Die Verarbeiter stellen hohe Qualitätsansprüche sowohl an das Grundmaterial als auch an die Überzüge. Die Qualität verzinnter Bänder hängt entscheidend vom Ausgangszustand des Grundmaterials, von der sorgfältigen Oberflächenvorbereitung vor dem Verzinnen und von der sachgemäßen Ausführung des Verzinnungsvorganges ab.
Es hat sich gezeigt, daß die Verzinnung von Kupferbändern mit herkömmlichen Mitteln und Methoden, wie z. B. Einsatz von Flußmitteln, bei höchsten Qualitätsansprüchen nicht immer zufriedenstellend und darüber hinaus noch umweltbelastend sein kann, weil z. B. Ammoniumchloride, Zinkchloride oder bromidhaltige Lösungen zum Einsatz gelangen.
Außerdem entsteht bei diesem Verfahren eine Schlacke als Produkt der chemischen Reaktion zwischen dem Flußmittel und den Oxiden, die den Produktionsprozeß negativ beeinflussen kann. Verschleppte Fußmittelrückstände, z. B. Chloride, können in bestimmten Fällen auf der verzinnten Oberfläche Flecken bilden.
Weiterhin ist aus der US-A-2.937.108 ein Verfahren zur Verzinnung von Stahlband als Grundmaterial bekannt, bei dem das Stahlband in einer reduzierenden Gasatmosphäre auf eine Temperatur von 900 °C erwärmt werden muß und bei dem auf Ober- und Unterseite des Bandes durch in flüssiges Zinn eintauchende Walzen jeweils Zinnschichten unterschiedlicher Dicke erzeugt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, bei dem insbes. die Haftung der Zinnschicht auf dem Grundmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung verbessert wird, bei gleichzeitiger Ausbildung einer Zinnschicht gleichförmiger Dicke.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die in Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte durch geführt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden überraschenderweise eine hinreichende Desoxidation und eine Aktivierung der Bandoberfläche erzielt, so daß eine vollflächige Zinnschicht definierter Dicke aufgebracht werden kann. Diese Schicht ist auch dicht, d. h. es treten keine durchgehenden Poren auf. Zwischen Bandoberfläche und der Zinnschicht bildet sich eine intermetallische Phase (IMP) aus, die für gute Haftungsbeständigkeit der Zinnschicht auf der Bandoberfläche sorgt.
Die US-A-5.077.094 offenbart zwar ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundmaterials mit einem Grundmaterial aus Metall oder einer Metallegierung, insbes. Stahl, und mit einer Oberflächenbeschichtung aus einer Zinnlegierung, bei dem das Grundmaterial in einer reduzierenden Gasatmosphäre erwärmt, das Grundmaterial mit einer Schicht im mm-Bereich verzinnt und das Verbundmaterial schnell abgekühlt wird.
Dabei handelt es sich jedoch um die einseitige Beschichtung eines Metallbandes, insbes. eines Stahlbandes, die zudem i.a. bei einer Temperatur von mindestens 400 °C, insbes. bei Stahl bei mindestens 800 °C, durchgeführt werden muß.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Verfahrensschritten nach den Ansprüchen 2 bis 8.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf bei der Verzinnung eines bandförmigen Grundmaterials 1 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Das von einem Abhaspel 2 ablaufende Grundmaterial 1 wird nach Passieren einer Umlenkrolle 3 in einer Vorkammer 4 unter Einhaltung einer Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre auf eine Temperatur T von etwa 200 °C erwärmt und unmittelbar anschließend durch ein Zinnbad 5 (Temperatur: 240 °C) mit Umlenkrolle 6 geführt. Überflüssiges Zinn wird von der Abstreifung 7 zurückgehalten. Nach Passieren einer Kühlstrecke 8 und einer Umlenkrolle 9 gelangt das Verbundmaterial 10 (verzinntes Band) auf einen Aufhaspel 11.
Zahlenbeispiel:
Es wurden vier Bänder aus Kupferwerkstoffen unterschiedlicher Abmessung gemäß folgender Tabelle in einer Vorkammer 4 konvektiv auf eine Temperatur von etwa 200 °C erwärmt (Atmosphäre: 90/10 Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch / 10 % H2 in N2) und durch ein Zinnbad 5 aus Reinzinn geführt. In der Tabelle sind gleichzeitig die eingehaltenen Bandgeschwindigkeiten v angegeben.
Legierung Abmessung (mm) v (m/min) Sn (Dicke D) (µm)
CuSn6 (C 51900) 0,35 x 200 40 4 - 6
CuFe2P (C 19400) 0,25 x 180 45 ca 6
CuNi2Si (C 70250) 0,15 x 180 80 3 - 4
CuFe2P (C 19400) 0,25 x 120 55 4 - 6
Es zeigte sich eine einwandfreie Benetzung der Bänder. Es wurden Zinnschichtdicken D gemäß der Tabelle erzielt.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Verbundmaterials (10) mit einem Grundmaterial (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und mit einer Oberflächenbeschichtung aus Reinzinn oder einer Zinnlegierung,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    a) das Grundmaterial (1) in einer reduzierenden Gasatmosphäre für 3 bis 30 s auf eine Temperatur T von 80 bis 300 °C erwärmt wird,
    b) das Grundmaterial (1) mit einer Schicht im µ m-Bereich verzinnt wird, indem es durch ein Zinn- oder Zinnlegierungsbad (5) gezogen wird, und
    c) das Verbundmaterial (10) schnell abgekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Erwärmung induktiv, konduktiv oder konvektiv erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Erwärmung auf eine Temperatur T von 100 bis 230 °C erfolgt.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß als reduzierende Gasatmosphäre Wasserstoff oder ein Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisch verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine 0,5 bis 100 µm dicke Zinnschicht aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine 0,5 bis 20 µm dicke Zinnschicht aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 50 °C/s erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlung mittels Gas oder Wasser erfolgt.
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