NO791834L - Aluminiumlegeringer med forbedret elektrisk ledningsevne og fremgangsmaate for fremstilling av saadan legering - Google Patents

Description

"Aluminiumlegering med forbedret elektrisk ledningsevne og fremgangsmåte for frem-

stilling av sådan legering".

Foreliggende oppfinnelse gjelder en legering på aluminium-basis med høy elektrisk ledningsevne og mekanisk fasthet, såvel som en fremgangsmåte for fremstilling av sådan legering.

Aluminium har forholdsvis høy ledningsevne og lav egenvekt

og har derfor i flere år vært anvendt for fremstilling av fritthengende elektriske luftledninger. Da den viktigste egenskap for en sådan tråd er god elektrisk ledningsevne, ble det anvendte aluminiummaterial for dette formål tidligere betegnet som EC-aluminium, men den tilsvarende legering er nå kjent under betegnelsen AA 1350 (registreringsnummer fra Aluminium Association). Denne spesielle aluminiumlegering inneholder i en grunnstruktur av ren aluminium litt silisium og jern, for å oppnå en tråd med høy ledningsevne, men likevel med høyere mekanisk fasthet enn et material med grunnstruktur av meget rent aluminium.

Da imidlertid denne spesielle aluminiumlegering krever anvendelse av rent aluminium som grunnstruktur for legeringen, har imidlertid fremstilte produkter av dette metall ført til at omkostningene har steget og forholdet mellom utnyttelse og omkostninger for aluminium har sunket sammenlignet med andre materialer.

Som erstatning for legeringen 1350 er det foreslått mange

andre legeringer. I US-PS 3.278.300 er det f.eks. beskrevet en aluminiumlegering som inneholder jern og sjeldne jordartmetaller og er særlig egnet for fremstilling av elektriske ledere. Dette spesielle legeringssystem kan også inneholde elementer av sirkonium og magnesium. De sjeldne jordartmetaller som er særlig foretrukket for dette formål er de som utgjør den kombinasjon som kalles Mischmetall. Den innflytelse som en tilsats av Mischmetall utøver på ledere av aluminiumlegeringer er beskrevet i Metallurgical Transactions 1 (1970) 2638 - 2641. I denne artikkel er det vist at en tilsats på opptil 3% Mischmetall til en grunnstruktur av aluminium øker den mekaniske fasthet av den således fremstilte legering, mens dens elektriske ledningsevne nedsettes. Over denne grense på 3% avtar såvel den mekaniske fasthet som den elektriske ledningsevne. Legeringens grunnstruktur av aluminium kan dessuten inneholde små mengder av mangan, titan, valadium,

krom, jern, kobber og/eller silisium. Videre er tilsats av Mischmetall til aluminiumlegeringer for elektriske ledere og støpegods vurdert i en avhandling som er offentliggjort i Journal of Metals 22 (1970) 40. I henhold til denne publika-sjon er det imidlertid nødvendig å anvende aluminium med forholdsvis høy renhetsgrad som grunnstruktur i de tilsvarende legeringssystemer.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frem-bringe en aluminiumlegering, som i forhold til vanlige aluminiumlegeringer for elektriske ledere oppviser i det minste like-verdig elektrisk ledningsevne, samt en fremgangsmåte for frem-stil-ling av en sådan legering, idet det for dette formål som grunnstruktur anvendes aluminium av en renhet tilsvarende vanlig handelsvare, som tilsettes visse elementer som øker legeringens mekaniske fasthet. Den høye elektriske ledningsevne for denne aluminiumlegering bør kunne opprettholdes i kaldbearbeidet, helt eller delvis utglødet tilstand.

Dette formål oppnås i henhold til oppfinnelsen ved en

legering hvis særtrekk består i at den inneholder 0,001 -

1,0 vektprosent jern, 0,001 - 1,0 vektprosent kobber,

0,001 - 1,0 vektprosent Mischmetall, 0,001 - 0,2 vekt-

prosent silisium, 0 - 0,2 vektprosent bor, 0 - 0,05 vektprosent sink, 0,01 vektprosent mangan og 0 - 0,01 vektprosent krom og resten aluminium.

Fremgangsmåten for fremstilling av denne godt ledende aluminiumlegering har i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: det støpes en legering som inneholder 0,001 - 1 vektprosent jern, 0,001 - 1,0 vektprosent kobber, 0,001 - 1,0 vektprosent Mischmetall, 0,001 - 0,2 vektprosent silisium, 0 - 0,2 vektprosent bor, 0 - 0,05 vektprosent sink, 0 - 0,01 vektprosent mangan og 0 - 0,01 vektprosent krom og resten aluminium,

den støpte legering varmbearbeides ved en temperatur over 200°C, og

den varmbearbeidede legering gis større fasthet ved kaldbearbeiding.

Tilsatsen av Mischmetall til aluminiumlegeringene medfører enten en forbedret elektrisk ledningsevne sammenlignet med vanlige markedsførte aluminiumlegeringer, eller gir aluminiumlegeringer med høyere forurensningsgrad enn normalt en elektrisk ledningsevne tilsvarende mindre forurensede legeringer. Tilsatsen av Mischmetall virker som et rengjøringsmiddel (scavenging agent), idet Mischmetallet f.eks. nedsetter for-urensningsandelen i legeringen ved at de foreliggende forurensninger i det minste delvis utfelles. Den elektriske ledningsevne for sådanne legeringer øker i kaldbearbeidet,

helt eller delvis utglødet tilstand.

Det har vist seg fordelaktig at legeringen inneholder 0,001 -

0,2 vektprosent bor.

Tilsatsen av 0,001 - 1,0 vektprosent Mischmetall for det

ovenfor angitte formål har vist seg særlig virkningsfullt ved følgende legeringer:

Aluminiumlegering med 0,001 - 0,4 vektprosent jern, 0,001 -

0,1 vektprosent silisium, 0,001 - 0,05 vektprosent kobber,

0,001 - 0,05 vektprosent sink, 0,001 - 0,01 vektprosent mangan, 0,001 - 0,01 vektprosent krom og 0 - 0,2 vektprosent bor.

Aluminiumlegering med 0,0 4 - 1,0 vektprosent jern, 0,1 -

1,0 vektprosent kobber, 0,02 - 0,2 vektprosent silisium og 0,001 - 0,2 vektprosent bor..

Aluminiumlegering med 0,5 - 1,0 vektprosent jern, 0,35 -

0,5 vektprosent kobber, 0,02 - 0,1 vektprosent silisium og 0,001 - 0,2 vektprosent bor.

Den elektriske ledningsevne for aluminiumlegeringer bestemmes hovedsakelig såvel av innholdet som av arten av forurensninger i aluminiumlegeringen. Jern og silisium er vanlige forurensnings-elementer i aluminiumlegeringer og har i de omtalte lederlegeringer motsatt innvirkning på den elektriske ledningsevne. Jern har bare en liten innflytelse på den elektriske ledningsevne, mens silisium påvirker legeringens ledningsevne i be-tydelig grad. Andre forurensninger, som f.eks. gallium og titan, nedsetter også den elektriske ledningsevne for sådanne legeringer. Når noen av disse forurensende elementer er til stede i større mengde enn den normale forurensningsgrad i legeringene, økes den mekaniske fasthet, således at legeringstilsatser som kan øke den elektriske ledningsevne for sådanne legeringer med høy mekanisk fasthet, er av særlig viktighet. Sådanne legeringstilsatser gjør det mulig å oppnå en øket

løsningsfasthet uten merkbart tap av elektrisk ledningsevne.

I henhold til foreliggende oppfinnelse tilsettes Mischmetall som "rensemiddel", for å øke den elektriske ledningsevne for aluminiumlegeringer som er kaldbearbeidet for øket fasthet og helt eller delvis utglødet.

Bearbeidingsprosessen avhenger av de påkrevede sluttegenskaper for de gjenstander som fremstilles av legeringen. I alle til-feller kan legeringen støpes på vanlig måte, f.eks. ved durville-støpning, kokille-støpning eller strengstøpning. De støpte stenger eller barrer kan homogeniseres ved å holdes 30 minutter eller lengre i et temperaturområde på 340 - 510°C. Enten de homogeniseres eller ikke formbearbeides så barrene eller stengene ved en forhøyet temperatur over 200°C. Denne varmbearbeiding finner fortrinnsvis sted i et temperaturområde mellom 315 og 510°C. Denne varmbearbeiding er viktig med hensyn til de ønskede sluttegenskaper for legeringen.

Når vedkommende legering skal anvendes for fremstilling av tråd, frembringes den såkalte fortrekktråd ved varmbearbeiding. Det varmbearbeidede material kan glødes i 1 - 8 timer ved en temperatur mellom 200 og 320°C.

Til slutt bringes legeringen til kaldbearbeiding til de ønskede sluttdimensjoner, som fortrinnsvis ligger mellom 0,05 og 10 mm. Når det ønskes særlig gode mekaniske fasthetsegenskaper bør det under kaldbearbeidingen finne sted en tverrsnittsreduksjon på minst 75%, fortrinnsvis 90%. Graden av kaldbearbeiding for å oppnå en forut bestemt fasthet vil naturligvis avhenge av den bearbeidede legerings spesielle egenskaper og dens varmbearbeidingsprofil. En legering som har fått større fasthet ved kaldbearbeiding kan til slutt utsettes for en utfelningsprosess ved 120 - 320°C.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse og de fordeler som oppnås med denne, vil bli nærmere forklart ved følgende utførelseseksempel.

EKSEMPEL.

Til aluminiumlegeringen 1350 med 0,25 vektprosent jern og

0,10 vektprosent silisium ble det tilsatt 0,5 vektprosent Mischmetall (omtrent 50 vektprosent cer, 2 5 vektprosent lantan, 16 vektprosent neodym, 6 vektprosent praseodym og 3 vektprosent andre jordartmetaller). 2 kg av denne legering 1 ble smeltet i en induksjonsovn under gjennomstrømning av freon-gass og støpt til barrer etter durville-prosessen. Disse barrer ble så befridd for støpehuden, homogenisert i 1,5 time ved 400°C og til slutt varmebearbeidet ved 400°C til en fortrekktråd med en diameter på 9,5 mm, idet det ble innlagt en eneste mellomglødning ved 400°C for å forhindre for store varmetap under prosessen. Denne fortrekktråd ble så ved hjelp av flere trekkmatriser med rund åpning kaldtrukket.til en tråd-diameter på 3,25 mm (AWG 8). Den elektriske ledningsevne for denne tråd ble så målt ved anvendelse av en vanlig Kelvin-målebro. Såvel den målte elektriske ledningsevne som de like-ledes målte mekaniske fasthetsegenskaper for legeringen er angitt i den etterfølgende tabell I. Disse resultater er i

tabellen sammenlignet med de tilsvarende egenskaper for en tråd av den handelsvanlige legering 1350 (som i tabell I er betegnet som legering 2) med samme diameter.

Disse resultater viser at tilsatsen av Mischmetall har øket den elektriske ledningsevne sammenlignet med grunnlegeringen 1350, uten at rivefastheten er påvirket i vesentlig grad. Det er bemerkelsesverdig at såvel ledningsevneverdiene som fasthetsegenskapene for legeringen med tilsats av Mischmetall med god marginal oppfyller fordringene til den vanlige markeds-førte legering 1350. Ut fra dette eksempel vil det lett for-stås at tilsatsen av Mischmetall medfører spesielle fordeler, idet en sådan tilsats medfører en vesentlig økning av den elektriske ledningsevne av aluminiumlegeringer sammenlignet med ledningsevnen for de legeringskvaliteter som for nærværende befinner seg på markedet. Legeringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse medfører også den fordel at det kan oppnås ledningsevneverdier som kan sammenlignes med ledningsevnen for vanlige markedsførte lederlegeringer på aluminium-basis, også for legeringer med billigere og mindre rent aluminium som basismaterial. På denne måte kan det oppnås betraktelig nedsatte omkostninger.

Claims (10)

1. Aluminiumlegering med høy elektrisk ledningsevne og mekanisk fasthet, karakterisert ved at legeringen inneholder 0,001 - 1,0 vektprosent jern, 0,001 - 1,0 vektprosent kobber, 0,001 - 0,1 vektprosent Mischmetall, 0,001 - 0,2 vektprosent silisium, 0 - 0,2 vektprosent bor, 0 - 0,05 vektprosent sink,

0 - 0,01 vektprosent mangan og 0 - 0,01 vektprosent krom og resten aluminium.

2. Legering som angitt i krav 1, karakterisert ved at den inneholder 0,001 - 0,2 vektprosent bor.

3. Legering som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den inneholder 0,001 - 0,4 vektprosent jern, 0,001 - 0,1 vektprosent silisium,0,001 - 0,05 vektprosent kobber, 0,001 - 0,05 vektprosent sink, 0,001 - 0,01 vektprosent mangan og 0,001 - 0,01 vektprosent krom.

4. Legering som angitt i krav 2, karakterisert ved at den inneholder 0,04 - 1,0 vektprosent jern, 0,1- 1,0 vektprosent kobber og 0,02 - 0,2 vektprosent silisium.

5. Legering som angitt i krav 4, karakterisert ved at den inneholder 0,5 - 1,0 vektprosent jern, 0,35 - 0,5 vektprosent kobber og 0,02 - 0,1 vektprosent silisium.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumlegering med høy elektrisk ledningsevne og mekanisk fasthet, karakterisert ved at: det støpes en legering som inneholder 0,001 - 1,0 vekt prosent jern, 0,001 - 0,1 vektprosent kobber, 0,001 - 1,0 vektprosent Mischmetall, 0,001 - 0,2 vektprosent silisium, 0 - 0,2 vektprosent bor, 0 - 0,05 vektprosent sink, 0 - 0,01 vektprosent mangan og 0 - 0,01 vektprosent krom og resten aluminium, den støpte legering varmbearbeides ved en temperatur over 2 00°C, og - den varmbearbeidede legering gis større fasthet ved kaldbearbeiding.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at den støpte legering først homogeniseres i 30 minutter ved en temperatur på 340 - 5lO°C og derpå varmbearbeides fortrinnsvis ved en temperatur på 315 - 510°C.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at den varmbearbeidede legering før kaldbearbeidingen utglødes i 1 - 8 timer ved en temperatur på 20 0 - 3 2 0°C.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 6-8, karakterisert ved at den utglødede legering ved kaldbearbeidingen utsettes for en tverrsnittsreduksjon på minst 75%, fortrinnsvis 90%.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 6-9, karakterisert ved at den kaldbearbeidede legering til slutt utsettes for en utfellingsprosess ved en temperatur på 12 0 - 3 2 0°C i 1 - 8 timer.