Kombinationslösung

Metalle ? Gute elektrische Leiter lassen sich in der Regel nur bedingt spanend verarbeiten, während gut zerspanbare Metalle andererseits den elektrischen Strom meist schlecht leiten. Eine neue Gruppe von metallischen Werkstoffen kombiniert jetzt beide Eigenschaften.

14. November 2007

Ein Problem bei der industriellen Fertigung mancher Elektrotechnikprodukte ist die Wahl des geeigneten Werkstoff s für die elektrisch leitenden Komponenten, speziell bei einer spanenden Verarbeitung: So müssen die verwendeten Werkstoff e einerseits hoch leitfähig sein und sich andererseits über Fertigungslose hinweg gleichbleibend gut verarbeiten lassen. Beide Anforderungen zugleich erfüllte bisher jedoch weder das hoch leitfähige, aber nur bedingt zerspanbare Reinkupfer noch die sehr gut zerspanbaren, aber schlecht leitfähigen Messinge. Beide Eigenschaften kombinieren jetzt vier Kupfer- und Bronzewerkstoff e, welche die Ulmer Wieland-Werke im November auf der Münchner Messe Productronica vorstellen. Die neue Werkstoffgruppe mit dem Markennamen »Wiconnec« besteht aus je zwei Kupferwerkstoff en und Zinnbronzen, die gute Festigkeitseigenschaften, Temperatur- und Relaxationsbeständigkeit sowie Leitfähigkeit mit einer guten bis sehr guten Zerspanbarkeit verbinden. Die Legierungen eignen sich damit vor allem für Anwendungen, bei denen eine gute Metall- Leitfähigkeit gefordert ist und zugleich die Anforderungen an die Zerspanbarkeit hoch sind, etwa für die Herstellung von Steckund Schraubverbindern oder von federnden Elektronik-Kontakten. Die beiden Kupferwerkstoff e KC1 und K41 weisen mit 70 Prozent einen relativ hohen Zerspanungsindex auf. Erreicht wird dieser Wert durch die Zugabe von einem bis vier Prozent Blei in die Kupfermatrix ? ausreichend für gute Zerspanbarkeit, ohne jedoch die elektrische Leitfähigkeit allzu sehr zu beeinträchtigen. Zudem sind die beiden niedrig legierten Kupferwerkstoff e korrosionsbeständig und unempfindlich gegen Spannungsriss-Korrosion. Speziell für die Anwendungen, bei denen neben einer guten Zerspanbarkeit vor allem eine bestmögliche Leitfähigkeit gefragt ist, eignet sich der Kupferwerkstoff KC1 mit einer Zugabe von etwa einem Prozent Blei. Die Bleibestandteile stören den Stromfluss innerhalb des Werkstoffgefüges nicht, gleichzeitig ist Blei ein hervorragender Spanbrecher. Damit eignet sich der hoch leitfähige und gut kaltumformbare Werkstoff auch als Ersatz für Kupfertellur. Das Material lässt sich gut hartlöten, sehr gut weichlöten und kommt beispielsweise bei der Herstellung von Steckverbindern für Photovoltaik-Anwendungen zum Einsatz. KC1 deckt die wesentlichen Eigenschaften von CuTeP und CuSP-Legierungen ab, bietet aber zudem den Vorteil uneingeschränkter Wiederverwertbarkeit der Späne.

Hoch leitfähig durch spezielle Härtung

Eine besonders hohe Festigkeit und gute Federeigenschaften bietet der hoch leitfähige und gut zerspanbare Kupferwerkstoff K41 mit Anteilen von Nickel und Phosphor. Diese spezielle Zusammensetzung ermöglicht eine Härtung durch einen Glühvorgang, bei dem sich die Nickel- und die Phosphor- Partikel zu Nickelphosphid verbinden, das eine getrennte Phase außerhalb des Kupfergefüges bildet, wodurch der Stromfluss bei elektrischen Anwendungen weniger beeinträchtigt wird. Neben einer sehr hohen Festigkeit bietet der Werkstoff eine gute Kaltumformbarkeit und lässt sich zudem gut weichlöten. Hergestellt werden aus K41 unter anderem Steckverbinder für Anwendungen, bei denen das Material hochfest sein muss und eine dauerhafte Durchleitung starker Ströme von mehreren Ampere erlaubt, zum Beispiel bei Schweißrobotern. Hier kommt auch das gute Federverhalten der Legierung zum Tragen: Während Steckverbinderbuchsen, die aus kaltverfestigten Legierungen gefertigt sind, im Laufe der Zeit aufgeweitet werden und ihre Spannung verlieren, bewahren die aus K41 hergestellten Elemente ihre Form und ihre Federeigenschaften langfristig. Prädestiniert ist die ausscheidungshärtende Legierung zudem, wenn die Beständigkeit des Werkstoff es gegen rasch aufeinanderfolgende Temperaturwechsel gefragt ist. Speziell für Produkte mit kleinen Abmessungen und besonders guten Federeigenschaften eignen sich die hochfesten Zinnbronzen B44 und B93. Der Werkstoff B44 ist eine sehr gut zerspanbare und gut kaltumformbare Mehrstoff -Zinnbronze mit einem jeweils vierprozentigen Zinn- und Zinkanteil sowie einem Bleianteil von unter vier Prozent, die in Form von Rund- und Kantstangen sowie Rund- und Kantdrähten produziert wird. Der Werkstoff verbindet eine extrem hohe Festigkeit mit hervorragenden Federeigenschaften und einer ausreichenden Leitfähigkeit. Spezielle Einsatzgebiete der B44-Zinnbronze sind federnde Elektronik-Kontakte sowie der Bereich Lagertechnik, beispielsweise die Herstellung von Gleitlagern und Ventilteilen. Als besonders vorteilhaft erweist sich das gute Federverhalten bei Anwendungen mit häufigem Umstecken der einzelnen Steckkontakte, wie beispielsweise bei Antennensteckern. Vor allem im Abmessungsbereich zwischen zwei und vier Millimetern lassen sich mit B44 sehr hohe Festigkeitswerte realisieren. Zudem zeichnet sich der Bronze-Werkstoff durch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit aus, insbesondere gegen Seewasser. Vergleichbare Eigenschaften bietet noch die Zinnbronze B93, die einen Bleianteil von lediglich einem Prozent aufweist.

Michael Scharf, Wieland-Werke AG/bt

Fakten

¦ Die Wieland-Gruppe in Ulm ist einer der weltweit führenden Hersteller von Halbfabrikaten und Sondererzeugnissen aus Kupfer und Kupferlegierungen.

¦ Zum Einsatz kommen die Produkte vorrangig in der Elektronik und Elektrotechnik, im Bauwesen, der Automobilindustrie sowie im Maschinen- und Apparatebau.

Erschienen in Ausgabe: 08/2007