Leiterwerkstoffe

• Metallische Elemente als elektrisch leitfähige Elemente (Hauptgruppe 1 bis 3, teilweise in 4 und Nebengruppen)

• Leitfähig auf Grund Metallbindung mit Elektronengas

• Besonders hervorzuheben Aluminium und Kupfer

• Ein guter Stromleiter leitet auch die Wärme gut

• Abhängigkeit der Leitfähigkeit von Strom und Wärme zur Temperatur

• Ladungsträger (freie Elektronen) bestimmen die Leitfähigkeit

• Ursache für elektrischen und thermischen Widerstand sind Störungen in der Mikrostruktur / im Gitter

8,9*10^3 kg/m^3

60 Siemens/m

• Cu-ETP: elektrolytisch hergestelltes sauerstoffhaltiges Kupfer

  • schlechte Schweißbarkeit

  • anfällig Wasserstoffkrankheit

• Cu-OFE: hochreines, nicht desoxidiertes und sauerstofffreies Kupfer

  • keine Bestandteile, die im Vakuum verdampfen

  • gut schweißbar

• CU-DHP: desoxidiertes Kupfer mit begrenztem Phosphorgehalt

  • schweißbar

  • wasserstoffbeständig

• Cu-HCP: hochreines und desoxidiertes Kupfer mit niedrigem Phosphorgehalt

• von ETP zu HCP in angegebener Reihenfolge schwerer herzustellen

• Einsatz niedrig legierter Kupfer- oder Aluminiumwerkstoffe

• Je mehr Legierungselemente im Gitter enthalten sind, desto größer wird der Widerstand gegen den Elektronenfluss und damit verschlechtert sich die Leitfähigkeit

• Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinn-Bronze)

  • gutes Gleitverhalten / Verschleißfestigkeit / mittelhart / korrosionsfest

  • Gleitlager / Schneckenräder / Spindeln

• Kupfer-Nickel-Legierungen (Nickel-Bronze)

  • Hohe Festigkeit / gute Verformbarkeit / sehr hohe Korrosionsbeständigkeit / temperaturunabhängiger Widerstand

  • Apparatebau / Wärmetauscher / Klimaanlagen

• Kupfer-Aluminiumlegierungen (Aluminium-Bronze)

  • verschleißfest / warmfest / gut verformbar / sehr korrosionsbeständig

• Kupfer-Blei-Zinn-Legierungen

  • gute Notlaufeigenschaften / korrosionsbeständig

  • Gleitlager mit hoher Flächenpressung

• kfz-Gitter mit 12 Gleitsystemen gut für Verformung

• Je höher legiert, desto höher der Widerstand gegen Verformung

• Verfestigungsmechanismus bei Verformung

  • Abgleiten von Versetzungen

  • Ausbildung von Kleinwinkelkorngrenzen (erhöht Festigkeit)

  • je fester ein Werkstoff, desto schlechter die Leitfähigkeit

2,7*10^3 kg/m^3

• <40 S/m

• Vorteile

  • geringe Dichte von 2,7*10^3 kg/m^3

  • gute thermische und elektrische Leitfähigkeit

  • gute Verarbeitbarkeit durch Umformen / Spanen / Schweißen

• Nachteile

  • Festigkeit stark temperaturabhänig

  • Oxidschichtbildung

  • Vergleichsweiße hoher Materialpreis

  • neigt zum Fließen unter Krafteinwirken

Hochfeste Wirkung: Zn, Cu

Mittelfeste Wirkung: Mn, Mg, Si, Ti

Duktilität: Fe

Kriechverhalten: Ag

nein

• Ausscheidungshärten

  • Lösungsglühen

  • Abschrecken

  • Auslagern erst kalt dann warm

• harte Partikel verhindern Durchschreitung der Versetzung

• dichte Partikel verhindern Umgehung von Ausscheidungen

• 1xxx: Reinaluminium

• 2xxx: AlCu

• 3xxx: AlMn

• 4xxx: AlSi

• 5xxx: AlMg

• 6xxx: AlMgSi

• 7xxx: AlZnMg

• 8xxx: andere z.Bsp mit Eisen

• spontane Ausbildung einer Oxidschicht mit hoher Haftung und sehr geringer Ionen- und Elektronenleitfähigkeit

• korrosionsbeständig durch Oxidschicht

• hohe mechanische und thermische Beständigkeit

• Eloxieren zur Verstärkung und technischen Nutzbarmachung der Oxidschicht

• Oberfläche chemisch löslich in stark basischen und sauren Lösungen

• Oxidschicht ist selbstheilend

• erreichen definierter Oberfläche durch spezifische Oberflächenvorbehandlung

• Schweißbarkeit ist verfahrensabhängig

• Eloxieren ist die künstliche Verstärkung der Oxidschicht zur technischen Nutzbarmachung

• Oxidschicht

• Oxide sind Verunreinigungen

• Untergruppe der schweren Nichteisenmetalle ohne die Edelmetalle (Silber, Gold, Platin)

• farbiges Erscheinungsbild

• unedeles Nichteisenmetall

• kfz Gitter mit 12 Gleitsystemen

• Beispiele: Kupfer, Kobalt, Blei, Zinn

• Aluminium ist kein Buntmetall

• 
  

• für hohe mechanische Festigkeit werden Legierungselemente und Gitterfehler benötigt

• Legierungselemente behindern Stromfluss

• Je höher die Festigkeit, desto schlechter die Leitfähigkeit

• guter Kompromis aus mechanischer Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit mit AlMgSi (6xxx)

• besonders für mechanische Festigkeit: AlMg5

• Basis für Verfestigung: Teilchenbewegung und Abgleiten von Versetzungen

• Bei starker plastischer Verformung nimmt Versetzunganzahl zu

• Als Folge daraus verkleinert sich die Zellgröße (feinkörnig)

• Versetzungen behindern den Stromfluus -> Leitfähigkeit nimmt mit Kaltverfestigung ab

• Kaltverfestigung durch gleichzeitige Entfestigungsprozesse beschränkt

• Abnahme der Leitfähigkeit

• Festigkeitssteigerung

• Reduktion der Duktilität

• Steigerung der Bruchdehnung

• erfolgt bei Kupferim Temperaturbereich von 500 bis 600°C

• Mechanismus: Ausheilen und Umordnung der Versetzungen in geordnete Struktur

• Zweck: Rückgängigmachen der Kaltverfestigung

• Mehrstufiges Umformen ohne Rissbildung mit eingelagertem Weichglühen

• Schichteigenschaften

  • chemische Zusammensetzung

  • thermische Leitfähigkeit

  • Morphologie

• Verbundeigenschaften

  • Interface Ausbildung

  • Haftung

  • Stützwirkung des Grundwerkstoffs

• Systemeigenschaften

  • Korrosionsbeständigkeit

  • Verschleißfestigkeit

  • Permeabilität