DE1243402B

DE1243402B - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Aluminiumleiterdraehten

Info

Publication number: DE1243402B
Application number: DE1964P0033635
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Mercier
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1963-02-19
Filing date: 1964-02-19
Publication date: 1967-06-29
Also published as: CH411369A; GB1052795A; NL6401444A; BE644019A; FR1448713A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Cl.:

C22f

Deutsche Kl: 4Od-1/04

Nummer: I 243 402

Aktenzeichen: P 33635 VI a/40 d

Anmeldetag: 19. Februar 1964

Auslegetag: 29. Juni 1967

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Aluminiumleiterdrähten.

Es ist bekannt, daß Aluminium eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, aber eine geringe mechanische Festigkeit aufweist. Die letztere kann durch Legieren des Aluminiums mit anderen Metallen verbessert werden, aber die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit dem Gehalt an legierten Elementen sehr schnell ab.

Man ist also gezwungen, einen Kompromiß einzugehen und verwendet in der Praxis unter dem Namen »Leitaluminium« verschiedene Legierungen von z. B. folgender Zusammensetzung:

0,03 bis 0,12% Silizium,

0,10 bis 0,45 °/o Eisen,

Re:;t Aluminium.

Diese Legierungen werden im folgenden als »Leitaluminium« bezeichnet.

Normalerweise wird der Leiterdraht hergestellt, indem man das Metall in Form von zylindrischen Stangen bzw. Knüppeln fortlaufend gießt, die man dann durch Umformen, und zwar meistens durch Ziehen, in die gewünschten Dimensionen bringt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß es möglich ist, einige Prozent in bezug auf den spezifischen elektrischen Widerstand zu gewinnen, wenn man die Knüppel vor deren Umformung einer Homogenisierungsbehandlung unterwirft, aber man verliert dann an Zugfestigkeit.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Aluminiumleiterdrähten, welches den obenerwähnten Nachteil nicht aufweist und in dem die Homogenisierung vor der Umformung eine verstärkte Verminderung des spezifischen elektrischen Widerstandes hervorruft, ohne daß eine wesentliche Herabsetzung der Zugfestigkeit stattfindet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Leiters, der gleichzeitig eine günstige elektrische Leitfähigkeit und eine gute mechanische Festigkeit aufweist und nach dem obenerwähnten Verfahren hergestellt wird.

In dem Verfahren gemäß der Erfindung fügt man dem Leitaluminium eine solche Menge an Kupfer bei, daß der Kupfergehalt im Metall auf mindestens 0,01% und höchstens 0,05% gebracht wird; dann wird die erhaltene Legierung in Knüppel gegossen, die man danach bei einer Temperatur über 400⁰C Verfahren zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften von
Aluminiumleiterdrähten

Anmelder:

Pechiney Compagnie de Produits Chimiques et

ßlectrometallurgiques, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Jean-Louis Mercier,

Fonchoma-lssoire, Puy-de-Döme (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 19. Februar 1963 (925 277) --

Stunden lang homogenisiert, woraufhin man sie umformt, nachdem man sie in einem Ofen oder in Luft gekühlt hat.

Die besten Ergebnisse erhält man, wenn eine der zwei folgenden Ungleichheiten beachtet wird:

die Summe des Gehaltes an Silizium und Kupfer im Leitaluminium liegt zwischen 0,09 und 0,07%;

die Summe des Gehaltes. an Eisen und Kupfer im Leitaluminium liegt zwischen 0,30 und 0,35%.

Die so definierte Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher erläutert, welche den Rahmen der Erfindung aber nicht beschränken sollen.

Es wurden acht Legierungen hergestellt, deren jeweilige Zusammensetzung in der Tabelle 1 angegeben ist, nämlich:

drei Legierungen (Bezugszeichen F), deren Gesamtgehalt an Silizium plus Kupfer im wesentlichen konstant ist;

drei Legierungen (Bezugszeichen S), deren Gesamtgehalt an Eisen plus Kupfer im wesentlichen konstant ist;

zwei Legierungen (Bezugszeichen C) mit hohem Siliziumgehalt.

709 608/35S

Tabelle 1	Bezeich nung	Eisen Vo	Silizium Vo	Kupfer Vo	Verunreinigungen Vo
Fi F₂ F₃	0,30 0,31 0,32	0,08 0,065 0,05	0,003 0,016 0,035	i 0,01 + Rest Al
Si S₂ S₃	0,35 0,30 0,27	0,07 0,065 0,06	0,003 0,025 0,05	1 0,01 + Rest Al
C₁ C₂	0,34 0,31	0,1] 0,12	0,025 0,06	} 0,01 + Rest Al

Das Vorhandensein von 0,003% Kupfer in den Legierungen F₁ und S₁ ist auf die in dem Metall existierenden Verunreinigungen zurückzuführen; es hat keine bemerkenswerten Auswirkungen auf die Ergebnisse.

Das Metall für jede Legierung wird geschmolzen, in herkömmlicher Weise gereinigt und dann bei 750° G vergossen. Durch den Strangguß werden Knüppel von 95 mm Durchmesser erhalten, die ohne weitere Vorbearbeitung gezogen werden können.

Die Knüppel werden in Längen von 250 mm geschnitten, und dann wird das folgende Programm für jede Legierung angewendet. Man nimmt:

vier nicht homogenisierte Knüppel, und zwar zwei zu Anfang und zwei zu Ende jeden Gusses; vier Knüppel, die 8 Stunden lang bei 46O⁰C homogenisiert und dann langsam im Ofen auf 200° C abgekühlt wurden;
zwei Knüppel, die 8 Stunden lang bei 460⁰C homogenisiert und dann in Luft abgekühlt wurden.

Alle diese Knüppel werden nach erneuter Erhitzung auf 35O⁰C auf einen Durchmesser von 11 mm gepreßt, wobei die Temperatur der Matrize 325° C und die Ziehgeschwindigkeit 150 m in der Minute beträgt. Bei Verlassen der Presse liegt die Temperatur der Rundstange aus nicht homogenisiertem Metall bei 470⁰C und derjenigen aus homogenisiertem Metall bei 450⁰C; das letztere Metall ist also besser verformbar.

Von den vier Knüppeln, die einer Homogenisierungsglühung mit nachfolgender langsamer Abkühlung unterworfen wurden, werden zwei mit Abkühlung der Rundstange in Luft und zwei mit Abschrekken der Rundstange in Wasser nach Austritt aus der Presse verarbeitet.

Jeder Knüppel ergibt ungefähr 15 m Rundstange; die Proben wurden entnommen, nachdem man eine Länge von 1,5 m verworfen hatte. Vier Proben der aus den homogenisierten Knüppeln erhaltenen Rundstangen und acht Proben der aus den nicht homogenisierten Knüppeln gewonnenen Rundstangen werden auf einen Durchmesser von 3 mm gezogen.

Für jede(n) der so erhaltenen Rundstangen und Drähte mißt man die Zugfestigkeit o_B in kp/mm², während der spezifische elektrische Widerstand ρ in μ Ω · cm nur für die Drähte mit einem Durchmesser von 3 mm gemessen wird.

Tabelle 2 zeigt die Resultate dieser Messungen und bezeichnet den Durchmesser der Rundstangen bzw. des Drahtes in Millimetern.

Ohne Zusatz von Kupfer ist der Verlust an Zugfestigkeit durch die Homogenisierungsglühung der Knüppel beträchtlich, auch nach Abschrecken der Rundstangen bei Austritt aus der Presse. Wenn man dagegen 0,015% Kupfer beifügt, nimmt der Verlust stark ab und wird praktisch Null, sobald der Gehalt an Kupfer 0,025% erreicht. Dann wird es möglich, durch ein Abschrecken der Rundstangen beim Austritt aus der Presse die durch die Homogenisierungsglühung verursachte Herabsetzung der Zugfestigkeit im wesentlichen auszugleichen.

Die Änderungen des spezifischen elektrischen Widerstandes liegen in allen Fällen in derselben Größenordnung, und man erzielt einen Gewinn an Leitfähigkeit von nahezu 2%.

Andererseits ist die Abkühlung in Luft nach der Homogenisierungsglühung günstig in bezug auf die Zugfestigkeit und ungünstig in bezug auf die Widerstandsverminderung, und dies um so mehr, je höher der Siliziumgehalt ist.

Das Abschrecken bei Austritt aus der Presse bringt einen leichten Gewinn an Zugfestigkeit des kaltgezogenen Drahtes; der entsprechende Verlust an elektrischer Leitfähigkeit ist geringfügig.

Schließlich ist es vom Gesichtspunkt der elektrischen Leitfähigkeit im geglühten Zustand von Interesse, Kupfer einzuführen und den Siliziumgehalt um dieselbe Menge herabzusetzen.

Eine Legierung der Zusammensetzung aus

0,30 bis 0,32% Eisen,
0,05 bis 0,06 °/o Silizium,
0,015 bis 0,035% Kupfer,
weniger als 0,02% Verunreinigungen,
Rest Aluminium

ergibt nach Homogenisierung und Abkühlung in Luft oder langsamer Abkühlung die folgenden minimalen Kennwerte:

Zugfestigkeit höher als 18 kp/mm² und
spezifischer elektrischer Widerstand
2,776 μ Ω · cm.

Nach Abschrecken der Rundstangen in Wasser bei Austritt aus der Presse erhält man die Werte:

Zugfestigkeit höher als 18,5 kp/mm² und
spezifischer elektrischer Widerstand unter 2,776 μ Ω · cm.

In dem vorhergehenden Beispiel wurde als Verformungsverfahren das Warm-Strangpressen angewendet. Die Erfindung kann auch ebensogut in den Fällen angewendet werden, in denen die Verformung durch andere bekannte Verfahren durchgeführt wird, z.B. durch Walzen viereckiger Knüppel, Gießen in einem »Properzi«-Rad usw.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung des elektrisehen Widerstands ohne wesentlichen Verlust an Zugfestigkeit von Aluminiumleiterdrähten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aluminium eine solche Menge an Kupfer zulegiert wird, daß der Kupfergehalt mindestens 0,01 und höchstens 0,05% beträgt, daß man die erhaltene Legierung in Knüppel gießt, welche man danach bei einer Temperatur über 400⁰C etwa 8 Stunden lang homogenisiert und im Ofen oder in Luft ab-

kühlt, worauf die Leiterdrähte in üblicher Weise hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitaluminium eine solche Kupfermenge beigefügt wird, daß die Summe des Gehalts an Kupfer und Silizium in der erhaltenen Legierung zwischen 0,07 und 0,09% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitaluminium eine solche Kupfermenge beigefügt wird, daß die Summe des Gehaltes an Kupfer und Eisen in der erhaltenen Legierung zwischen 0,30 und 0,35 % liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den erhaltenen Knüppel nach der Homogenisierungsbehandlung zu einer Rundstange preßt, die am Auslaß der Presse abgeschreckt und dann zu einem Draht ausgezogen wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man von folgender Legierungszusammensetzung ausgeht:

0,30 bis 0,32% Eisen,
0,05 bis 0,06% Silizium,
0,015 bis 0,035°/o Kupfer,
weniger als 0,02% Verunreinigungen,
Rest Aluminium.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen