OFHC - Kupfer und Stromlos Nickel

Hallo zusammen!
Ich habe 2 Fragen und hoffe auf Eure Hilfe:

Kann mir bitte jemand erklären, wie OFHC (=Oxygen-Free High Conductivity)Kupfer aufgetragen wird und ob es nur dazu dient die Oberfläche von z.B. Stählen diamantbearbeitbar zu machen?!
(wegen Kohlenstoff-Diffusion des „normalen“ Stahls zum Diamanten)

  1. Wo liegen die Unterschiede zwischen OFHC-Kupfer-Bschichtungen und „gewöhnlichen“ Stromlos-Nickel-Beschichtungen („Chemisch Nickel“)? bzw. gibt es weitere Unterschiede die für die (Präzisions)bearbeitung von Bedeutung sind, außer, daß bei der OFHC-Oberfläche geringere Schnitt- und Passivkräften beim Drehen auftreten?!

Vielen Dank im voraus für alle gutgemeinten Antworten,
Grind

Häh?
Hallo!

  1. Kann mir bitte jemand erklären, wie OFHC (=Oxygen-Free High
    Conductivity)Kupfer aufgetragen wird und ob es nur dazu dient
    die Oberfläche von z.B. Stählen diamantbearbeitbar zu machen?!
    (wegen Kohlenstoff-Diffusion des „normalen“ Stahls zum Diamanten)

Kann es sein, dass du da etwas durcheinander bringst? Warum sollte man durch eine Kupferbeschichtung auf einmal Stahl mit Diamantwerkzeugen spanen können? Der Begriff OHFC ist meines Wissens nur die Bezeichnung für hochreines Cu mit dem Reinheitsgrad 99,99%.

  1. Wo liegen die Unterschiede zwischen OFHC-Kupfer-Bschichtungen
    und „gewöhnlichen“ Stromlos-Nickel-Beschichtungen („Chemisch
    Nickel“)? bzw. gibt es weitere Unterschiede die für die (Präzisions)
    bearbeitung von Bedeutung sind, außer, daß bei der OFHC-Oberfläche
    geringere Schnitt- und Passivkräften beim Drehen auftreten?!

Wie kommst du jetzt auf einmal zu Nickelbeschichtungen?

mfG Dirk

Hallo Grind,

  1. Wo liegen die Unterschiede zwischen
    OFHC-Kupfer-Bschichtungen und „gewöhnlichen“
    Stromlos-Nickel-Beschichtungen („Chemisch Nickel“)? bzw. gibt
    es weitere Unterschiede die für die (Präzisions)bearbeitung
    von Bedeutung sind, außer, daß bei der OFHC-Oberfläche
    geringere Schnitt- und Passivkräften beim Drehen auftreten?!

In chemisch Nickel Schichten ist immer ein gewisser Phosphoranteil. Der kann sich bei nachfolgenden wärmeintensiven Behandlungen umkristallisieren.

olli

Hallo! Danke für die Antoworten, ich ergänze:

Kann es sein, dass du da etwas durcheinander bringst? Warum
sollte man durch eine Kupferbeschichtung auf einmal Stahl mit
Diamantwerkzeugen spanen können?

Ebenso wie beim stromlos Nickel verhindert man dadurch die Diffusion von Kohlenstoffatomen und damit ein Zerfall des Diamanten zu Graphit. Da Cu unter bestimmten Legierungen (z.B. Tellur) ein Kurzspanendes Metall ist kann man die Vorteile doch duch eine Beschichtung kombinieren?!

Der Begriff OHFC ist meines
Wissens nur die Bezeichnung für hochreines Cu mit dem
Reinheitsgrad 99,99%.

„die Sauerstoff-Gehalte für die verschiedenen
K.-Sorten liegen zwischen 0,005 u. 0,040%“ so stehts im Römpp (leider nicht genauer aufgeschlüsselt).

Wie kommst du jetzt auf einmal zu Nickelbeschichtungen?

mfG Dirk

Die Frage war ja, ob man Stahl mit Kupfer beschichtet um es, ähnlich wie man es auch beim stromlos Nickel macht, diamantbearbeitbar zu machen. Mich interessiert, ob man damit besser Zerspaneigenschaften erreichen kann und damit die Präzision erhöht, zumal beim OFHC-Kupfer die Schnitt- und Passivkräfte erheblich unter denen der Stromlos Nickel-Zerspanung liegen.
Wenn man nun aber statt einer Beschichtung einfach gleich das komplette Werkstück aus Kupfer macht, würde das ja um so besser sein, wenn es nicht weiter verunreinigt ist (99,99%). Wie aber ist das dann mit den Zerspaneigenschaften?
Im Römmp steht:
" Wird ein K.-Stab mit großer Gewalt auseinandergezogen, so dehnt er sich vor dem Zerreißen um etwa 50% seiner ursprünglichen Länge aus." leider steht auch, daß Cu ein recht hartes Metall ist (was meiner Meinung etwas gegensprüchlich dazu ist, aber Römpp ist halt mehr für Chmiker und nicht so werkstofftechnisch orientiert :wink: ). Zu duktil ist für die Zerspanung auf jeden Fall nicht gut. Zu hart könnte auch Probleme machen,

weißt Du da mehr?!

Laien-Frage
Hai, Grind,

ich versteh’ da was nicht: wie kann eine, wie auch immer geartete, Beschichtung ein Zerspanungswerkzeug schützen?

Beim ersten Schnitt ist diese Beschichtung doch weg und das Werkzeug hat wieder Kontakt zu dem eigentlich zu bearbeitenden Material???

Erklärste mir ditte?

Gruß
Sibylle

Hallo!

Ebenso wie beim stromlos Nickel verhindert man dadurch die
Diffusion von Kohlenstoffatomen und damit ein Zerfall des
Diamanten zu Graphit. Da Cu unter bestimmten Legierungen (z.B.
Tellur) ein Kurzspanendes Metall ist kann man die Vorteile
doch duch eine Beschichtung kombinieren?!

Da Graphit bei normalen Drücken die thermodynamisch stabilere Kohlenstoffmodifikation darstellt, kommt es bei Erwärmung (durch Reibung) und gleichzeitigem Kontakt mit Kohlenstoff zu einem Umklappen des Diamant- in das Graphitgitter. Das führt verständlicherweise zu einem erhöhten Verschleiß und dem Unbrauchbarwerden des Schneidwerkzeugs. Eine Beschichtung ändert daran aber meines Wissens nichts, da man bei der Zerspanung die Beschichtung verletzt und der Schneidstoff letztendlich wieder in Kontakt mit dem Stahl steht.

„die Sauerstoff-Gehalte für die verschiedenen
K.-Sorten liegen zwischen 0,005 u. 0,040%“ so stehts im Römpp
(leider nicht genauer aufgeschlüsselt).

Das gilt für sauerstoffhaltiges Kupfer (DIN 1708).

Die Frage war ja, ob man Stahl mit Kupfer beschichtet um es,
ähnlich wie man es auch beim stromlos Nickel macht,
diamantbearbeitbar zu machen.

Da würde mich mal deine Quelle interessieren, ein solches Verfahren ist mir nämlich unbekannt. Aber vielleicht ist mein Wissen dahingehend auch schon wieder veraltet.

Wenn man nun aber statt einer Beschichtung einfach gleich das
komplette Werkstück aus Kupfer macht, würde das ja um so
besser sein, wenn es nicht weiter verunreinigt ist (99,99%).
Wie aber ist das dann mit den Zerspaneigenschaften?

Kupfer lässt sich meines Wissens sehr gut zerspanen.

Im Römmp steht:
" Wird ein K.-Stab mit großer Gewalt auseinandergezogen, so
dehnt er sich vor dem Zerreißen um etwa 50% seiner
ursprünglichen Länge aus." leider steht auch, daß Cu ein recht
hartes Metall ist (was meiner Meinung etwas gegensprüchlich
dazu ist, aber Römpp ist halt mehr für Chmiker und nicht so
werkstofftechnisch orientiert :wink: )

Das ist nicht unbedingt ein Widerspruch, in diesem Zusammenhang möchte ich aber nicht weiter darauf eingehen.

Zu duktil ist für die Zerspanung auf jeden Fall nicht gut. Zu hart
könnte auch Probleme machen,
weißt Du da mehr?!

Das lässt sich so pauschal nicht sagen, da die Spanform neben der Duktilität auch von der Schnittgeschwindigkeit, dem Spanwinkel, Schnittiefe und -geschwindigkeit abhängt. Duktile Werkstoffe liefern aber im allgemeinen (v.a. bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und großem Spanwinkel) Fließspäne. Diese sind erwünscht, da die erzielbare Oberflächenqualität sehr gut und die Schnittkräfte (und damit die Belastung des Werkzeugs) gering sind. Problem ist, dass diese Späne sehr lang werden, da kein Bruch erfolgt. Dafür gibt es spezielle Werkzeuggeometrien (Spanleitstufe, Spanformer), die einen Fließspanabriss realisieren. Aber ich schweife ab :smile:

Die Einzige Verwendung von OFHC-Cu, die mir geläufig ist, ist für die Herstellung von Tiefennormalen zur Kalibrierung von Tastschnittgeräten. Diese Normale sind kuchenförmige Stücke mit 7 bis 10 Rillen und einer Tiefe von 1 bis 1000µm. Zur Herstellung dieser wird ein Rohling aus OFHC-Cu mit Diamant präzisionsbearbeitet, die Oberflächenqualität ist dabei sehr hoch (Mittenrauwert im einstelligen Nanometerbereich !). Um eine verschleißfestere Oberfläche zu erzeugen werden die Normale anschließend mit Nickel beschichtet.

mfG Dirk

Hallo Dirk!
Vielen Dank für Deine - erneut - ausführliche Antwort! Ich hab schon eine Menge dazugelernt und fühle mich für die bevorstehende Klausur immer sicherer :wink:
Es ist wirklich hilfreich, sich auf diese Art mit dem Thema auseinanderzusetzen, weil man es selbst hinterfragt; aber das nur am Rand, ich hab weitere Fragen zum Thema :wink:

Da Graphit bei normalen Drücken die thermodynamisch stabilere
Kohlenstoffmodifikation darstellt, kommt es bei Erwärmung
(durch Reibung) und gleichzeitigem Kontakt mit Kohlenstoff zu
einem Umklappen des Diamant- in das Graphitgitter. Das führt
verständlicherweise zu einem erhöhten Verschleiß und dem
Unbrauchbarwerden des Schneidwerkzeugs. Eine Beschichtung
ändert daran aber meines Wissens nichts, da man bei der
Zerspanung die Beschichtung verletzt und der Schneidstoff
letztendlich wieder in Kontakt mit dem Stahl steht.

Ich hab gelernt, daß beim Diamantdrehen mit Schnitttiefen von 1 bis 20µ („Mü-Meter“ für alle, die es nicht anzeigen lassen können) gearbeitet wird. Ebenso geht es nur „sehr langsam“ voran mit ca. 1 bis 20 µm Vorschub. Die Zerspankräfte sind als entsprechend gering und damit ja auch die Temperatur?!
Habe mir weiterhin während der Vorlesung notiert, daß Schichtdicken bis 500 µm erreicht werden. (Allerdings wird das wohl so seine Zeit brauchen, bis das aufgeschichtet ist, zumal die „Geschwindigkeit“ bei 10 bis 15 µm pro Stunde liegt - jetzt schweife ich ab :wink: )
Wenn man also annimmt, daß wir eine Schichtdicke von sagen wir 100 µm haben, und eine Maximale Schnittiefe von ca. 20 µm kann doch „kohlenstofftechnisch“ nichts passieren, oder?!

Die Frage war ja, ob man Stahl mit Kupfer beschichtet um es,
ähnlich wie man es auch beim stromlos Nickel macht,
diamantbearbeitbar zu machen.

Da würde mich mal deine Quelle interessieren, ein solches
Verfahren ist mir nämlich unbekannt. Aber vielleicht ist mein
Wissen dahingehend auch schon wieder veraltet.

Ursprünglich war die Quelle mein Skript, ich habe allerdings Dank Deiner Antwort festgestellt, daß ich es falsch verstanden habe. Es handelte sich wohl „lediglich“ um reines Kupfer das bearbeitet wurde und nicht Stahl mit Cu beschichtet.
Aber dann kam mir die Frage auf warum man das denn eigentlich NICHT machen könnte? Warum beschichtet man nicht einfach Stahl mit Kupfer?
Liegt das nur an den „negativen“ Eigenschaften von Cu (Patina-Bildung, also evtl nur im Vakuum einsetzbar?!, Preis, nicht polierbar, …) oder GEHT es schichtweg gar nicht?

Wenn man nun aber statt einer Beschichtung einfach gleich das
komplette Werkstück aus Kupfer macht, würde das ja um so
besser sein, wenn es nicht weiter verunreinigt ist (99,99%).
Wie aber ist das dann mit den Zerspaneigenschaften?

Kupfer lässt sich meines Wissens sehr gut zerspanen.

(hab ich jezt auch gelesen, hätte ich mal gleich weiterlesen sollen…)

Die Einzige Verwendung von OFHC-Cu, die mir geläufig ist, ist
für die Herstellung von Tiefennormalen zur Kalibrierung von
Tastschnittgeräten. Diese Normale sind kuchenförmige Stücke
mit 7 bis 10 Rillen und einer Tiefe von 1 bis 1000µm. Zur
Herstellung dieser wird ein Rohling aus OFHC-Cu mit Diamant
präzisionsbearbeitet, die Oberflächenqualität ist dabei sehr
hoch (Mittenrauwert im einstelligen Nanometerbereich !). Um
eine verschleißfestere Oberfläche zu erzeugen werden die
Normale anschließend mit Nickel beschichtet.

mfG Dirk

Ich habe bei uns im Institut, in dem die Vorlesung statt findet, mehrere kleinere Spiegel aus Cu gesehen, die dort zu Anschauungszecken ausgestellt wurden. Weiterhin haben wir erfahren, daß u.a. Kupferabfomrwekzeuge für z.B. Linsen etc. (z.B. Blinker-/Rückleuchtenabdeckungen) hergestellt werden.

Viele Grüße,
Grind

Hallo Sibylle.

Da der Diamant (siehe auch die Antworten von Dirk) bei zu hohen Temperaturen „zerfällt“ ist es nötig, mit sehr geringen Schnittiefen und Vorschüben zu arbeiten. (Abgesehen davon möchte man ja auch die Oberfläche in optischer Qualität erreichen und nicht die Alpen abbilden :wink: )
Die Aufgetragenen Schichten sind also weitaus dicker (bis zu 500 µm) als die Schnittiefe (bis ca. 20 µm). Es besteht also - wenn ich alles richtig verstanden habe - kein Grund zur Sorge, daß der Diamant mit dem Stahl in Berührung kommt :wink:

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