Synthesis and characterization of hardened Cu-Fe-Ni-P alloy

Síntesis y caracterización de una aleación Cu-Fe-Ni-P endurecida

En la industria de fabricación de contactos eléctricos, la prohibición del uso de metales tóxicos (Cd, Be), y el deseo de evitar la aleación con metales preciosos (Ag) ha creado la necesidad de nuevas aleaciones con buena conductividad eléctrica y altas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. Como material potencialmente útil para este fin, hemos analizado la aleación Cu-Fe-Ni-P de fundición continua en diversas condiciones de tratamiento térmico. La secuencia de transformaciones de fase durante el tratamiento térmico se siguió mediante el método de medición de la resistividad eléctrica de 4 puntos de corriente continua, y se analizó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM). Las mediciones de la dureza Vickers y la conductividad eléctrica después de varios procedimientos de tratamiento térmico indican el alto potencial de las aleaciones Cu-Fe-Ni-P como material para contactos eléctricos.

INTRODUCCIÓN

El aumento de las exigencias en materia de propiedades mecánicas y eléctricas y la inexpensibilidad de los materiales de contacto siguen siendo el principal reto para los productores de cobre y aleaciones de cobre para la industria automovilística y electrotécnica. La conductividad eléctrica del cobre puro (100% I.A.C.S) es inútil en la mayoría de los casos prácticos, si las propiedades mecánicas y metalúrgicas no satisfacen las exigencias requeridas. Especialmente la resistencia a la erosión por arco y la soldadura no deseada de los contactos, la temperatura de recristalización, la estabilidad mecánica y química a temperaturas elevadas son a veces más importantes que la conductividad eléctrica por sí misma. La selección del material de contacto eléctrico adecuado es siempre un compromiso entre las propiedades eléctricas y otras propiedades requeridas por una determinada aplicación.

En la práctica industrial actual se utilizan varias aleaciones de cobre como materiales de contacto. Su selección depende principalmente del tipo de contacto eléctrico y de la magnitud de la corriente y la tensión que tienen que conducir o interrumpir. La mayoría de las aleaciones basadas en cobre para contactos de ruptura de alta corriente/media o baja tensión contienen metales preciosos (Ag aleado o Ag chapado, Cu-Te) o metales tóxicos (Cd, Be) [1, 2]. Por tanto, la necesidad de sustituirlos es obvia.

El endurecimiento del cobre puro puede conseguirse mediante trabajo en frío, endurecimiento por soluto y endurecimiento por precipitación o dispersión. El cobre puro es, en general, inadecuado para puntas de contacto debido a su tendencia a soldarse a altas corrientes y voltajes medios o bajos [3]. Dado que el endurecimiento por soluto tiene una influencia perjudicial sobre la conductividad eléctrica, no existe otra alternativa que el endurecimiento por precipitación o dispersión. Para ambos hay que aplicar no sólo la composición química, sino también un tratamiento térmico adecuado [4].