NO129579B - - Google Patents

Description

Elektrisk leder av en aluminiumlegering.

For aluminium som skal benyttes, som elektrisk leder, spesifi-seres normalt at ledningsevnen skal være hoyere enn en viss minimums-verdi. Som oftest forlanges det at ledningsevnen skal være minst 61% av ledningsevnen for glodet kobber ifolge internasjonal standard (International Annealed Copper Standard). Dette innebærer at .det er tillatelig at aluminiumet inneholder små mengder av andre elementer, som f.eks. jern og silicium. ' Av og til kan en ledningsevne som ligger noe under den angitte verdi, aksepteres. Dette er spesielt tilfellet dersom det derved oppnås andre fordeler, som f.eks. forbedrede mekaniske egenskaper.

Aluminium som materiale for ledning av elektrisitet kan an-vendes blant annet i kabler og ledninger, i viklingstråd for elektriske

maskiner og åppårater og i skinner'''for ;'f.ek's." stillverk.

Ved anvendelse av aluminium som materiale i elektriske--ledere oppstår det store vanskeligheter med å tilveiebringe en effektiv: varig kontakt mellom lederen dg 'tilkoblingsanordningen, som f.eks. klemmer og kabelsko. Disse vanskeligheter er spesielt utpregede dersom kontakten mellom aluminiumlederen og: tilkoblingsanordningen er rent mekanisk, som ved en skrue- og klemmekobling. Selv-om-det ved monteringen kan oppnås en god kontakt, dys. med lav , overgangs-.'..* motstand, mellom aluminiumlederen og tilkoblingsanordningen, -har' d'et vist seg at overgangsmotstanden oker med tiden, spesielt dersom kontakten utsettes for varme og/eller fuktighet.,.; Det er på forskjel-

lige måter blitt gjort forsok på å unngå'di-sse vanskeligheter. Det er bl.a. kjent å forsyne aluminiumoverflaten ..med et belegg av et annet metall, som solv,.tinn, nikkel, kobber og sink, som selv ved lengre tids. drift under ...varierende betingelser gir en lav -overgangsmotstand til tilkoblingsanordningen. Dette kan oppnås, f .eks.. ved ;. elektrolytisk avsetning av disse metaller. Det er også blitt be-nyttet en metode som går ut på å koble en kobberleder til aluminiumlederen ved kaldpr es sve ising på de st.edér 'hvor lederen skal bringes -

i kontakt med tilkoblingsanordningen. En annen måte å forsoke å hindre en dkning av overgangsmotstanden på, er å påse at det hele tiden opprettholdes et nodvendig kontakttrykk mellom aluminiumlederen og tilkoblingsanordningen. En måte å oppnå dette på er å benytte en fjærende tilkoblingsanordning. De tidligere kjente metoder medfarer enten ekstra og omkostningskrevende arbeidsoperasjoner eller gir efter lengre tids bruk en utilfredsstillende kontakt med for hby overgangsmotstand mellom aluminiumleder og tilkoblingsanordning.

Det er et annet problem i forbindelse med ledere av aluminium ved fremstilling i teknisk målestokk å oppnå forutbestemte egen-

skaper for 'det fremstilte produkt i sin helhet. Dette henger sammen med at spesielt de mekaniske egenskaper, som bruddholdfasthet .og . forlengelse, er sterkt avhengige av de ved den mekaniske bearbeidning og ved varmebehandlingen anvendte betingelser.

De forekommende problemer loses ved hjelp- av den foreliggende oppfinnelse som angår en aluminiumleder som., direkte kan- kobles-til; ■-

en tilkoblingsanordning. og som derved gir en kontakt .med.-varig lav overgangsmotstand selv om kontakten utsettes for varme og/eller fuktighet, samtidig som lederen har forutbestemte gode mekaniske egenskaper, omfattende gode relåksasjonségenskaper, og samtidig som

lederen kan ha en ledningsevne av minst 61% IACS. At lederen har gode relåksasjonségenskaper innebærer at kontakttrykket mellom lederen og tilkoblingsanordningen opprettholdes på effektiv måte. Dét er typisk for den foreliggende oppfinnelse at oppnåelsen av de nevnte egenskaper i meget liten grad beror på de benyttede betingelser ved den mekaniske bearbeidning og ved varmebehandlingen.

Oppfinnelsen angår således en elektrisk leder av en aluminium-legering med elektrisk ledningsevne av minst 59% av ledningsevnen for glodet kobber ifolge internasjonal standard (International Annealed Copper Standard, IACS), og den elektriske leder er særpreget ved at aluminiumlegeringen inneholder minst 98,5 vekt$ aluminium, 0,001-0,10 vekt$ beryllium, .0,05-0,35. vekt$ kobber og 0,01-0,20 vekt$ magnesium, hvor den samlede mengde beryllium, kobber og magnesium utgjor hbyst 0,50 vekt% og den eventuelle rest av legeringen utgjores av i forbindelse med råaluminium vanlig ledsagende elementer og/eller tilfeldige forurensninger.

Den foretrukne mengde, beryllium er 0,01-0,05 vekt$, den foretrukne mengde kobber 0,05-0, 2h vekt% og den foretrukne mengde magnesium 0,03-0,12 vekt%. Den samlede mengde beryllium, kobber og magnesium utgjor fortrinnsvis hbyst 0,Uo vekt%.

Det er av vesentlig.betydning for den foreliggende oppfinnelse at beryllium, kobber og magnesium er tilstede i de angitte bestemte mengder for samtidig å kunne oppnå de ovennevnte fordelaktige egenskaper.

Innholdet av aluminium i lederen er fortrinnsvis minst.99,0 vekt%. Et aluminiuminnhold av'minst 99,2 vekt% er spesielt foretruk-ket. Aluminiumlegeringen inneholder fortrinnsvis silicium i en mengde av 0,02-0,12 vekt% og jern i en mengde av 0,05-0,^5 vekt%, dvs. de normalt anvendte innhold av disse elementer. Dessuten kan aluminiumlegeringen inneholde små mengder av andre i aluminium som ledermateri-ale ofte forekommende elementer, som krom, titan, zirkonium, vanadium, molybden, bor, tinn, sink, kadmium, mangan, nikkel, kobolt, anti-mon og sjeldne jordartsmetaller. Det samlede innhold av andre elementer enn aluminium i ledermaterialet er hoyst 1,5 vekt%, fortrinnsvis hbyst 1,0 v,ekt$. Det foretrekkes spesielt at den samlede mengde av andre elementer enn aluminium er hbyst 0,8 vekt%.

Berylliumet, kobberet og magnesiumet tilfores fortrinnsvis i form av forlege.ringer til en smelte av aluminiumet/ men de kan også tilsettes i ren form direkte til aluminiumet. Som "eksempler på egn-ede forlegeringer blant et stort antall tilgjengelige forlegeringer kan nevnes en beryllium/aluminium-legering inneholdende 5 vekt$ beryllium og 95 vekt% aluminium, en kobber/aluminium-legering inne-holdendé:'20J Vekt^ kobber og 80 vekt% aluminium og en magnesium/ aluminium-legering inneholdende. 25. vekt$ magnesium og 75 vekt$ aluminium. Også andre elementer som eventuelt skal inngå i sluttproduktet, . tilfores aluminiumsmelten i den grad de ikke allerede fra begynnelsen av forekommer i det anvendte råmateriale for aluminiumet. Smeiten stopes derefter i overensstemmelse med vanlige metoder til stbpestykker som ved valsing, pressing eller annen formning, som regel i varm tilstand, overfores til en for produktet bnsket form, f.eks. til valsetråd, bånd eller skinner. Det benyttes ofte en'på-følgende kaldbearbeidning, f.eks. valsing eller trekking, for fremstilling av et sluttprodukt med onskede dimensjoner, f.eks. en viklingstråd. Aluminiumlederen ifolge oppfinnelsen underkastes fortrinnsvis en varmebehandling enten som sluttprodukt eller i et tidligere trinn av fremstillingsprosessen. Det er et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelse at varmebehandlingen kan utfores i forbindelse med sluttproduktet,' dvs. den f erdigf ormede leder, og at forutbestemte egenskaper for sluttproduktet kan oppnås selv ved be-nyttelse av sterkt varierende varmebehandlingsbetingelser. Varmebe-. handlingen utfores fortrinnsvis ved 250-350°C i 0,5-20, helst 0,5-

10, timer, men den kan også foretas under andre vanlig anvendte betingelser. For visse tillempninger, som f.eks. for luftledninger, får aluminiumlederen de gunstigste egenskaper uten varmebehandling. For visse tillempninger, f.eks. vårmekstrudering av skinner, er den varmebehandling som finner sted i forbindelse med formningen, i en rekke tilfeller tilstrekkelig.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor i form.av et ut-forelseseksempel og under henvisning til tegningen hvor fig. 1-3 viser.egenskaper for en aluminiumleder ifolge oppfinnelsen.

Eksempel 1

99,68 vektdeler av et råmateriale bestående av 99,7 vekt$ aluminium, 0,17 vekt$ jern, 0,07 vekt$ silicium, 0,01 ve kt$ sink og av bor, titan, vanadium og mangan, samtlige i mengder under 0,005 vekt$, ble smeltet i en ovn, og 0,01 vektdel beryllium, 0,23 vektdeler kobber og 0,0<*>+ vektdeler magnesium ble satt til smeiten, hvorved berylliumet, kobberet og magnesiumet ble legert med aluminiumet. Smeiten ble utstopt i en Properzi-maskin og varmvalset til en valsetråd med en diameter av 9,5 .mm. Denne ble siden trukket ned til en tråd med en diameter av 2,0 mm i en trekkemaskin. Tråden ble derefter yarmebehandlet ved oppvarming til ca. 300°C i 2 timer

i luftatmosfære. Provestykker av den erholdte tråd ble sammen méd' prøvestykker av en tilsvarende tråd, men uten beryllium-, kobber-

og magnesiumtilsetning, oppbevart dels i et varmeskap ved 100° C og dels i: .et fuktighets skap ved 60°C.' Overgangsmotstanden til en tilkoblingsanordning i form av en klemme, ble målt daglig. Mens overgangsmotstanden for provestykkené med beryllium-, kobber- og magnesiumtilsetningene ved begge prover holdt seg uforandret i for-hold til utgangsverdien selv efter <*>+00 timer, oket overgangsmotstanden for provestykkené uten tilsetninger både i varmeskapet og i fuktighetsskapet efter 100 timer til mer enn 10 ganger utgangsverdien. Den varmebehandlede tråds strekkbruddgrense var 13,5 kp/ mm 2 og bruddforlengelsen 13%. Ledningsevnen var 61,5% IACS.

Eksempel 2

Til 98,18 vektdeler av det i 'eksempel 1 angitte råmateriale efter smelting ble 0,6 vektdeler av en beryllium/aluminium-legering bestående av 5 vekt% beryllium og 95 vekt% aluminium tilsatt, og dessuten 0,5 vektdeler av en kobber/aluminium-legering bestående av 20 vekt% kobber og 80 vekt% aluminium og videre 0,72 vektdeler av en magnesium/aluminium-legering bestående av 25 vekt% magnesium og 75 vekt% aluminium. Smeiten ble utstbpt og behandlet på den i eksempel 1 beskrevne måte. Den erholdte viklingstråd hadde også i dette til-felle en betraktelig lavere overgangsmotstand efter behandling i varme og fuktighet enn tilsvarende tråder uten tilsetningene.

Eksempel

0,02 vektdeler beryllium, 0,20 vektdeler kobber og 0,08 vektdeler magnesium ble satt til 99,70 vektdeler av det i eksempel 1 angitte råmateriale efter smelting. Smeiten ble utstbpt og behandlet som angitt i eksempel 1, men idet nedtrekkingen av den valsede tråd ble utfort inntil en diameter av 1,78 mm. Varmebehandlingen ble utfort som beskrevet i eksempel 1. Den varmebehandlede tråds ledningsevne var 6l,M-# IACS. For å måle relaksasjonsegenskapene ble tråden utsatt for spenning mellom en plan plate og en skrue med plan endeoverflåte inntil en belastning av 30 kp. Den gjenværende belastning ble målt med forskjellige mellomrom i inntil 500 timer. Efter 500 timer var den gjenværende belastning 26 kp. For en tilsvarende tråd uten tilsetning av beryllium, kobber og magnesium var den tilsvarende verdi 15 kp, og overgangsmotstanden efter aldring i varme og fuktighet var betraktelig hbyere. Den varmebehandlede tråds strekkbruddgrense var 1<*>+ kp/mm oj bruddf orlengelsen 12%.

Eksempel h

En tråd med den i ekse..ipel 3 angitte sammensetning • ble utstbpt, valset og trukket til an tråd med en diameter av 0,50 mm. Varmebehandlingen ble utfort ved 300°C, og en bit av tråden ble hver halvtime i ldpet av 15 timer fjernet og undersokt for a fast-slå dens bruddholdfasthet, bruddforlengelse og elektriske ledningsevne. De erholdte resultater er gjengitt i kurveform på fig. 1-3, hvorav fig. 1 angår bruddholdfasthetens avhengighet- av varmebehandlingstiden, fig. 2 bruddforlengelsens avhengighet av varmebehandlingstiden og fig. 3 den elektriske ledningsevnes avhengighet av varmebehandlingstiden. Kurvene viser at lederen efter kort varmebehandling stid fikk en for vanlige typer av viklingstråd og kabel-ledere gunstig kombinasjon av egenskaper og at denne gunstige kombinasjon av egenskaper ikke går tapt ved fortsatt varmebehandling.

Claims (2)

1...- Elektrisk leder av. en aluminiumlegering med elektrisk, ledningsevne av minst 59% av ledningsevnen for glodet kobber ifolge internasjonal standard (International Annealed Copper Standard, IACS), karakterisert ved- at aluminiumlegeringen inneholder ; minst 98,5 vekt% aluminium, 0,001 - 0,10 vekt% beryllium, 0,05-0,35 vekt% kobber og 0,01-0,20 vektg magnesium, hvor den samlede mengde beryllium, kobber og magnesium utgjor hbyst 0,50 vekt% og den eventuelle rést av legeringen utgjbres av i forbindelse med råaluminium vanlig ledsagende elementer og/eller tilfeldige forurensninger.

2. Elektrisk leder ifblge krav 1, karakterisert' ved at aluminiuminnholdet i lederen er minst 99,0 vekt%.