EP0593878B1 - Rotationssymmetrisches Halbzeug mit über den Querschnitt variierenden Eigenschaften - Google Patents

Rotationssymmetrisches Halbzeug mit über den Querschnitt variierenden Eigenschaften Download PDF

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EP0593878B1
EP0593878B1 EP93113617A EP93113617A EP0593878B1 EP 0593878 B1 EP0593878 B1 EP 0593878B1 EP 93113617 A EP93113617 A EP 93113617A EP 93113617 A EP93113617 A EP 93113617A EP 0593878 B1 EP0593878 B1 EP 0593878B1
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    • Y10T428/12049—Nonmetal component
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    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y10T428/12056—Entirely inorganic

Definitions

  • the invention relates to a rotationally symmetrical semi-finished product made of copper or copper alloys with properties that vary over the cross-section according to the preamble of claim 1 or 2.
  • the preforms required for the semifinished product with a variable alloy composition and the resulting different properties are known.
  • the production can be carried out according to the so-called "spray compacting" method (cf. for example GB-A-1.379.261 and GB-A-1.472.939), in which a metal melt is broken down into droplets by a gas jet in a suitable nozzle and the Droplets can be collected on a pad again to form a solid body.
  • WO-A-92 / 15.721 At least two nozzles working simultaneously and independently of one another are arranged in such a way that their droplet jets overlap and are directed towards a substrate of circular cross section. Ceramic particles can be introduced into one or both droplet jets as insoluble particles.
  • WO-A-92 / 04.475 proposes oxide, nitride, carbide or boride particles as ceramic particles suitable for spray compacting copper.
  • EP-A-0.270.265 relates, inter alia, to the use of ceramic particles in spray-compacted aluminum alloys.
  • the invention has for its object to increase the range of possible rotationally symmetrical preforms and the possibility of different combinations of properties of the semi-finished product.
  • a variant according to the invention is characterized in that metallic particles of molybdenum, niobium, tungsten or lead are provided as insoluble particles, different types of particles being introduced into the core and into the outer layer.
  • the particles are preferably deposited at the grain boundaries.
  • the method of spray compacting is used, in which metal melt is atomized into droplets by a gas jet in a nozzle and the droplets are collected on a rotating substrate, and in which at least two working simultaneously, independently of one another Nozzles are arranged in such a way that their droplet jets overlap and are directed towards a substrate of circular cross section.
  • metallic particles are injected either into the first or second droplet jet.
  • different types of metallic particles are injected simultaneously into the first and second droplet jets.
  • conductive core copper
  • outer layer with low expansion coefficient copper-niobium
  • a spray compacting device for producing a cylindrical preform 1 (round bolt) is shown schematically.
  • a melt supply (not shown) is fed to two nozzles 2, 3. From these nozzles 2, 3 emerge two overlapping melt droplet jets 4, 5, which are directed towards a rotating substrate 6 of circular cross-section.
  • the droplet jets 4, 5 are consolidated again on the substrate 6 or on the growing round bolt 1 (which can be pulled off in the direction of the arrow) and solidified to form a solid block 1. Additional nozzles through which particles can be injected into the droplet jets 4, 5 are indicated by numbers 7, 8.
  • the figure also indicates that different particles ( ⁇ , O) are simultaneously injected into the droplet jets 4, 5.
  • the particle density indicated over the radius of the round bolt 1 shows that a composite bolt 1 is formed which consists of a core 9 and an outer layer 10 with different properties.
  • a particular advantage of the described method is that the transition from the core 9 to the outer layer 10 is smooth and there is no parting line in the preform 1, as is the case with older methods according to the prior art (for example roll cladding, powder metallurgical production). This avoids all the associated disadvantages, such as binding errors at the parting line, high quality assurance efforts, etc.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein rotationssymmetrisches Halbzeug aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit über den Querschnitt variierenden Eigenschaften nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.
  • Aus dem Stand der Technik (etwa nach der WO-A-92/15.721 oder der DE-A-4 105 420) sind für das Halbzeug nötige Vorformen mit einer veränderlichen Legierungszusammensetzung und daraus resultierenden, unterschiedlichen Eigenschaften bekannt. Die Herstellung kann nach dem sogenannten Verfahren des "Sprühkympaktierens" erfolgen (vgl. bspw. GB-A-1.379.261 und GB-A-1.472.939), bei dem eine Metallschmelze durch einen Gasstrahl in einer geeigneten Düse in Tröpfchen zerlegt und die Tröpfchen auf einer Unterlage wieder zu einem massiven Körper gesammelt werden. Nach der WO-A-92/15.721 sind mindestens zwei gleichzeitig, unabhängig voneinander arbeitende Düsen derart angeordnet, daß sich deren Tröpfchenstrahlen überlappen und stirnseitig auf ein Substrat kreisförmigen Querschnitts gerichtet sind. Dabei können als nichtlösliche Partikel keramische Partikel in einen oder beide Tröpfchenstrahlen eingebracht werden. In der WO-A-92/04.475 werden als für das Sprühkompaktieren von Kupfer geeignete, keramische Partikel Oxid-, Nitrid-, Karbidoder Boridteilchen vorgeschlagen.
    Die EP-A-0.270.265 betrifft u.a. den Einsatz von keramischen Partikeln bei sprühkompaktierten Aluminiumlegierungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bandbreite der möglichen rotationssymmetrischen Vorformen und die Möglichkeit der verschiedenen Eigenschaftskombinationen des Halbzeugs zu vergrößern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Halbzeugen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 als nichtlösliche Partikel metallische Partikel aus Molybdän, Niob, Wolfram oder Blei vorgesehen sind.
  • Eine erfindungsgemäße Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlösliche Partikel metallische Partikel aus Molybdän, Niob, Wolfram oder Blei vorgesehen sind, wobei verschiedenartige Partikel in den Kern und in die Außenschicht eingebracht sind.
    Die Partikel sind gemäß Anspruch 3 vorzugsweise an den Korngrenzen abgelagert.
  • Für die Vorstufe der Herstellung der rotationssymmetrischen Vorform für das Halbzeug wird das Verfahren des Spühkompaktierens eingesetzt, bei dem Metallschmelze durch einen Gasstrahl in einer Düse zu Tröpfchen zerstäubt und die Tröpfchen auf einem rotierenden Substrat gesammelt werden, und bei dem mindestens zwei gleichzeitig, unabhängig voneinander arbeitende Düsen derart angeordnet werden, daß sich deren Tröpfchenstrahlen überlappen und stirnseitig auf ein Substrat kreisförmigen Querschnitts gerichtet sind.
  • Erfindungsgemäß werden gemäß Anspruch 4 metallische Partikel entweder in den ersten oder zweiten Tröpfchenstrahl injiziert. Alternativ werden gemäß Anspruch 5 verschiedenartige, metallische Partikel gleichzeitig in den ersten und zweiten Tröpfchenstrahl injiziert werden.
  • Nach dem beschriebenen Verfahren läßt sich bspw. folgende Kombination herstellen:
  • leitfähiger Kern (Kupfer), Außenschicht mit geringem Ausdehnungskoeffizienten (Kupfer-Niob).
  • Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur die Herstellung einer zylindrischen Vorform.
  • In der Figur ist schematisch eine Sprühkompaktiervorrichtung zur Herstellung einer zylindrischen Vorform 1 (Rundbolzen) dargestellt. Ein Schmelzevorrat (nicht dargestellt) wird zwei Düsen 2, 3 zugeführt. Aus diesen Düsen 2, 3 treten zwei sich überlappende Schmelzetröpfchenstrahlen 4, 5 aus, die stirnseitig auf ein rotierendes Substrat 6 kreisförmigen Querschnitts gerichtet sind. Auf dem Substrat 6 bzw. auf dem wachsenden Rundbolzen 1 (der in Pfeilrichtung abziehbar ist) werden die Tröpfchenstrahlen 4, 5 wieder konsolidiert und zu einem massiven Block 1 verfestigt. Zusätzliche Düsen, durch die Partikel in die Tröpfchenstrahlen 4, 5 injiziert werden können, sind durch Ziffer 7, 8 angedeutet. In der Figur ist ebenfalls angedeutet, daß gleichzeitig unterschiedliche Partikel (●, O) in die Tröpfchenstrahlen 4, 5 injiziert werden. Die über den Radius des Rundbolzens 1 angedeutete Partikeldichte zeigt, daß ein Verbundbolzen 1 entsteht, welcher aus einem Kern 9 und einer Außenschicht 10 mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht.
    Ein besonderer Vorteil des geschilderten Verfahrens besteht darin, daß der Übergang des Kerns 9 zur Außenschicht 10 fließend erfolgt und in der Vorform 1 keine Trennfuge vorhanden ist, wie etwa bei älteren Verfahren nach dem Stand der Technik (bspw. Walzplattieren, pulvermetallurgische Herstellung). Hierdurch werden alle damit verbundenen Nachteile wie Bindefehler an der Trennfuge, hoher Aufwand für Qualitätssicherung usw. vermieden.

Claims (5)

  1. Halbzeug aus Kupfer oder Kupferlegierungen, in Form von Stangen, Rohren, Drähten oder Profilen, hergestellt aus einer rotationssymmetrischen Vorform (1) durch Warmund Kaltumformschritte,
    wobei die Vorform (1) aus einem Kern (9) und mindestens einer darumliegenden Außenschicht (10) besteht, die mittels in der Metallmatrix nichtlöslicher Partikel, die entweder in den Kern (9) oder in die Außenschicht (10) eingebracht sind, unter Ausbildung einer fließenden Grenze unterschiedliche Eigenschaften aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als nichtlösliche Partikel metallische Partikel aus Molybdän, Niob, Wolfram oder Blei vorgesehen sind.
  2. Halbzeug aus Kupfer oder Kupferlegierungen, in Form von Stangen, Rohren, Drähten oder Profilen, hergestellt aus einer rotationssymmetrischen Vorform (1) durch Warmund Kaltumformschritte,
    wobei die Vorform (1) aus einem Kern (9) und mindestens einer darumliegenden Außenschicht (10) besteht, die mittels in der Metallmatrix nichtlöslicher Partikel, die sowohl in den Kern (9) als auch in die Außenschicht (10) eingebracht sind, unter Ausbildung einer fließenden Grenze unterschiedliche Eigenschaften aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als nichtlösliche Partikel metallische Partikel aus Molybdän, Niob, Wolfram oder Blei vorgesehen sind, wobei verschiedenartige Partikel in den Kern (9) und in die Außenschicht (10) eingebracht sind.
  3. Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Partikel an den Korngrenzen abgelagert sind.
  4. Verfahren zur Herstellung der rotationssymmetrischen Vorform (1) für das Halbzeug nach Anspruch 1 oder 3 durch Sprühkompaktieren, bei dem Metallschmelze durch einen Gasstrahl in einer Düse zu Tröpfchen zerstäubt und die Tröpfchen auf einem rotierenden Substrat (6) gesammelt werden, und bei dem mindestens zwei gleichzeitig, unabhängig voneinander arbeitende Düsen (2, 3) derart angeordnet werden, daß sich deren Tröpfchenstrahlen (4, 5) überlappen und stirnseitig auf ein Substrat (6) kreisförmigen Querschnitts gerichtet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß metallische Partikel entweder in den ersten oder zweiten Tröpfchenstrahl (4 oder 5) injiziert werden.
  5. Verfahren zur Herstellung der rotationssymmetrischen Vorform (1) für das Halbzeug nach Anspruch 2 oder 3 durch Sprühkompaktieren, bei dem Metallschmelze durch einen Gasstrahl in einer Düse zu Tröpfchen zerstäubt und die Tröpfchen auf einem rotierenden Substrat (6) gesammelt werden, und bei dem mindestens zwei gleichzeitig, unabhängig voneinander arbeitende Düsen (2, 3) derart angeordnet werden, daß sich deren Tröpfchenstrahlen (4, 5) überlappen und stirnseitig auf ein Substrat (6) kreisförmigen Querschnitts gerichtet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß verschiedenartige, metallische Partikel gleichzeitig in den ersten und zweiten Tröpfchenstrahl (4, 5) injiziert werden.
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