PL207662B1 - Sposób wytwarzania drutu kompozytowego pokrytego warstwą Cu lub Ag - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drutu kompozytowego o strukturze nanokrystalicznej, z materiałów proszkowych Cu albo Ag zawierających dodatek AI2O3 lub WC lub NIAI, pokrytego warstwą Cu lub Ag, przeznaczonego zwłaszcza do wytwarzania elementów stykowych.

Nie jest znany dotychczas sposób wytwarzania drutów kompozytowych z materiałów proszkowych Cu lub Ag zawierających dodatek AI2O3 lub WC lub NiAI, posiadających strukturę nanokrystaliczną, pokrytych warstwą Cu albo Ag.

Z polskiego opisu patentowego nr 166 165 znany jest sposób wytwarzania jednolitych drutów z materiału metalowo-ceramicznego AgSnO2, ale bez pokrycia metalową warstwą zewnę trzną. Zgodnie z tym sposobem ciekły stop rozpyla się na proszek, który następnie prasuje się na kształtki walcowe. Kształtki te poddaje się operacji wewnętrznego utleniania w temperaturze 740 - 850°C w atmosferze tlenu, w czasie 20 - 100 godzin oraz zagęszcza się na gorąco. Z utlenionego materiału, po ponownym nagrzaniu do temperatury 730 - 800°C , wyciska się prasówkę którą przerabia się dalej drogą ciągnienia z międzyoperacyjnym wyżarzaniem, aż do uzyskania wymaganego wymiaru, z tym, że w procesie ciągnienia stosuje się sumaryczne zgnioty pośrednie w zakresie 25 - 50% a wyżarzanie międzyoperacyjne prowadzi się w temperaturze 650 - 750°C, w czasie co najmniej jednej godziny.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 167 385 sposób wytwarzania drutów płaszczowych z tym jednak, że dotyczy on wytwarzania drutów posiadających rdzeń stalowy, aluminiowy lub ze stopu na bazie żelaza i niklu, pokryty płaszczem z miedzi lub jej stopów. Polega on na tym, że taśmę z miedzi lub jej stopów zwija się w rurkę i jednocześnie, w trakcie operacji zwijania, wprowadza się do niej w sposób ciągły rdzeń w postaci drutu stalowego, aluminiowego lub ze stopu na bazie żelaza i niklu, uprzednio oczyszczony i korzystnie pokryty cienką warstwą miedzi lub miedzi i cyny, względnie cynku. Następnie krawędzie uformowanego płaszcza spawa się w sposób ciągły, korzystnie w osłonie gazu ochronnego, a otrzymany kompozyt w postaci drutu, na którego przekroju poprzecznym udział powierzchni płaszcza do całkowitego przekroju wynosi 10 - 80%, poddaje się ciągnieniu z minimalnym sumarycznym zgniotem 60%, stosując co najmniej w jednym z ciągów zgniot nie mniejszy niż 25%, po czym wyżarza się go w temperaturze 400 - 900°C. Wyżarzanie prowadzi się przez co najmniej jedną godzinę w próżni lub w atmosferze ochronnej zawierającej minimalnie 5% objętościowych wodoru, reszta azot lub argon. Tak wyżarzony drut poddaje się ciągnieniu z sumarycznym zgniotem 50 - 95% stosując ewentualnie w trakcie tego ciągnienia wyżarzanie międzyoperacyjne w temperaturze 400 - 800°C, w próż ni lub w atmosferze ochronnej zawierającej minimalnie 5% objętościowych wodoru, reszta azot lub argon, przez co najmniej jedną godzinę.

Także z polskiego zgłoszenia patentowego P373978 znany jest sposób wytwarzania drutu płaszczowego, w którym rdzeń wykonany z wewnętrznie utlenionego materiału typu AgMeO, otoczony jest płaszczem z czystego Ag.

Zgodnie z tym sposobem, najpierw wytwarza się rdzeń w postaci drutu o żądanej średnicy ze stopu AgMe, gdzie Me jest Cd lub substytutem Cd, oraz wytwarza się oddzielnie taśmę z czystego Ag o gruboś ci wynikają cej z procentowego udział u srebra w wyrobie gotowym. Nastę pnie taś m ę , przy pomocy systemu rolek, owija się wokół rdzenia i łączy się jej brzegi metodą ciągłego spawania. Wykonany w ten sposób kompozyt poddaje się procesowi wstępnego ciągnienia z sumarycznym zgniotem powyżej 20%, a następnie poddaje się go procesowi wyżarzania dyfuzyjnego w temperaturze około 600°C, w czasie powyżej 2 godzin, w atmosferze ochronnej gazu obojętnego. Wyżarzony materiał ciągnie się w kilku cyklach ciągnienia ze zgniotami sumarycznymi 20 - 65% stosując międzyoperacyjne wyżarzanie dyfuzyjnie w temperaturze około 600°C, w czasie powyżej 2 godzin, w atmosferze ochronnej gazu obojętnego. Otrzymany drut odtłuszcza się i wyżarza rekrystalizująco w temperaturze około 600°C, w czasie około 0,5 godziny, w atmosferze gazu obojętnego. Następnie umieszcza się drut Ag/AgMe w specjalnej komorze przez którą przepływa czysty O2 i w tej atmosferze podgrzewa się go do temperatury około 800°C i wygrzewa w niej przez co najmniej kilkanaście godzin, aż do czasu całkowitego utlenienia rdzenia drutu.

Utleniony wewnętrznie drut dodatkowo poddaje się dalszemu ciągnieniu do wymiaru końcowego, stosując minimalny zgniot sumaryczny 20%. Korzystnie także, utleniony drut o wymiarze końcowym lub utleniony drut w trakcie ciągnienia do wymiaru końcowego, poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu w temperaturze około 600°C i w czasie około 0,5 godziny.

PL 207 662 B1

Sposobami tymi nie można jednak wytwarzać drutów kompozytowych z materiałów proszkowych Cu lub Ag zawierających dodatek AI2O3 lub WC lub NiAI, posiadających strukturę nanokrystaliczną, pokrytych warstwą Cu albo Ag.

Problem wytwarzania takiego drutu kompozytowego rozwiązuje sposób według wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem, proszek Cu lub proszek Ag miesza się z dodatkiem proszku AI2O3 lub proszku WC lub proszku NiAI, a otrzymaną mieszankę korzystnie domiela się do uziarnienia poniżej 100 pm w atmosferze ochronnej argonu a następnie prasuje się mieszankę i spieka prasówkę w temperaturze 400 - 950°C przez 0,5 - 2 h w atmosferze ochronnej wodoru, a otrzymane wlewki nagrzewa się do 200 - 600°C i wyciska się z nich druty kompozytowe. Druty kompozytowe wprowadza się do rurki wykonanej z Cu lub z Ag otrzymując półwyrób warstwowy. Albo też odmiennie, najpierw taśmę wykonaną z Cu lub z Ag zwija się w rurkę i w sposób ciągły, w trakcie zwijania wprowadza się do tej rurki drut kompozytowy a krawędzie rurki łączy się, korzystnie spawając je w atmosferze ochronnej, otrzymując w ten sposób półwyrób warstwowy.

Następnie półwyrób warstwowy ciągnie się i wyżarza międzyoperacyjnie, aż do otrzymania drutu o końcowym wymiarze, przy czym wyżarzanie międzyoperacyjne polega na tym, że najpierw nagrzewa się przerabiany półwyrób warstwowy do temperatury 190 - 210°C z prędkością około 200°C/1 h, a następnie nagrzewa się go do temperatury 450 - 550°C z pr ędkością 100 - 150°C/1 h, po czym wyżarza się go w temperaturze 450 - 550°C przez 1 - 1,5 h i chłodzi do temperatury otoczenia z prędkością około 200°C/1 h.

Otrzymany drut kompozytowy pokryty warstwą Cu lub Ag, już o końcowym wymiarze, korzystnie poddaje się końcowemu wyżarzaniu w temperaturze 300 - 500°C przez 1 - 3 h.

Otrzymany sposobem według wynalazku drut kompozytowy o strukturze nanokrystalicznej, pokryty warstwą Cu lub Ag, posiada gęstość zbliżoną do gęstości materiału litego, ma zwiększoną przewodność elektryczną przy jednoczesnych dobrych własnościach plastycznych i wytrzymałościowych, i przeznaczony jest gł ównie do wytwarzania materiał ów stykowych lub elektrod.

Sposób według wynalazku przedstawiono dokładnie w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Elektrolityczny proszek Cu miesza się wraz z dodatkiem 1% wagowych proszku WC. Otrzymaną mieszankę domiela się w młynie kulowym do uziarnienia poniżej 100 pm, z prędkością obrotową 300 obrotów na minutę, w atmosferze argonu, a następnie prasuje się ją na prasie hydrostatycznej. Uzyskaną prasówkę o średnicy 50 mm spieka się w temperaturze 570°C przez 1,5 h w atmosferze wodoru. Tak otrzymany wlewek nagrzewa się do 300°C i wyciska się z niego drut kompozytowy w procesie wyciskania z intensywnym odkształceniem plastycznym z rewersyjnym ruchem matrycy.

Następnie, z taśmy wykonanej z Cu zwija się rurkę i w sposób ciągły, w trakcie tego zwijania, wprowadza się do tej rurki drut kompozytowy a krawędzie rurki spawa się w atmosferze argonu, otrzymując w ten sposób półwyrób warstwowy o średnicy 5 mm.

Następnie półwyrób warstwowy ciągnie się do otrzymania drutu o średnicy 4 mm, po czym nagrzewa się drut do temperatury 200°C z prędkością 200°C/1 h, następnie nagrzewa się go do temperatury 500°C z mniejszą prędkością, wynoszącą 100°C/1 h, po czym drut wyżarza się w temperaturze 500°C przez 1 h. Wyżarzony drut chłodzi się do temperatury otoczenia z prędkością 200°C/1 h i ciągnie na zimno aż do otrzymania drutu o średnicy 2,13 mm. Otrzymany drut posiada następujące własności: Rm = 389 MPa , R02 = 376 MPa, A100 = 1,2%.

P r z y k ł a d 2

Proszek Ag miesza się wraz z dodatkiem 1% wagowych proszku AI2O3. Otrzymaną mieszankę domiela się w młynie kulowym do uziarnienia poniżej 100 pm, z prędkością obrotową 300 obrotów na minutę, w atmosferze argonu, a następnie prasuje się ją na prasie hydrostatycznej. Uzyskaną prasówkę o średnicy 50 mm spieka się w temperaturze 550°C przez 1 h w atmosferze wodoru. Tak otrzymany wlewek nagrzewa się do 200°C i wyciska się z niego drut kompozytowy w procesie wyciskania z intensywnym odkształceniem plastycznym z rewersyjnym ruchem matrycy.

Następnie, z taśmy wykonanej z Ag zwija się rurkę i w sposób ciągły, w trakcie tego zwijania, wprowadza się do tej rurki drut kompozytowy, a krawędzie rurki spawa się w atmosferze argonu, otrzymując w ten sposób półwyrób warstwowy o średnicy 5 mm.

Następnie półwyrób warstwowy ciągnie się do otrzymania drutu o średnicy 4 mm, po czym nagrzewa się drut do temperatury 200°C z prędkością 200°C/1 h, następnie nagrzewa się go do temperatury 500°C z prędkością wynoszącą 100°C/1 h, po czym drut wyżarza się w temperaturze 500°C

PL 207 662 B1 przez 1 h. Wyżarzony drut chłodzi się do temperatury otoczenia z prędkością 200°C/1 h i ciągnie na zimno aż do otrzymania drutu o średnicy 2 mm. Otrzymany drut posiada następujące własności: Rm = 391 MPa, R02 = 382 MPa, A100 = 1,2%.

P r z y k ł a d 3

Elektrolityczny proszek Cu miesza się wraz z dodatkiem 2% wagowych proszku NiAI. Otrzymaną mieszankę domiela się w młynie kulowym do uziarnienia poniżej 100 pm, z prędkością obrotową 300 obrotów na minutę, w atmosferze argonu, a następnie prasuje się ją na prasie hydrostatycznej. Uzyskaną prasówkę o średnicy 50 mm spieka się w temperaturze 550°C przez 1 h w atmosferze wodoru. Tak otrzymany wlewek nagrzewa się do 200°C i wyciska się z niego drut kompozytowy w procesie wyciskania z intensywnym odkształceniem plastycznym z rewersyjnym ruchem matrycy.

Następnie, z taśmy wykonanej z Cu zwija się rurkę a krawędzie rurki spawa się w atmosferze argonu. Następnie wprowadza się do tej rurki drut kompozytowy, otrzymując w ten sposób półwyrób warstwowy o średnicy 5 mm. Półwyrób warstwowy ciągnie się do otrzymania drutu o średnicy 4 mm, po czym nagrzewa się drut do temperatury 200°C z prędkością 200°C/1 h, następnie nagrzewa się go do temperatury 500°C z prędkością wynoszącą 100°C/1 h, po czym drut wyżarza się w temperaturze 500°C przez 1 h. Wyżarzony drut chłodzi się do temperatury otoczenia z prędkością 200°C/1 h i ciągnie na zimno aż do otrzymania drutu o średnicy 2 mm. Otrzymany drut posiada następujące własności: Rm = 405 MPa, R02 = 390 MPa, A100 = 1,3%.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania drutu kompozytowego pokrytego warstwą Cu lub Ag, w którym z nagrzanych wlewków wyciska się drut kompozytowy, a z taśmy metalowej zwija się rurkę do której wprowadza się drut kompozytowy, po czym łączy się krawędzie rurki, korzystnie metodą spawania, a tak otrzymany półwyrób warstwowy ciągnie się do wymiaru końcowego i wyżarza międzyoperacyjnie, znamienny tym, że aby otrzymać drut kompozytowy, proszek Cu lub proszek Ag miesza się z dodatkiem proszku AI2O3 lub proszku WC lub proszku NiAI, otrzymaną mieszankę korzystnie domiela się do uziarnienia poniżej 100 pm w atmosferze ochronnej argonu a następnie mieszankę prasuje się i spieka prasówkę w temperaturze 400 - 950°C przez 0,5 - 2 h w atmosferze ochronnej wodoru, po czym otrzymane wlewki nagrzewa się do temperatury 200 - 600°C i wyciska się z nich druty kompozytowe, następnie z taśmy wykonanej z Cu lub z Ag zwija się rurkę i w sposób ciągły, w trakcie zwijania wprowadza się do tej rurki drut kompozytowy a krawędzie rurki łączy się, korzystnie spawając je w atmosferze ochronnej, otrzymując w ten sposób półwyrób warstwowy, lub ewentualnie druty kompozytowe wprowadza się bezpośrednio do gotowej rurki wykonanej z Cu lub z Ag otrzymując półwyrób warstwowy, tak otrzymany półwyrób warstwowy ciągnie się i wyżarza międzyoperacyjnie, aż do otrzymania drutu o końcowym wymiarze, przy czym wyżarzanie międzyoperacyjne prowadzi się w ten sposób, że najpierw nagrzewa się przerabiany półwyrób warstwowy do temperatury 190 - 210°C z prędkością około 200°C/1h, a następnie nagrzewa się go do temperatury 450 - 550°C z prędkością 100 - 150°C/1 h, po czym wyżarza się go w temperaturze 450 - 550°C przez 1 - 1,5 h i chłodzi do temperatury otoczenia z prędkością około 200°C/1 h, a tak otrzymany drut o końcowym wymiarze korzystnie poddaje się końcowemu wyżarzaniu w temperaturze 300 - 500°C przez 1 - 3 h.