Kupari-tina

Kun kupariin lisätään tinaa (0,04-0,55 %), saadaan kupari-tinaseos, jonka lujuus ja pehmenemiskestävyys paranevat johtavuuden kustannuksella. Suurin sallittu tinapitoisuus määräytyy vaaditun vähimmäisjohtavuuden mukaan.

Telluurin (0,005-0,05 %) lisääminen lisää entisestään pehmenemiskestävyyttä johtavuuden vain vähäisellä johtokyvyn menetyksellä.

Sivulle Pikatietoja

Historiaa

Yhdysvalloissa vuosina 1960-1990 kehitettyjä ja Euroopassa vuodesta 1998 lähtien valmistettuja seoksia on saatavana hyvin johtavina nauhoina ja lankoina. Vuodesta 1998 lähtien niitä on käytetty lyijykehyksissä (CuSn0.15, CW117C), vuodesta 2010 lähtien autokaapeleina (CuSn0.5, CW129C) ja vuodesta 2001 lähtien ajojohtimien uritettuna ajolankana (CuSn0.5, CW129C).

Kupari-tina-tellurium (0,005-0,05 % telluriumia) (CuSn0.15Te, C14420) patentoitiin USA:ssa vuosina 1983-1987. Sillä on hyvä pehmenemiskestävyys lämpötila-alueella 200-427oC, IACS-arvo on 99,8 %, ja se kehitettiin vaihtoehdoksi kupari-kadmiumille ja kustannustehokkaammaksi vaihtoehdoksi kupari-hopealle.

Lämpökäsittely

Nämä ovat yksivaiheisia seoksia, eikä niitä voida kovettaa lämpökäsittelyllä. Niitä voidaan hehkuttaa 550-650oC:n välillä ja jännityksenpoistaa 150-200oC:n välillä.

Mekaanisten ominaisuuksien valikoima, joka on esitetty alla olevassa taulukossa, kehittyy kylmämuokkaamalla.

Vertailtaessa vaihtoehtoisiin kupariseoksiin kupari-tinaseokset ovat yleisesti ottaen lujempia kuin elektrolyyttisesti sitkeät piki-kupari-, kupari-hopea ja kupari-rauta-seokset, mutta vähemmän lujia kuin kupari-magnesium- ja kupari-nikkeli-piikinki.

Ominaisuudet

Sähkönjohtavuus

Tina-%:n kasvaessa lujuus ja kovuus kasvavat ja johtavuus laskee (ks. taulukko alla).

Valitaan metalliseos, jonka tinapitoisuus antaa vaaditun vähimmäissähkönjohtokyvyn (jolla on tarvittavat mekaaniset ominaisuudet komponentille).

Pehmenemiskestävyys

Puolittunut pehmenemisaika minuutteina (joka määritellään lämpenemisaikana, joka tarvitaan kylmämuokatun näytteen kovuuden pienentämiseen puoleen täysin hehkutetusta arvosta) on esitetty kolmelle seokselle alla olevassa taulukossa

Tinan suotuisa vaikutus pehmenemiskestävyyteen on ilmeinen, mutta ylivoimaisesti merkittävämpi vaikutus on telluurilla, joka tehoaa 427oC:n lämpötilaan asti, jolloin kupari-hopea on pehmennyt täysin. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että Cu-ETP alkaa pehmentyä 150oC:ssa.

Valmistus

Tämä kupari ei kärsi höyryn (vedyn) haurastumisesta, kun sitä kuumennetaan vedyn (pelkistävässä) ilmakehässä.

Koneistettavuus

Koneistettavuusluokitus on 20 %, mikä on kohtuullinen (vapaasti koneistettava messinki on 100 %).

Korroosionkestävyys

Nämä seokset kestävät hyvin ilmakehän korroosiota ja jännityskorroosiohalkeilua.

Sovellukset

Tyypillisiä sovelluksia, jotka vaativat tietyn vähimmäissähkönjohtokyvyn, suuren sitkeyden ja paremman lujuuden ja pehmenemiskestävyyden yhdistelmää verrattuna puhtaaseen kupariin, ovat mm. seuraavat:

• Johtokehykset (CW117C)*
• Liittimien nastat
• Kytkimet ja releet
• Liittimet
• Autojen johdinsarjojen johdot
• Verkkojohdot
• Verkkojohtimet
• Riivit
• Erikoisruuvit
• Autojohtimien signaalikaapelit
• Rautateiden uritetut ajolangat (CW129C)*

* Luokiteltu BS EN-standardeissa

Saatavilla olevat muodot

Kupari-Tina on saatavana levynä, nauhana ja lankana. Kupari-tina-telluriumia on saatavana nauhana.

Spesifikaatiot

Alhaalla ovat Euroopan ja Yhdysvaltojen spesifikaatiot. Huomaa, että USA:n osalta jotkin koostumukset eivät ole samat. Muiden maiden vastaavat standardit löytyvät Copper Key -sivustolta.

Lisätietoa kupari-tinasta ja muista johtavuusmateriaaleista on saatavilla Copper Alloys Knowledge Base -tietokannasta.

Sovellusesimerkki 1: Autojen johdinkaapelit

Vuodesta 2010 lähtien kupari-tinajohdinlankoja (0,25-0,35 %:n), poikkipinta-ala 0,25-0,35 %.13 mm2, jonka sähkönjohtavuus on vähintään 72 % IACS ja vetolujuus vähintään 620 N/mm2 , on käytetty yhdessä kupari-hopea ja kupari-magnesiumin kanssa vaativissa olosuhteissa autojen johdinkaapeleissa.

Sovellusesimerkki 2: uritettu ajolanka

Kupari-tina on yksi tärkeimmistä seoksista, joita käytetään Ranskan suurnopeusrautateiden ajolankoihin. Sitä valmistetaan eurooppalaisen standardin EN 50149:2012 Rautatiesovellukset – Kupari ja kupariseoksesta valmistetut uritetut ajolangat vaatimusten mukaisesti tai ylittäen ne.

Kupari-tina-ajolangoilla on oikea tasapaino sähköisten ja mekaanisten ominaisuuksien välillä, sillä ne ovat kulumiskestävämpiä kuin puhdas kupari.