CH161895A

CH161895A - Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung, die eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem zur Herstellung der Legierung verwendeten Kupfer gleicher mechanischer Vorbehandlung besitzt.

Info

Publication number: CH161895A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesel Metallgesellschaft
Original assignee: Metallgesellschaft Ag
Priority date: 1931-02-27
Filing date: 1932-02-27
Publication date: 1933-05-31

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung, die eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem zur Herstellung der Legierung verwendeten Kupfer gleicher mechanischer Vorbehandlung besitzt. Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung einer Kupferlegierung, die infolge ihres Gehaltes an Zusatzmetall eine verbesserte Leitfähigkeit gegenüber dem zur Herstellung der Legierung verwendeten Kupfer gleicher mechanischer Vorbehandlung besitzt.

Es wurde bisher angenommen, dass die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers von seinem Reinheitsgrade abhänge. Man war der Meinung, dass je reiner das Kupfer sei, desto höher die Leitfähigkeit gesteigert würde. Das handelsübliche Kupfer hat dabei in ge zogenem und geglühtem Zustande eine Leit fähigkeit von etwa
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und in gegossenem und geglübtem Zustande eine Leitfähigkeit von etwa
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Es wurde nun gefunden, dass eine Ver besserung der Leitfähigkeit bewirkt wird, wenn man geschmolzenem Kupfer mindestens ein Metall, wie zum Beispiel Lithium, Kal zium oder beide zusammen, in geringer Menge zusetzt, die geeignet ist, die Leitfähigkeit zu erhöhen, und zwar derart, dass im Endprodukt noch mindestens 0,

00? o/o der Zusatzmetalle vorhanden sind.

Diese Verbesserung der Leitfähigkeit er folgt gleichermassen bei vergossenem, wie bei verformtem Material. So gelingt es zum Beispiel, die Leitfähigkeit von aus "Wire- bars\ hergestellten Drähten bis auf etwa
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zu steigern, wenn man dem Kupfer soviel Lithium zusetzt, dass noch zirka 0,00311/o in der erhaltenen Kupferlegierung vorhanden sind. Bei Gussmaterial erfolgt naturgemäss eine nicht so hohe Steigerung der Leitfähigkeit, da Gussmaterial stets eine geringere Leitfähigkeit hat.

Hierbei hat sich gleichfalls überraschen- derweise herausgestellt, dass man bei An wendung dieses Verfahrens die Herstellung von Gussstücken aus Kathodenkupfer durch führen kann, ohne eine Raffination anzu wenden. Beim Einschmelzen dieser Kathoden war es bisher stets erforderlich, nach dem Einschmelzen durch Blasen und Polen die Charge giessfertig zu machen.

Setzt man da gegen den eingeschmolzenen Kathoden wäh rend oder nach dem Einschmelzen eine ge ringe Menge von Lithium zu, so kann man unmittelbar nach dem vollständigen Ein schmelzen, bezw. nach dem Zusatz des Li- thiums die Kupferlegierung vergiessen, ohne dass zu befürchten wäre, dass die Gussstücke blasig oder sonst unbrauchbar ausfielen.

Die Wirkung des Lithiums beruht dabei nicht etwa auf einer Desogydation, da ja das Kathodenkupfer von vornherein weit gehend sauerstofffrei ist. Das Lithium hat offenbar die Wirkung, etwa vorhandenen Schwefel oder auch Gase, wie z. B. Wasser stoff und schweflige Säure, zu binden bezw. auszutreiben. Dies geht aus der enormen Steigerung der Dichte hervor, die eine Li- thium enthaltende Kupferlegierung hat. Die Dichte steigt nämlich von zirka 7,6 auf 8,9: Eine ähnliche, wenn auch nicht so starke Wirkung wie das Lithium zeigt das Kalzium.

Ein Zusatz von Kalzium hat dabei noch den besondern Vorteil, dass eine Überdosierung kein so schnelles Abfallen der elektrischen Leitfähigkeit zur Folge hat. Auf der andern Seite ist allerdings die Wirkung des Kal ziums auch weniger intensiv als die des Li- thiums. Zweckmässig wird man daher beide Metalle zusammen zusetzen, indem ein ge wisses Minimum von Lithium verwendet wird, um die Hauptmenge der Verunreinigungen schnell und gründlich zu entfernen und man dazu noch etwas Kalzium gibt, dem die Auf gabe zufällt, etwa vorhandene Spitzen im Gehalt an verunreinigenden Bestandteilen zu beseitigen. Es kann aber sowohl Lithium, wie auch Kalzium allein zugesetzt werden.

Abgesehen von der erhöhten Dichtigkeit einer gemäss der Erfindung erhaltenen Kupfer legierung wird meist auch die Warmver- arbeitungsfähigkeit verbessert. Es lassen sich daher Kupferbarren, die einen Zusatz von Lithium erhalten haben, wesentlich besser walzen als das gleiche Kupfer, auch wenn es der üblichen Raffination unterworfen wurde.

In Ausführung der Erfindung kann man dabei so vorgehen, dass man Lithium oder Kalzium dem geschmolzenen Kupfer in einer Menge von etwa 0,005-0,1 % zusetzt. Die Höhe des Zusatzes hängt dabei auf der einen Seite von dem Abbrand ab, welchen das Lithium bezw. Kalzium bei der Einführung in das Schmelzbad erleidet, wobei es insbe sondere auf die Art des Ofens und der Schmelzbedingungen ankommt.

Weiterhin hängt die Höhe des Zusatzes aber auch da von ab, wieviel Sauerstoff oder andere Ver unreinigungen das Kupfer enthält, da ja das Lithium bezw. Kalzium eine starke Affinität zu diesen Verunreinigungen hat und zunächst deren Entfernung bewirken wird, ehe es selbst als Legierungsbestandteil im Kupfer verbleibt.

Wichtig für die Ausführung der Erfindung hat sich erwiesen, dass in der Kupferlegierung selbst noch ein Gehalt von mindestens 0,002 0% der Zusatzmetalle verbleibt. Besonders vor teilhaft ist ein verbleibender Gehalt von 0,002-0;005 % Lithium bezw. 0,005-0,01% Kalzium, welcher durch spektralanalytische Methoden ohne weiteres nachgewiesen werden kann.

Dieser Lithiumgehalt ist wichtig, um das Optimum an elektrischer Leitfähigkeit zu er reichen. Steigert man den Lithiumgehalt weiter oder setzt man so wenig Lithium zu, dass er unter dieser Grenze bleibt, so gelingt es nicht, die elektrische Leitfähigkeit über das sonst bei Kupfer erreichbare Mass hinaus zu steigern.

Zur bessern Einführung des Lithiums oder Kalziums bezw. von beiden zusammen in das Kupfer ist es zweckmässig, nicht das Metall als solches, sondern eine Vorlegierung mit geringem Lithium- bezw. Kalziumgehalt dem geschmolzenen Kupfer zuzusetzen. Hierbei ist insbesondere eine Vorlegierung mit rund 2 % Lithium und Rest Kupfer vorteilhaft.

Verwendet man dagegen metallisches Lithium und hochprozentige Vorlegierungen, so ist darauf zu achten, dass man diese vor dem Einfluss der Luft geschützt aufbewahrt, da bereits nach kurzem Lagern Reaktionen mit dem Stickstoff der Luft eintreten, in Verfolg deren eine Bildung von Lithiumnitrid zu be obachten ist. Gerade Lithiumnitrid beein trächtigt aber die Qualität von Gussstücken, mit denen es in Berührung gekommen ist.

Nachfolgend sei zunächst ein Beispiel für die Verbesserung der elektrischen Leitfähig keit von raffiniertem Kupfer gegeben. Hier bei wurden auf elektrolytischem Wege her gestellte Kathoden eingeschmolzen und nach der üblichen Raffinatiou mit 0,01 % Lithium versetzt.

Diese Lithiummenge war auf Grund eines nebenhergehenden Blindversuches so bemessen, dass anschliessend im Metall noch etwa 0,003 % enthalten waren. Das ver- gossene Material wurde gewalzt und gezogen,

ausgeglüht und zeigte eine Leitfähigkeit von zirka
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während eine vor dem Lithiumzusatz entnommene Probe eine Leit fähigkeit von
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äufwies. Während im Vorhergehenden die Wirkung des Lithiumzusatzes an raffiniertem und ver formtem Material aufgezeigt wurde, wird in nachfolgendem Beispiel seine Wirkung auf gewöhnlichen Kupferguss, und zwar unter Verwendung von nicht raffiniertem Material erläutert.

Hierbei wurden sogenannte Kathodenab fälle eingeschmolzen und ihnen nach dem Schmelzen ein Zusatz von 0,01% Lithium in Form einer 2 %igen Kupfer-Lithiumlegie- rung kurz vor dem Vergiessen zugesetzt. Die Vorlegierung wurde dabei an einem Kupfer stab befestigt und eingerührt.

Nach dem Zu satz des Lithiums wurde das Metall ver gossen und die daraus hergestellten Guss- stücke geprüft. Hierbei ergab sich, dass die Leitfähigkeit des Gussmaterials ohne Lithium- zusatz zirka
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betrug, während nach dem Zusatz von Lithium die Leitfähig keit auf
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gestiegen war.

Ein Zusatz von Kalzium in Menge von 0,005 % zu dem gleichen Material liess die Leitfähigkeit auf etwa
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steigen.

Da die Wärmeleitfähigkeit ungefähr pro portional der elektrischen Leitfähigkeit ver läuft, kann man die gemäss Erfindung er haltene Kupferlegierung naturgemäss auch für solche Zwecke verwenden, bei denen eine gute Kühlwirkung erfolgen soll, z. B. bei Windformen, Kühlstücken für Schachtöfen und dergleichen.

Claims

PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Herstellung einer Kupfer legierung, die eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem zur Herstellung der Legierung verwendeten Kupfer gleicher mechanischer Vorbehandlung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass man geschmolzenem Kupfer mindestens ein Metall in geringer Menge zusetzt, die geeignet ist, die Leit fähigkeit zu erhöhen, und zwar derart, dass im Endprodukt noch mindestens 0,002 % der Zusatzmetalle vorhanden sind. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetall 0,005 0,1 % Lithium derart zugesetzt wird, dass im Endprodukt 0,002 bis 0,005 % Lithium vorhanden sind. 2.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetall 0,005 bis 0,1 % Kalzium zugesetzt wird, derart; dass im Endprodukt 0,005 bis 0,010% Kalzium vorhanden ist. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetalle Lithium und Kalzium zusammen zugesetzt werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithium in Form einer Vorlegierung zugesetzt wird. 5.

Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 2, dadurch .gekennzeichnet, dass das Kalzium in Form einer Vorlegierung zugesetzt wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Lithium und Kalzium in Form einer Vor legierung zugesetzt werden. 7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nicht raffinierter Kupferguss verwendet wird. PATENTANSPRUCH 1I: Nach dem Verfahren gemäss Patentan spruch<B>1</B> hergestellte Kupferlegierung, da- durch gekennzeichnet, dass dieselbe minde stens 0,002 /o Zusatzmetall enthält. UNTERANSPRüCHE B.

Kupferlegierung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe 0,002 bis 0,005 /o Lithium enthält. 9. Kupferlegierung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe 0,005 bis 0,01 % Kalzium enthält.