Verwendung einer Kupfer-Aluminium Legierung zur Herstellung von nickelfreien Gebrauchsgegenständen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Legierung mit Mangan und Eisen als weiteren Bestandteilen zur Herstellung von nickelfreien Gebrauchsgegenständen, insbes. Brillenteilen, Schmuckgegenständen, Eßbestecken, Kurzwaren etc, die keine allergische Reaktionen auslösen.

[0002] Unter Brillenteilen sollen dabei insbes. Brillenbügel, Brillengestelle, Augenrandprofile und Brillenscharniere verstanden werden.

[0003] Nickelhaltige metallische Gebrauchsgegenstände können bei Hautkontakten Allergien auslösen. Die Anzahl der Menschen, die unter sogenannten Nickelallergien zu leiden haben, wächst ständig. Um nicht erst durch eine im Verfahren aufwendige Beschichtung Kontaktallergien zu vermeiden, sollen nickelfreie Kupferlegierungen die herkömmlichen nickelhaltigen Legierungen wie z.B. Neusilber (wie etwa CuNi18Zn20) substituieren können. Das gelingt dann, wenn die Eigenschaften der alternativen nickelfreien Legierungen den Anforderungen, die auch an die nickelhaltigen Legierungen gestellt werden, entsprechen oder übertroffen werden können. Von einer guten Brillenlegierung werden u.a. ausreichend hohe mechanische Festigkeit (Zugfestigkeit > 600 MPa, Härte 180 bis 300 HV), ausreichende Entfestigungstemperatur (nach Kurzzeitglühungen von 30 Sekunden Dauer bei 650 °C mind. Härten von 150 HV), ein ansprechendes Aussehen und gute Polierbarkeit erwartet. Insbes. das Entfestigungsverhalten ist von Interesse, da die Brillenteile nach Verbindungsarbeiten mit Hartlot immer noch Resthärten von > 150 HV aufweisen sollten.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den obengenannten Verwendungszweck eine Kupfer-Legierung vorzuschlagen, die bei kostengünstiger Herstellbarkeit und ausreichenden mechanischen Kenngrößen kein Nickel aufweist.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Legierung mit Mangan und Eisen als weiteren Bestandteilen gelöst, die aus
   4 bis 9 % Aluminium,
   2 bis 5 % Mangan,
   1 bis 3 % Eisen,
   Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen
besteht (die %-Angaben beziehen sich dabei auf das Gewicht).

[0006] Aus der DE-PS 757.956 sind zwar Legierungen aus 2 bis 10 % Aluminium, bis zu etwa 8 % Mangan, Chrom, Eisen und/oder Kobalt, allein oder zu mehreren, Rest Kupfer bekannt, diese Legierungen werden jedoch zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Warmdauerstandfestigkeit, wie z.B. von Rohren für Vorwärmer auf Schiffen, Turbinenschaufeln, seewassergekühlten Auspufftöpfen u. dgl. verwendet.

[0007] Die Legierung läßt sich aus den bekannten α/β-Mehrstoffaluminiumbronzen CuAl10NiFe (Legierungsbezeichnung nach DIN 17.665) ableiten, indem Mangan das Element Nickel ersetzt und Aluminium so reduziert wird, daß für eine Weiterverarbeitung des gepreßten Halbzeugs nur ein α-phasenhaltiges Gefüge vorliegt.

[0008] Eisen liegt wegen seiner schlechten Löslichkeit als Fe-Teilchen vor. Die Legierung läßt sich konventionell stranggießen und warmverpressen. Warmverpreßtes Halbzeug, wie z.B. Drähte, lassen sich wegen des β-phasenfreien Gefüges, das nach dem Warmpreßvorgang immer vorliegt, für eine Optikdrahtfertigung ausreichend gut kaltumformen. Eisen wirkt kornfeinend, so daß eine für Optikqualität wünschenswerte glatte Oberfläche gezogen werden kann. Die mittlere Korngröße in bei 700 °C rekristallisierten Drahtabschnitten beträgt 10 um. Nach einer Anlaßhärtung bei 300 bis 400 °c setzt die Entfestigung zwar bei 500 °C ein, bei 700 °C werden aber immer noch Resthärten von HV 10 von 200 registriert, wenn die Glühdauer 30 Sekunden nicht überschreitet. Mit dieser Kurzzeitglühung sollen die Temperaturverhältnisse bei den Verbindungsarbeiten mit Hartlot zwischen 620 und 680 °C nachgestellt werden. Nach 3-stündigen Glühungen bei 750 °C werden immer noch Resthärten von 150 gemessen.

[0009] Als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird die Verwendung einer Kupferlegierung entsprechend den Zusammensetzungen nach den Ansprüchen 2 bis 4 empfohlen. Der Zusatz von Blei gemäß Anspruch 5 ist für die zerspanende Bearbeitung bei der Herstellung der Gebrauchsgegenstände unerläßlich.

[0010] Die erfindungsgemäßen Legierungen zeichnen sich gegenüber bisher eingesetzten nickelhaltigen Legierungen z.B. Neusilber (CuNi18Zn20) und Monel (NiCu28Fe2) durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus:
1. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Legierungen sind die erfindungsgemäßen Legierungen nickelfrei. Somit können beim Gebrauch von Gegenständen keine Nickelallergien ausgelöst werden.
2. Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen einen deutlich niedrigeren statischen Elastizitätsmodul (E-Modul) auf als die bisher eingesetzten Neusilberlegierungen:

z.B. CuAl7,5Mn3,0Fe2,5	E = 110 GPa
CuNi18Zn20	E = 125 GPa

Dadurch ertragen die erfindungsgemäßen Legierungen beim Gebrauch der z.B. aus ihnen hergestellten Brillenbügel Biegespannungen besser, da keine oder nur geringe Verformungen zurückbleiben.
3. Das Entfestigungsverhalten nach kurzen und nach langen Glühzeiten im Temperaturbereich der Verbindungsarbeiten mit Hartlot, also zwischen 620 und 680 °C ist gegenüber Neusilber wesentlich verbessert. Diese Legierung kann in ihren Entfestigungseigenschaften auch Monel ersetzen.
4. Wegen der geringen spezifischen Dichte von nur 7,71 g/cm³ können bei gleichen Dimensionen um ca. 12 % leichtere Gebrauchsgegenstände gefertigt werden als mit herkömmlichen Neusilberlegierungen.

[0011] Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Aus Cu-Mn-Vorlegierungen, Al und Fe wurden bei 1100 °C in einer Standkokille 8"-Bolzen aus CuAl7,2Mn2,9Fe2,5 vergossen. Die Gußbolzen wurden im überdrehten Zustand bei 850 °C mit einem Verpressungsverhältnis von 50 : 1 im Mehrlochverfahren verpreßt. Über mehrere Zwischenglühungen bei 750 °C wurden dann Vierkantdrähte gefertigt. Dabei konnte ein Umformgrad von 64 % erreicht werden. Im ziehharten Zustand wurden folgende Kennwerte erreicht:

E-Modul:	106 GPa
Zugfestigkeit Rm:	1026 MPa
Bruchdehnung A₁₀:	5,5 %
Härte HV 10:	265

Ansprüche

1. Verwendung einer Kupfer-Aluminium-Legierung mit Mangan und Eisen als weiteren Bestandteilen, bestehend aus
   4 bis 9 % Aluminium,
   2 bis 5 % Mangan,
   1 bis 3 % Eisen,
   Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen,
zur Herstellung von nickelfreien Gebrauchsgegenständen, insbes. Brillenteilen, Schmuckgegenständen, Eßbestecken, Kurzwaren etc, die keine allergischen Reaktionen auslösen.

2. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 6,5 bis 8 % Aluminium für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 oder 2 mit 2 bis 3,5 % Mangan für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit 2 bis 2,5 % Eisen für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Kupferlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, die zusätzlich 0,5 bis 1,5 % Blei enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.