DE2730625A1

DE2730625A1 - Verfahren zur herstellung von stark verzinnten kupferdraehten

Info

Publication number: DE2730625A1
Application number: DE19772730625
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Gravemann; Meinhard Dipl Ing Hecht; Johannes Witte
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1979-01-18
Also published as: DE2730625C3; BR7800157A; DE2730625B2

Description

Verfahren zur Herstellung von stark verzinnten Kupfer-
drähten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stark verzinnten Kupferdrähten, bei dem ein gezogener Kupferdraht galvanisch verzinnt und anschließend weichgeglüht bzw. ein Kupferdraht zunächst galvanisch verzinnt, drauf in seinem Querschnitt durch Ziehen reduziert und anschließend weichgeglüht wird.
Für die Herstellung von elektrischen Leitungen und Schaltungen wird häufig verzinnter Kupferdraht benötigt, wobei die Zinnschicht die Aufgabe hat, die Lötverbindungen zu vereinfachen. Die Zinnschicht kann darüber hinaus auch in einigen Fällen als Korrosionsschutz dienen.
Ein Verfahren zur Herstellung von verzinnten Drähten besteht darin, daß man einen Kupferdraht durch eine Wanne mit geschmolzenem Zinn hindurchführt, wobei Wannenlänge und Geschwindigkeit des Kupferdrahtes so gewählt sind, daß im Laufe der Wanderung des Drahtes durch das geschmolzene Zinn dieser zugleich ausgeglüht wird und dabei die durch die vorhergegangenen Ziehvorgänge entstandene Kaltverfestigung beseitigt wird. Die Erzielung einer zentrischen Auflage nach diesem unter dem Fachausdruck >'Feuerverzinnung" bekannten Verfahren ist mit großen Schwierigkeiten verbunden. Eine starke Exzentrizität der Auflage führt aber zu einer negativen Beeinflussung der geforderten Löteigenschaften.
Eine weitere Fertigungsmöglichkeit besteht darin, den Kupferdraht galvanisch zu verzinnen und diesen verzinnten Kupferdraht anschließend auf die gewünschte Endabmessung zu ziehen und im gleichen Arbeitsgang in einer nachgeschalteten Durchlaufglühe zu glühen. Dieses Verfahren wird heute in großem Maße bei der Fertigung von Drähten mit dünnen Zinnauflagen angewendet. Infolge der aus wirtschaftlichen Gründen notwendigen hohen Durchlaufgeschwindigkeiten sind Glühtemperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des Zinns erforderlich. Hierdurch bedingt können Schichtdicken in der Größenordnung von 3pm nicht überschritten werden, ohne daß es zu einer exzentrischen Zinnauflage kommt.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, das galvanische Verzinnungsverfahren dahingehend zu verbessern, daß mit diesem Verfahren verzinnte Kupfer drähte mit konzentrischen Schichten von mehr als 3 - 7/im Schichtdicke hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß ein Kupferdraht mit einer niedrigen unterhalb der Schmelztemperatur des Zinns liegenden Erweichungstemperatur verwendet wird und der auf Fertigmaß gezogene verzinnte Kupferdraht zwei bis acht Stunden bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Zinns weichgeglüht wird. Die gewählte Glühtemperatur liegt um mindestens 1500 niedriger als die in den bisher bekannten kontinuierlichen galvanischen Verzinnungsanlagen übliche Tempera- tur. Sie liegt auch unter der Schmelztemperatur des aufgebrachten Zinns, wodurch eine Verlagerung der durch den galvanischen Prozeß in gleichmäßiger Schichtdicke aufgebrachten Zinnschicht vermieden wird. Die niedrige Weichgelühtemperatur, die durch den Einsatz eines Kupferdrahtes hoher Reinheit möglich wird, muß aber für eine längere Zeit aufrechterhalten werden, um die durch die vorhergegangenen Kaltzüge aufgetretene Verfestigung im Kupferdraht zu beseitigen. Die niedrigen Glühtemperaturen reichen aber aus, um auch das galvanisch aufgebrachte Zinn zu rekristallisieren und dadurch die beim galvanischen Verzinnen gefürchtete Whiskerbildung zu vermeiden.
Die Langzeitglühung der verzinnten Kupferdrähte wird zweckmäßigerweise unter nicht reduzierender Atmosphäre in einem Topfofen durchgeführt.
Bei Glühtemperaturen im oberen Bereich des Weichglühtemperaturintervalls bzw. bei längeren Glühzeiten kann die sich zwischen Kupfer und Zinn ausbildende Diffusionsschicht über ein vertretbares Maß hinausgehen. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, vor dem galvanischen Verzinnen eine Nickelschicht von weniger als 2/im auf den Kupferdraht galvanisch aufzubringen. Diese Nickelschicht verhindert bzw. verlangsamt als Diffusionssperre die Diffusionsschichtbildung zwischen Kupfer und Zinn. Das Verfahen gemäß der Lehre der Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil dann anwenden, wenn auf einen Draht von 1,5 bis 2,5 mm Durchmesser eine Zinnschicht von 15 bis 20 zum aufgebracht, der verzinnte Draht auf 0,5 bis 0,8 mm heruntergezogen und anschließend der Draht mindestens 4 Stunden bei höchstens 155 0C geglüht wird. Die Schichtdicke der Zinnauflage beträgt dann bei dem fertigen Draht ca. 5 bis 7/im1 kann aber auch durch Aufbringen größerer Schichtdicken bzw. durch kleinere Ausgangsquerschnitte vergrößert werden. So ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verzinnte Kupferdrähte mit Zinnschichten von mehr als 10/um Dicke herzustellen.
Die Erfindung ist hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel I: Auf einen Kupferdraht von 2 mm Durchmesser wird in einem galvanischen Bad eine Zinnschicht von 18 Zm Wanddicke niedergeschlagen. Im selben Arbeitsgang wird der verzinnte Draht auf 0,7 mm Durchmesser heruntergezogen. Nach dem Ziehen wird der Draht auf Spezialtrommeln in einer Langzeitglühung bei ca. 1550C und sechs Stunden Dauer in Luft weichgeglüht. Der geglühte Draht hat dann Festigkeitswerte zwischen 200 - 250 N/mm2 Zugfestigkeit bei 4: 2 Streckgrenzenwerten = 100 N/mm2. Die Drahte erfüllten sämtliche Bedingungen bezüglich der Lötbarkeit auch nach einer verschärften Alterung. Bei diesem Alterungstest werden üblicherweise Proben des verzinnten Drahtes 24 Stunden lang bei 1550C geglüht.
Beispiel II: Auf einen Kupferdraht von 1,5 mm Durchmesser wird in einem galvanischen Bad zunächst eine Nickelschicht von 1/im und im gleichen oder einem gesonderten Arbeitsgang eine Zinnschicht von 15 /im niedergeschlagen. Der Draht wird nachfolgend an 0,5 mm Durchmesser heruntergezogen und auf Spezialglühtrommeln an Luft bei 1800C und sechs Stunden Dauer weichgeglüht. Durch die vorhandene Nickelschicht von ca. 0,3 um wird die Diffusionsschichtbildung zwischen Kupfer und Zinn verhindert bzw. verlangsamt. Hierdurch ist gewährleistet, daß sich Diffusionsschichten von nur maximal 115/im ausbilden können.
Die so gefertigten Drähte erfüllten sämtliche Bedingungen bezüglich der Lötbarkeit auch nach einer verschärften Alterung

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von stark verzinnten Kupferdrähten, bei dem ein gezogener Kupferdraht galvanisch verzinnt und anschließend weichgeglüht bzw. ein Kupferdraht zunächst galvanisch verzinnt, darauf in seinem Querschnitt durch Ziehen reduziert und anschließend weichgeglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupferdraht mit einer niedrigen, unterhalb des Schmelzpunktes von Zinn liegenden Erweichungstemperatur verwendet wird und der auf Fertigmaß gezogene verzinnte Kupferdraht zwei bis acht Stunden bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Zinns weichgeglüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichglühung im Temperaturbereich 1700 - 140°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseichnet, daß die Weichglühung in nicht reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet1 daß vor dem galvanischen Verzinnen eine Nickelschicht von weniger als 2,im auf den Kupferdraht galvanisch aufgebracht wird.