WO2003074746A1 - Copper-niobium alloy and method for the production thereof - Google Patents

Copper-niobium alloy and method for the production thereof

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WO2003074746A1
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Martin Heilmaier
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Definitions

  • the invention relates to the field of materials technology and relates to copper-niobium alloys, which, for example, can be processed into semi-finished products or moldings for the production of powder-metallurgical products using known shaping processes and a process for their production.
  • the abovementioned alloy additives all meet the requirement for the best possible microstructural stability at high stress temperatures.
  • a homogeneous distribution of the respective second phase and the particle size distribution in the nanometer range necessary for an efficient increase in strength cannot be achieved using melt metallurgical processes due to the difference in density and melting point.
  • the application of the mechanical alloying method overcomes this problem and enables, for example, the production of Ag oxide composite materials with the finest oxide distribution (diameter ⁇ 50 nm) and the highest hardness and strength (BJ Joshi et al, Proceedings Vol. 3, Powder Metallurgy World Congress, Granada / Spain, 1998; JP 07173555 A; DE 199 53 780 C1).
  • the grinding progress results from repeated breaking and cold welding of the powder particles.
  • the tendency increases that the oxides are only enveloped by the soft matrix, as a result of which there is no further comminution (DE 44 18 600 C2 ).
  • the grinding progress is advantageously influenced by a material combination “soft-soft”, that is to say by the choice of a second phase that is best adapted to the elastic properties of the copper (CG. Koch, Nanostructured Materials 2, 1993, 109-129). From the ones listed above, in Alloying elements in question are best suited to niobium (LG Fritzemeier, Nanostructured Materials 1, 1992, 257-262).
  • the invention is based on the object of specifying copper-niobium alloys and a process for their production in which a homogeneous metastable Cu mixed crystal is present and a process for its implementation.
  • niobium precipitates are also present in a copper matrix in addition to a copper-niobium mixed crystal
  • Particle diameters from 5 - 100 nm are available.
  • the niobium is partially dissolved in the copper lattice.
  • the niobium precipitates are also advantageously in the form of fine particles or fibers.
  • the fibers are present with an aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1.
  • the copper-niobium alloy according to the invention advantageously has a conductivity of 50 to 80% IACS and / or strengths of 1200 to 2000 MPa.
  • copper powder as matrix material and 0.1 to 50 at.% Niobium powder are ground together and mechanically alloyed and then subjected to at least one heat treatment.
  • Niobium powder 0.5 to 20 at.% Niobium powder is advantageously added.
  • the grinding process is also advantageously carried out at temperatures from -196 ° C. to -10 ° C. It is also advantageous if the cooling of the grinding vessel is carried out during the man and / or between the grinding stages.
  • the grinding vessel is cooled with liquid nitrogen or with ethanol.
  • the heat treatment is advantageously also carried out simultaneously with a forming process.
  • the forming process produces a fibrous structure of the copper-niobium alloy, in which a fiber aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1, is again advantageously set during the forming.
  • a deliberate embrittlement of the copper powder is initially brought about. This makes it possible, in contrast to the materials known to be produced by mechanical alloying, to obtain a homogeneous single-phase alloy of copper with niobium. Because the grinding process is advantageously carried out at low temperatures, it is possible to achieve a partial or complete forced solution of the niobium atoms in the copper mixed crystal with a relatively low energy input. The degree of solving the Niobium atoms in the mixed copper crystal depend among other things on the grinding time and oxygen content of the powder used.
  • the gas content hardly changes during the grinding process, so that an additional degassing step can be omitted during further processing.
  • niobium atoms are dissolved in the copper mixed crystal, fine niobium particles are separated out in the subsequent heat treatment. These niobium deposits contribute significantly to increasing the strength and ensuring a high conductivity of the alloy.
  • a grinding bowl charged with steel balls, copper powder and 10 at.% Niobium powder is cooled in liquid nitrogen to a temperature on the cover of the grinding bowl of - 196 ° C.
  • the cooled grinding bowl is then coated with polystyrene for insulation against the ambient air.
  • the subsequent grinding process is interrupted step by step every 30 minutes in order to then cool the grinding bowl again to - 196 ° C.
  • the grinding process is carried out at a rotational speed of 200 rev min "1 and a powder - ball ratio of 1: 14 to 35, the added niobium powder is h completely forcibly dissolved in the copper lattice This can be seen from X-ray and transmission electron microscopy (TEM) studies in.. 1 and 2.
  • the mechanically alloyed powder has a nanocrystalline structure with crystallite sizes of ⁇ 7 nm.
  • the powder microhardness reaches 500 HV 0.025.
  • the powder obtained is at 500 ° C. in a hot press compacted under vacuum and a pressure of 650 MPa to a relative density of 98-99% to cylindrical shaped bodies with a diameter of 10 mm.
  • Molded articles produced in this way have a hardness of 400 HV 2 with an electrical conductivity of 20 MS / m (corresponding to 35% IACS).
  • a subsequent heat treatment during which the niobium separates from the copper matrix leads to an increase in the electrical conductivity to 45-50 MS / m (corresponding to 70-80% IACS) with a slight decrease in hardness to 380 HV 2.
  • a final cold deformation increases the hardness through the formation of a fiber structure to 550 HV 2 with continued high electrical conductivity.
  • Fig. 1a diffraction pattern of the powder Cu-20 at% Nb, 17 h grinding time

Abstract

The invention relates to materials technology, more specifically to copper-niobium alloys which are used for producing powder metallurgical materials via previously known shaping methods, for example after being transformed into semifinished products or shaped bodies, and a method for the production thereof. The aim of the invention is to create copper-niobium alloys containing a homogeneous metastable Cu mixed crystal, a method for the production thereof, and a method for the implementation thereof. Said aim is achieved by a copper-niobium alloy containing niobium deposits which have a particle diameter of 5 to 100 nm along with a copper-niobium mixed crystal in a copper matrix. Said aim is also achieved by a method for producing copper-niobium alloys, according to which copper powder as a matrix material and 0.1 to 50 atomic percent of niobium powder are jointly ground and are mechanically alloyed and then subjected to at least one thermal treatment.

Description

Kupfer-Niob-Legierung und Verfahren zu ihrer HerstellungCopper-niobium alloy and process for its manufacture
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft Kupfer- Niob-Legierungen, die beispielsweise zu Halbzeugen oder Formkörpern verarbeitet zur Herstellung von pulvermetallurgischen Produkten über bekannte Formgebungsverfahren eingesetzt werden können und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to the field of materials technology and relates to copper-niobium alloys, which, for example, can be processed into semi-finished products or moldings for the production of powder-metallurgical products using known shaping processes and a process for their production.
Stand der TechnikState of the art
Um einen metallischen Werkstoff mit möglichst hoher mechanischer Festigkeit sowie elektrischer und thermischer Leitfähigkeit herzustellen, wird neben Silber, das die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle besitzt, hauptsächlich Kupfer als Matrixmetall wegen des wesentlich niedrigeren Preises eingesetzt. Um die Festigkeit der duktilen Kupfermatrix wirksam zu erhöhen, ohne dass deren thermische und elektrische Eigenschaften substantiell beeinträchtigt werden, bietet sich eine Verstärkung durch im thermodynamischen Gleichgewicht weitestgehend unlösliche Zweitphasen an. Diese können im Fall der kubischflächenzentrierten (kfz) Kupfermatrix harte keramische Partikel (z.B. Oxide, Nitride, Karbide), aber auch eine Reihe hochschmelzender kubischraumzentrierter (krz) Refraktärmetalle (z.B. Cr, W, Ta, Nb, Mo) sein. Die vorgenannten Legierungszusätze erfüllen dabei wegen ihrer Unlöslichkeit in der Matrix allesamt die Forderung nach bestmöglicher mikrostruktureller Stabilität bei hohen Beanspruchungstemperaturen. Jedoch kann eine homogene Verteilung der jeweiligen Zweitphase und die zu einer effizienten Festigkeitssteigerung notwendige Teilchengrößenverteilung im Nanometerbereich wegen des vorhandenen Dichte- und Schmelzpunktunterschiedes nicht über schmelzmetallurgische Verfahren erreicht werden. Die Anwendung der Methode des mechanischen Legierens überwindet diese Problematik und ermöglicht z.B. die Herstellung von Ag-Oxid-Verbund Werkstoffen mit feinster Oxidverteilung (Durchmesser < 50 nm) und höchster Härte und Festigkeit (B.J. Joshi et al, Proceedings Vol. 3, Powder Metallurgy World Congress, Granada/Spain, 1998; JP 07173555 A; DE 199 53 780 C1). Beim mechanischen Legieren ergibt sich der Mahlfortschritt aus wiederhol Aufbrechen und Kaltverschweissen der Pulverteilchen. Im Falle harter keramischer Partikel in einer weichen metallischen Matrix aus Kupfer steigt jedoch mit der Abnahme des Oxidgehaltes unter 10 Vol.-% die Tendenz, dass die Oxide lediglich von der weichen Matrix eingehüllt werden, wodurch deren weitere Zerkleinerung unterbleibt (DE 44 18 600 C2). Der Mahlfortschritt wird vorteilhaft durch eine Materialkombination „weich- weich" , d.h. also durch die Wahl einer den elastischen Eigenschaften des Kupfers bestmöglich angepaßten Zweitphase beeinflusst (CG. Koch, Nanostructured Materials 2, 1993, 109-129). Von den oben aufgelisteten, in Frage kommenden Legierungselementen ist Niob am besten geeignet (L.G. Fritzemeier, Nanostructured Materials 1 , 1992, 257-262). Über das mechanische Legieren von konzentrierten Cu-Nb-Legierungen bei Raumtemperatur wurde bereits berichtet (A. Benthalem u.a., Scripta Metallurgica et Materialia 27, 1992, 739-744 und Materials Science and Engineering A161 , 1993, 255-266). Durch das Mahlen mit hoher Energie erweitert sich der Mischkristallbereich, und es wird ein hohe Homogenität der Mikrostruktur erreicht. Ebenfalls wurde gezeigt, dass ein Teil des zugegebenen Niobs durch das Mahlen im Kupfergitter zwangsgelöst wird.In order to produce a metallic material with the highest possible mechanical strength and electrical and thermal conductivity, in addition to silver, which has the highest electrical conductivity of all metals, mainly copper is used as the matrix metal because of the much lower price. In order to effectively increase the strength of the ductile copper matrix without substantially impairing its thermal and electrical properties, it is advisable to reinforce it by means of second phases which are largely insoluble in the thermodynamic equilibrium. In the case of the cubic surface-centered (automotive) copper matrix, these can be hard ceramic particles (e.g. oxides, nitrides, carbides), but also a number of refractory metals (e.g. Cr, W, Ta, Nb, Mo) that melt in the center of the cubic space. Because of their insolubility in the matrix, the abovementioned alloy additives all meet the requirement for the best possible microstructural stability at high stress temperatures. However, a homogeneous distribution of the respective second phase and the particle size distribution in the nanometer range necessary for an efficient increase in strength cannot be achieved using melt metallurgical processes due to the difference in density and melting point. The application of the mechanical alloying method overcomes this problem and enables, for example, the production of Ag oxide composite materials with the finest oxide distribution (diameter <50 nm) and the highest hardness and strength (BJ Joshi et al, Proceedings Vol. 3, Powder Metallurgy World Congress, Granada / Spain, 1998; JP 07173555 A; DE 199 53 780 C1). In mechanical alloying, the grinding progress results from repeated breaking and cold welding of the powder particles. In the case of hard ceramic particles in a soft metallic matrix made of copper, however, with the decrease in the oxide content below 10% by volume, the tendency increases that the oxides are only enveloped by the soft matrix, as a result of which there is no further comminution (DE 44 18 600 C2 ). The grinding progress is advantageously influenced by a material combination “soft-soft”, that is to say by the choice of a second phase that is best adapted to the elastic properties of the copper (CG. Koch, Nanostructured Materials 2, 1993, 109-129). From the ones listed above, in Alloying elements in question are best suited to niobium (LG Fritzemeier, Nanostructured Materials 1, 1992, 257-262). The mechanical alloying of concentrated Cu-Nb alloys at room temperature has already been reported (A. Benthalem et al., Scripta Metallurgica et Materialia 27 , 1992, 739-744 and Materials Science and Engineering A161, 1993, 255-266). Milling with high energy expands the mixed crystal area and achieves high homogeneity of the microstructure. It was also shown that part of the added Niobs is forcibly dissolved by grinding in the copper grid.
Generell besteht bei solchen Legierungssystemen jedoch wegen der Temperaturerhöhung während des Mahlens die Gefahr des Anhaftens der Pulver an der Gefässwand und an den Kugeln, was zu einer geringen Pulverausbeute führt. Organische Hilfsmittel können zwar die Verschweissneigung herabsetzen, werden jedoch durch den Engergieeintrag in CO2 und H2 zerlegt und in die Pulver gemahlen (US 5,322,666). Wird dieses Gas nicht durch eine Entgasungsglühung bei hohen Temperaturen entfernt, ist eine Konsolidierung der Pulver zu dichten, kompakten Halbzeugen nicht möglich oder führt beim späteren Einsatz bei hohen Temperaturen zu Forminstabilität („Aufblähen"). Andererseits wird durch eine vorgeschaltete Entgasungsglühung die im Pulver beabsichtigt eingestellte nanokristalline Kornstruktur zerstört. Darlegung der ErfindungIn general, however, there is a risk of the powders sticking to the vessel wall and to the balls in such alloy systems because of the temperature increase during milling, which leads to a low powder yield. Organic auxiliaries can reduce the tendency to sweat, but are broken down into CO 2 and H 2 by the energy input and ground into the powders (US Pat. No. 5,322,666). If this gas is not removed by degassing at high temperatures, the powder cannot be consolidated into dense, compact semi-finished products or will lead to shape instability ("puffing up") when used at high temperatures. On the other hand, an upstream degassing annealing is intended in the powder set nanocrystalline grain structure destroyed. Statement of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kupfer-Niob-Legierungen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, bei denen ein homogener metastabiler Cu-Mischkristall vorliegt und ein Verfahren zu dessen Realisierung.The invention is based on the object of specifying copper-niobium alloys and a process for their production in which a homogeneous metastable Cu mixed crystal is present and a process for its implementation.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Further training is the subject of the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Kupfer-Niob-Legierung sind in einer Kupfermatrix neben einem Kupfer-Niob-Mischkristall auch Niob-Ausscheidungen mitIn the copper-niobium alloy according to the invention, niobium precipitates are also present in a copper matrix in addition to a copper-niobium mixed crystal
Teilchendurchmessern von 5 - 100 nm vorhanden.Particle diameters from 5 - 100 nm are available.
Vorteilhafterweise liegt dabei das Niob teilweise gelöst im Kupfergitter vor.Advantageously, the niobium is partially dissolved in the copper lattice.
Ebenfalls vorteilhafterweise liegen die Niob-Ausscheidungen in Form von feinen Teilchen oder Fasern vor.The niobium precipitates are also advantageously in the form of fine particles or fibers.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Fasern mit einem Aspektverhältnis von mehr als 4 : 1, vorteilhafterweise größer 10 : 1 vorliegen.It is also advantageous if the fibers are present with an aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Kupfer-Niob-Legierung vorteilhafterweise eine Leitfähigkeit von 50 bis 80 % IACS und/oder Festigkeiten von 1200 bis 2000 MPa auf.Furthermore, the copper-niobium alloy according to the invention advantageously has a conductivity of 50 to 80% IACS and / or strengths of 1200 to 2000 MPa.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Niob- Legierungen werden Kupferpulver als Matrixmaterial und 0,1 bis 50 at.% Niobpulver gemeinsam gemahlen und mechanisch legiert und danach mindestens einer Wärmebehandlung unterzogen.In the process according to the invention for producing copper-niobium alloys, copper powder as matrix material and 0.1 to 50 at.% Niobium powder are ground together and mechanically alloyed and then subjected to at least one heat treatment.
Vorteilhafterweise werden 0,5 bis 20 at.% Niobpulver zugegeben.0.5 to 20 at.% Niobium powder is advantageously added.
Auch vorteilhafterweise wird bei Temperaturen von - 196 °C bis - 10 °C der Mahlprozess durchgeführt. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Kühlung des Mahlgefäßes während des Man und/oder zwischen den Mahlstufen durchgeführt wird.The grinding process is also advantageously carried out at temperatures from -196 ° C. to -10 ° C. It is also advantageous if the cooling of the grinding vessel is carried out during the man and / or between the grinding stages.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Mahlgefäß mit flüssigem Stickstoff oder mit Ethanol gekühlt wird.It is also advantageous if the grinding vessel is cooled with liquid nitrogen or with ethanol.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn während des Mahlens eine vollständige zwangsweise Auflösung des Niobs im Kupfergitter durchgeführt wird.It is also advantageous if a complete forced dissolution of the niobium in the copper lattice is carried out during grinding.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Wärmebehandlung bei Temperaturen > 500 °C durchgeführt wird.It is also advantageous if the heat treatment is carried out at temperatures> 500 ° C.
Vorteilhafterweise wird auch die Wärmebehandlung gleichzeitig mit einem Umformprozess durchgeführt.The heat treatment is advantageously also carried out simultaneously with a forming process.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird durch den Umformprozess eine faserförmige Struktur der Kupfer-Niob-Legierung erzeugt, bei dem wiederum vorteilhafterweise während der Umformung ein Faser-Aspektverhältnis von mehr als 4 : 1, vorteilhafterweise größer 10 : 1 eingestellt wird.Likewise advantageously, the forming process produces a fibrous structure of the copper-niobium alloy, in which a fiber aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1, is again advantageously set during the forming.
Es ist auch vorteilhaft, dass eine hohe Pulverausbeute der Kupfer-Niob-Legierung erzeugt wird.It is also advantageous that a high powder yield of the copper-niobium alloy is generated.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn zwischen 20 und 30 Stunden gemahlen wird.And it is also advantageous to grind between 20 and 30 hours.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anfangs eine gewollte Versprödung des Kupferpulvers bewirkt. Dadurch wird es möglich, im Gegensatz zu den mittels mechanischem Legieren bekanntermaßen hergestellten Materialien, eine homogene einphasige Legierung von Kupfer mit Niob zu erhalten. Aufgrund der Durchführung des Mahlprozesses vorteilhafterweise bei niedrigen Temperaturen ist es möglich, mit einem relativ geringen Energieeintrag eine teilweise oder vollständige Zwangslösung der Niobatome im Kupfermischkristall zu erreichen. Der Grad des Lösens der Niobatome im Kupfermischkristall hängt unter anderem von der Mahldauer und Sauerstoffgehalt der eingesetzten Pulver ab.In the method according to the invention, a deliberate embrittlement of the copper powder is initially brought about. This makes it possible, in contrast to the materials known to be produced by mechanical alloying, to obtain a homogeneous single-phase alloy of copper with niobium. Because the grinding process is advantageously carried out at low temperatures, it is possible to achieve a partial or complete forced solution of the niobium atoms in the copper mixed crystal with a relatively low energy input. The degree of solving the Niobium atoms in the mixed copper crystal depend among other things on the grinding time and oxygen content of the powder used.
Dabei ändert sich der Gasgehalt während des Mahlprozesses nahezu nicht, so dass bei der Weiterverarbeitung ein zusätzlicher Entgasungsschritt entfallen kann.The gas content hardly changes during the grinding process, so that an additional degassing step can be omitted during further processing.
Nach dem Lösen der Niobatome im Kupfermischkristall werden bei der danach folgenden Wärmebehandlung feine Niob-Teilchen ausgeschieden. Diese Niob- Ausscheidungen tragen wesentlich zur Erhöhung der Festigkeit und zur Sicherstellung einer hohen Leitfähigkeit der Legierung bei.After the niobium atoms are dissolved in the copper mixed crystal, fine niobium particles are separated out in the subsequent heat treatment. These niobium deposits contribute significantly to increasing the strength and ensuring a high conductivity of the alloy.
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
Ein mit Stahlkugeln, Kupferpulver und 10 at.% Niobpulver beschickter Mahlbecher wird in flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur am Deckel des Mahlbechers von - 196°C gekühlt. Danach wird der gekühlte Mahlbecher mit Polystyrol zur Isolation gegen die Umgebungsluft ummantelt. Der anschließende Mahlprozess wird schrittweise alle 30 min unterbrochen, um dann den Mahlbecher erneut auf - 196°C zu kühlen. Der Mahlprozess erfolgt bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 200 U min"1 und einem Pulver - Kugel -Verhältnis von 1 :14. In 35 h wird das zugegebene Niobpulver vollständig im Kupfergitter zwangsgelöst. Dies ist zu ersehen aus röntgenographischen und transmissionselektronenmikroskopischen (TEM) Untersuchungen, bei denen keine Reflexe von Niob mehr auftreten (Fig. 1 und 2). Das mechanisch legierte Pulver weist ein nanokristallines Gefüge mit Kristallitgrößen von ~ 7 nm auf. Die Pulvermikrohärte erreicht dabei 500 HV 0,025. Das erhaltene Pulver wird bei 500°C in einer Heißpresse unter Vakuum und einem Druck von 650 MPa zu einer relativen Dichte von 98-99% zu zylindrischen Formkörpern mit 10 mm Durchmesser kompaktiert.A grinding bowl charged with steel balls, copper powder and 10 at.% Niobium powder is cooled in liquid nitrogen to a temperature on the cover of the grinding bowl of - 196 ° C. The cooled grinding bowl is then coated with polystyrene for insulation against the ambient air. The subsequent grinding process is interrupted step by step every 30 minutes in order to then cool the grinding bowl again to - 196 ° C. The grinding process is carried out at a rotational speed of 200 rev min "1 and a powder - ball ratio of 1: 14 to 35, the added niobium powder is h completely forcibly dissolved in the copper lattice This can be seen from X-ray and transmission electron microscopy (TEM) studies in.. 1 and 2. The mechanically alloyed powder has a nanocrystalline structure with crystallite sizes of ~ 7 nm. The powder microhardness reaches 500 HV 0.025. The powder obtained is at 500 ° C. in a hot press compacted under vacuum and a pressure of 650 MPa to a relative density of 98-99% to cylindrical shaped bodies with a diameter of 10 mm.
Auf diese Weise hergestellte Formkörper weisen eine Härte von 400 HV 2 bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 20 MS/m (entsprechend 35% IACS) auf. Eine anschließende Wärmebehandlung, während derer sich das Niob aus der Kupfer-Matrix ausscheidet, führt zu einer Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit bis auf 45-50 MS/m (entsprechend 70-80% IACS) bei einer geringen Abnahme Härte auf 380 HV 2. Eine abschließende Kaltverformung erhöht die Härte durch die Bildung einer Faserstruktur wieder auf 550 HV 2 bei weiterhin hoher elektrischer Leitfähigkeit.Molded articles produced in this way have a hardness of 400 HV 2 with an electrical conductivity of 20 MS / m (corresponding to 35% IACS). A subsequent heat treatment during which the niobium separates from the copper matrix leads to an increase in the electrical conductivity to 45-50 MS / m (corresponding to 70-80% IACS) with a slight decrease in hardness to 380 HV 2. A final cold deformation increases the hardness through the formation of a fiber structure to 550 HV 2 with continued high electrical conductivity.
Bei einer Verringerung des Nb-Gehaltes in der Ausgangspulvermischung auf 5 at.% kann mechanisch legiertes Pulver hergestellt werden, dessen Kristallitgröße 11 nm beträgt und dessen Pulvermikrohärte 450 HV 0,025 erreicht. Die elektrische Leitfähigkeit der Formkörper ist dann mit 30 MS/m (50% IACS) etwas höher und die Härte mit 350 HV 2 etwas niedriger als bei den Formkörpern mit 10 at.% Nb. Durch die Durchführung einer Wärmebehandlung wird eine höhere elektrische Leitfähigkeit von ca. 50 MS/m (80% IACS) erreicht, aber auch eine niedrigere Härte von ca. 300 HV 2, die durch die abschließende Umformung wieder auf 500 HV 2 erhöht werden kann. If the Nb content in the starting powder mixture is reduced to 5 at.%, Mechanically alloyed powder can be produced whose crystallite size is 11 nm and whose powder microhardness reaches 450 HV 0.025. The electrical conductivity of the molded body is then somewhat higher at 30 MS / m (50% IACS) and the hardness is slightly lower at 350 HV 2 than that of the molded body at 10 at.% Nb. By carrying out a heat treatment, a higher electrical conductivity of approx. 50 MS / m (80% IACS) is achieved, but also a lower hardness of approx. 300 HV 2, which can be increased to 500 HV 2 again by the final forming.
Bezugszeichen:Reference numerals:
Fig. 1a Beugungsbild des Pulvers Cu-20 at%Nb, 17 h MahldauerFig. 1a diffraction pattern of the powder Cu-20 at% Nb, 17 h grinding time
Fig. 1 b Beugungsbild des Pulvers Cu-10 at%Nb, 35 h MahldauerFig. 1 b diffraction pattern of the powder Cu-10 at% Nb, 35 h grinding time
Fig. 2 Röntgenographische Analyse von den mechanisch legierten Pulvern nach den verschiedenen Mahldauern Fig. 2 X-ray analysis of the mechanically alloyed powders after the various grinding times

Claims

Patentansprüche claims
1. Kupfer-Niob-Legierung, bei der in einer Kupfermatrix neben einem Kupfer-Niob- Mischkristall auch Niob-Ausscheidungen mit Teilchendurchmessern von 5 - 100 nm vorhanden sind.1. Copper-niobium alloy, in which, in addition to a copper-niobium mixed crystal, niobium precipitates with particle diameters of 5-100 nm are present in a copper matrix.
2. Kupfer-Niob-Legierung nach Anspruch 1 , bei der das Niob teilweise gelöst im Kupfergitter vorliegt.2. Copper-niobium alloy according to claim 1, wherein the niobium is partially dissolved in the copper lattice.
3. Kupfer-Niob-Legierung nach Anspruch 1 , bei der die Niob-Ausscheidungen in Form von feinen Teilchen oder Fasern vorliegen.3. A copper-niobium alloy according to claim 1, wherein the niobium precipitates are in the form of fine particles or fibers.
4. Kupfer-Niob-Legierung nach Anspruch 3, bei der die Fasern mit einem Aspektverhältnis von mehr als 4 : 1 , vorteilhafterweise größer 10 : 1 vorliegen.4. copper-niobium alloy according to claim 3, wherein the fibers are present with an aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1.
5. Kupfer-Niob-Legierung nach Anspruch 1 , mit einer Leitfähigkeit von 50 bis 80 % IACS.5. Copper-niobium alloy according to claim 1, having a conductivity of 50 to 80% IACS.
6. Kupfer-Niob-Legierung nach Anspruch 1 , mit Festigkeiten von 1200 bis 2000 MPa.6. copper-niobium alloy according to claim 1, with strengths of 1200 to 2000 MPa.
7. Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Niob-Legierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Kupferpulver als Matrixmaterial und 0,1 bis 50 at.% Niobpulver gemeinsam gemahlen und mechanisch legiert und danach mindestens einer Wärmebehandlung unterzogen werden7. A process for producing copper-niobium alloys according to one of claims 1 to 6, in which copper powder as matrix material and 0.1 to 50 at.% Niobium powder are ground together and mechanically alloyed and then subjected to at least one heat treatment
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem 0,5 bis 20 at.% Niobpulver zugegeben werden.8. The method according to claim 7, wherein 0.5 to 20 at.% Niobium powder are added.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei Temperaturen von - 196 °C bis - 10 °C der Mahlprozess durchgeführt wird.9. The method according to claim 7, in which the grinding process is carried out at temperatures from - 196 ° C to - 10 ° C.
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Kühlung des Mahlgefäßes während des Mahlens und/oder zwischen den Mahlstufen durchgeführt wird. 10. The method according to claim 7, wherein the cooling of the grinding vessel is carried out during the grinding and / or between the grinding stages.
11. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Mahlgefäß mit flüssigem Stickstoff oder mit Ethanol gekühlt wird.11. The method according to claim 7, wherein the grinding vessel is cooled with liquid nitrogen or with ethanol.
12. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem während des Mahlens eine vollständige zwangsweise Auflösung des Niobs im Kupfergitter durchgeführt wird.12. The method according to claim 7, wherein a complete forced dissolution of the niobium in the copper lattice is carried out during grinding.
13. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Wärmebehandlung bei Temperaturen > 500 °C durchgeführt wird.13. The method of claim 7, wherein the heat treatment is carried out at temperatures> 500 ° C.
14. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine Wärmebehandlung gleichzeitig mit einem Umformprozess durchgeführt wird.14. The method of claim 7, wherein a heat treatment is carried out simultaneously with a forming process.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem durch den Umformprozess eine faserförmige Struktur der Kupfer-Niob-Legierung erzeugt wird.15. The method according to claim 14, in which a fibrous structure of the copper-niobium alloy is produced by the forming process.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem während der Umformung ein Faser- Aspektverhältnis von mehr als 4 : 1 , vorteilhafterweise größer 10 : 1 eingestellt wird.16. The method according to claim 15, in which a fiber aspect ratio of more than 4: 1, advantageously greater than 10: 1 is set during the forming.
17. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zwischen 20 und 30 Stunden gemahlen wird. 17. The method according to claim 7, wherein grinding is carried out between 20 and 30 hours.
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