DE963744C - Verfahren zur Herstellung elektrolytisch verzinnter duenner Kupferdraehte - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 9. MAI 1957

I 6366 VI/48 a

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich dünne verzinnte Kupferdrähte nicht nur schneller, sauberer und wirtschaftlicher als bisher herstellen lassen, sondern auch mit einer guten, lange Zeit erhalten bleibenden Lötbarkeit. Unter dünnen Drähten sind hier solche mit einem Durchmesser unter etwa ι mm zu verstehen.

Verzinnte Kupferdrähte wurden bisher durch Heißverzinnung hergestellt, d. h. durch Hindurchleiten des sauberen Kupferdrahtes 'durch ein Bad von geschmolzenem Zinn, und man war sich schon lange darüber im klaren, daß ein Verfahren der elektrolytisdhen Zinniederschlagung theoretisch einen gleichmäßigeren Niederschlag liefern und dabei an dem knappen Metall Zinn sparen würde. Die Versuche der elektrolytischen Verzinnung von Kupferdrähten der erforderlichen Stärke bis zu der gewünschten Schichtdicke haben jedoch nur zu einem Zinnüberzug geführt, der trübe und schwammig ist und schon im Verlauf von Tagen völlig ao unlötbar wird. Versuche, den Zinnüberzug durch einen Wärmestrom blank zu machen, haben keinen Erfolg gebracht.

Es war bisher auf dem Gebiet der Drahtoberflächenveredelung nur bekannt, außer schmelzflüssig auch schon elektrolytisch mit einem anderen

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Metall überzogene Drähte oberflächig dadurch zu glätten oder blank zu machen, daß die Drähte vor ihrer Weiterverarbeitung durch ein· Zieheisen gezogen werden. Dieses Verfahren ist nämlich für elektragalvanisch verzinkte Stahldrähte bekannt, die zu Stahldrahtgeweben weiterverarbeitet werden sollen. Hierbei wird aber nur der Zinküberzug verdichtet, ohne daß der Durchmesser der Drähte erheblich verringert wird. Andererseits ist es auch ίο schon bekannt, galvanisch aufgebrachte Zinnüberzüge durch eine thermische Nachbehandlung mittels Erhitzung durch elektrischen Strom auf die Bänder oder Drähte aufzuschmelzen oder einzulegieren. Bei diesem Verfahren wird die Erhitzung aber nur so weit getrieben, daß der Schmelzpunkt von Zinn zum Zweck der Verbindung des Überzugs mit dem Grundmetall gerade noch überschritten wird, ohne daß das Grundmetall selbst in seinen Eigenschaften bzw. seiner sie bestimmenden Struktur merklich beeinflußt wird. Die Erfindung basiert demgegenüber auf der überraschenden Feststellung, daß durch eine Kombination von mehreren dieser in anderem Zusammenhang und zu anderem Zweck bekannten Verfahrensschritten ein elektrolytisch auf Kupferdrähten niedergeschlagener Zinnüberzug derart veredelt werden kann, daß er hochglänzend wird und während einer langen Zeitdauer lötbar bleibt. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht^Jdarin, daß die Drähte nach der \^erzinnung zunächst in an sich bekannter Weise kalt auf einen kleineren Durchmesser heruntergezogen und dann in für sich ebenfalls bekannter Weise in schneller vertikaler Bewegung bei einer Temperatur zwischen 400 und 500° mit Hilfe eines dem Draht streckenweise über Metallrollenkontakte zugeführten elektrischen Stromes so kurzfristig ausgeglüht werden, daß ihr Zinnüberzug nicht beschädigt wird, und schließlich unmittelbar nach der Wärmebehandlung durch ein Kühlbad unter den Schmelzpunkt des Zinns abgekühlt werden. Es ist dabei vorteilhaft, daß die Drähte vor dem Einlauf in die Ausglühzone vorgewärmt werden und die. zwischen den beiden Zonen sitzende Rollenelektrode besonders gekühlt wird, während die hinter der Ausglühzone sitzende Rollenelektrode in bekannter Weise in dem Kühlbad angeordnet ist.

Die erste Stufe dieses somit mehrstufigen Verfahrens gemäß der Erfindung liefert zunächst freilich hartgezogene verzinnte Kupferdrähte, die nur für manche Anwendungszwecke erwünscht sind. Wenn hartgezogener Kupferdraht durch eine Heißverzininung verzinnt wird, führt die 232⁰ C betragende Temperatur des geschmolzenen Zinnes zwar schon zu einem teiiweisem Anlassen bzw. Ausglühen. Für die meisten Anwendungen ist es aber erwünscht, daß der verzinnte Kupferdraht ausgeglüht ist, und es wurde nun gefunden, daß sich der Kupferdraht in der zweiten Verfahrensstufe durch Erhöhung seiner Temperatur auf 400 bis 500⁰ ausglühen läßt, ohne daß der Zinnüberzug verlorengeht oder beschädigt wird.

Es ist allerdings notwendig, daß die hohe Temperatur nur für eine sehr kurze Zeit besteht, und bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird deshalb das Ausglühen unmittelbar nach dem Ziehen vorgenommen, wenn der Draht mit. einer sehr hohen Geschwindigkeit von beispielsweise annähernd rund 1500 m/min läuft. Bei dem erfindungsgemäß angewendeten Verfahren befindet sich in jedem Augenblick eine Strecke von annähernd 30 cm auf einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Zinns. Wenn der Draht mit annähernd rund 1500 m/min läuft, bedeutet das, daß die hohe Temperatur nur für ungefähr Y₈₀ see herrscht, was genügt, um das Kupfer anzulassen, aber nicht ausreicht, um den Zinnüberzug abzulösen. Eine für diese kurzzeitige hohe Erhitzung geeignete Vorrichtung zum kontinuierlichen Glühen und Anlassen des Kupferdrahtes ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift 652 387 bekannt. Diese Glühvorrichtung selbst gehört also nicht zur Erfindung, sondern nur die Anwendung einer solchen oder anderen Vorrichtung im Rahmen des ganzen mehrstufigen Verfahrens.

Es wurde festgestellt, daß die normalen Prüfbedingungen für verzinnte Kupferdrähte mit einem erfindungsgemäß verzinnten Draht eingehalten werden können, wenn der tatsächliche Zinnüberzug nur die Hälfte der radialen Auftragstärke hat, die bei einem heißverzinnten Draht zur Erfüllung der gleichen Prüfbedingungen erforderlich ist. Somit ergibt sich eine erhebliche Einsparung im Zinnverbrauch, und außerdem ist das Verfahren auch in bezug auf Energie- und Arbeitsaufwand wirtschaftlich. Eine sehr feinstufige Kontrolle mit einfachen Mitteln ist möglich, und das gesamte Verfahren kann mit normalen Laboratoriumsmethoden überwacht und reguliert werden.

Die Erfindung wird an dem in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Der elektrolytisch verzinnte Draht läuft über eine Rolle 37 zur Ziehmaschine 38, von der nur die ersten und letzten Werkzeuge 39 zusammen mit der Drahtziehtrommel 40 schematisch dargestellt sind. Es können Werkzeuge ähnlich denjenigen verwendet werden, die üblicherweise »um Herunterziehen von Kupferdrähten benutzt werden, und auch sonst verläuft das Ziehverfahren in jeder Hinsicht ähnlich demjenigen der blanken Kupferdrähte. Auch läßt sich das gleiche Ziehschmiermittel wie bei blanken Kupferdrähten verwenden. Infolge der Dehnbarkeit des Zinnüberzugs lassen sich die Werkzeuge leichter und der hartgezogene Draht auch einfacher bedienen.

Der gezogene Draht läuft dann über eine Rolle 41 zur Glühvorrichtung, die im wesentlichen aus zwei vertikal übereinander angeordneten Rollen 42 und 43 besteht, von denen die obere Rolle in Luft und die untere Rolle in einem Wasserbad 44 läuft. Das Bad 44 kann mit einem Rohr 45 versehen sein, und der Draht läuft von der Rolle 42 durch das Rohr 45 oder an seiner Stelle durch eine Öffnung im Deckel des Bades 44 um die Rolle 43 und dann aus dem Bad heraus über eine Rolle 47 auf die Aufwickeltrommel 48. Eine Wechselstrom-

quelle ist mit der Ziehtrommel 40 und den Rollen 42 und 43 über Kohlebürsten 49 und 50 verbunden. Dabei liegen die Trommel 40 und die Rolle 43 über die Bürsten 49 an einer Klemme, die Rolle 42 dagegen über die Bürste 50 an der anderen Klemme. Auf diese Weise fließt der Strom auf dem Drahtstück zwischen 40 und 42 durch den Draht, um ihn durch Widerstandserhitzung vorzuwärmen, und ferner durch das Drahtstück zwischen 42 und 43, das den eigentlichen Glühbereich bildet.

Die Ausglühtemperatur von Kupfer liegt so viel höher als der Schmelzpunkt von Zinn, daß man nicht erwarten konnte, daß sich ein verzinnter Kupferdraht ausglühen läßt, ohne daß das Zinn ab-

.15 gestreift wird oder wenigstens die Gleichförmigkeit des Überzuges zerstört wird. Es wurde jedoch überraschenderweise festgestellt, daß der überzogene Draht bei gewissen Schutzvorkehrungen ausgeglüht werden kann, ohne daß der Überzug merklich verletzt wird, obwohl der Überzug tatsächlich kurzzeitig geschmolzen wird. Die Vorwärmtemperatur zwischen den Rollen 40 und 42 reicht nicht aus, um das Zinn zu schmelzen. Die Rolle 42 neigt aber dazu, eine Temperatur anzunehmen, bei der das Zinn sich vom Draht abzustreifen beginnt. Um dies zu verhindern, wird die Rolle 42 einer verstärkten Kühlung ausgesetzt, und ein Luftstrom aus einer auf die Rolle gerichteten Düse 42' wurde für diesen Zweck als brauchbar befunden.

Das Rohr 45 hat den Zweck, daß der durch den Einlauf des heißen Drahtes in das Wasserbad erzeugte Dampf das Rohr erfüllt und den Draht mit Sicherheit vor der Oxydation schützt, wenngleich für verzinnten Kupferdraht der Schutz vor Oxydation an sich nicht nötig ist. Jedoch ist die größtmögliche Verringerung der Zeit, während welcher die Temperatur des Drahtes sich oberhalb vom Schmelzpunkt des Zinns befindet, ausschlaggebend für den Erfolg des Arbeitsganges, so daß die Anordnung so getroffen ist, daß der Draht nach der kürzest möglichen Glühzeit unter Wasser kommt. Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich auch, den Ziehprozeß vorzunehmen, bevor nach der Verzinnung eine merkliche Oxydation eingetreten ist, die Arbeitsgänge also möglichst rasch aufeinanderfolgen zu lassen.

Die folgenden Werte wurden an vier Proben von reinem erfmdungsgemäß verzinntem Draht gemessen. In allen Fällen hatte der - Ausgangsdraht etwa 0.9 mm Durchmesser und wurde nach der Elektroverzinnung auf etwa 0,2 mm heruntergezogen. Die Zinnauftragsstärken sind in ¹Z₁₀₀₀ mm angegeben.

Zinndicke

vor dem Ziehen ....
nach dem Ziehen ...
nach dem Ausglühen

Probe Nr.

2 I 3

6,25
1,02
0.77

6,47
1,07
0,89

7.31 i 7Ö7 1,24 j 1,30 1,09 j 1,12

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist man nicht auf das beschriebene Beispiel be- S5 schränkt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung elektrolytisch verzinnter dünner Kupferdrähte mit einem Durchmesser unter etwa 1 mm mit guter, lange Zeit erhalten bleibender Lötbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte nach der Verzinnung zunächst in an sich bekannter Weise kalt auf einen kleineren Durchmesser heruntergezogen und dann in für sich ebenfalls bekannter Weise in schneller, vorzugsweise vertikaler Bewegung bei einer Temperatur zwischen 400 und 500⁰ mit Hilfe eines dem Draht streckenweise über Metallrollenkontakte zugeführten elektrischen Stromes so kurzfristig ausgeglüht werden, daß ihr Zinnüberzug nicht beschädigt wird, und schließlich unmittelbar nach der Glühbehandlung durch ein Kühlbad unter den Schmelzpunkt des Zinns abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte vor dem Einlauf in die Ausglühzone vorgewärmt werden und die zwischen den beiden Zonen sitzende Rollenelektrode (42) besonders gekühlt wird, während die hinter der Ausglühzone sitzende Rollenelektrode (43) in bekannter Weise in dem Kühlbad angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 420205, 703469; iod USA.-Patentschriften Nr. 2 192 901. 2286073, 357 126, 2 463 412.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

© 609 708/306 11.56 709513/305 5.57