La tecnologia di trafilatura criogenica aumenta la resistenza alla trazione del filo di rame monocristallino fino a 499 MPa

Un gruppo di ricerca dell’Università di Scienza e Tecnologia di Henan ha dimostrato che l’introduzione di un ambiente criogenico durante la trafilatura continua a più passaggi, che coinvolge oltre cento passaggi, può alterare radicalmente il comportamento di deformazione dei fili di rame monocristallino. La condizione criogenica sopprime efficacemente la salita della dislocazione e il recupero dinamico, promuovendo la dissociazione parziale della dislocazione e la formazione di faglie di impilamento, che a loro volta facilitano la nucleazione e la propagazione dei nanogemelli. Il risultato è una transizione nel meccanismo di deformazione dominante dalla deformazione coordinata a scorrimento-dominato a quella coordinata a scorrimento-gemello.

Con un diametro finale di 0,190 mm, il filo trafilato criogenicamente ha raggiunto una resistenza alla trazione di 499 MPa, un miglioramento del 9,7% rispetto ai campioni trafilati a temperatura ambiente, mentre l'allungamento è aumentato dal 50,1% all'1,237%. La conduttività elettrica è stata mantenuta al 95,77% IACS. Altri studi hanno riportato livelli di resistenza ancora più elevati, con il filo di rame puro trafilato criogenicamente che raggiunge i 580 MPa.

La capacità di trafilare il filo secondo queste specifiche dipende in modo critico dalle filiere utilizzate. Per la trafilatura del filo di rame, le filiere vengono generalmente prodotte utilizzando diamante naturale (ND) o diamante policristallino (PCD). Le filiere in diamante naturale forniscono la massima qualità superficiale del filo trafilato, ma la loro durezza direzionale può provocare un'usura irregolare e una maggiore ovalizzazione. Le filiere PCD, al contrario, offrono una durezza isotropa che riduce l'usura direzionale e preserva la forma cilindrica del filo. Le matrici PCD in genere durano 2-4 volte di più delle matrici ND, anche se utilizzate per diametri di filo sottile fino a 0,15 mm.

Per la trafilatura del filo zincato, i requisiti sono diversi. Le filiere PCD sono ampiamente utilizzate per la trafilatura di filo di acciaio zincato, offrendo un'eccellente resistenza alla corrosione, resistenza all'usura e la capacità di mantenere una buona finitura superficiale del filo. La trafilatura del filo rivestito richiede progettazioni specifiche di filiere che mantengano sotto controllo la quantità e la regolarità del rivestimento; il diamante naturale è spesso preferito quando è richiesta una finitura superficiale perfetta.

La combinazione della tecnologia di trafilatura criogenica e delle matrici diamantate avanzate, siano esse PCD o diamante naturale, sta aprendo nuove possibilità per conduttori in rame ad alte prestazioni in applicazioni impegnative come apparecchiature audio ad alta fedeltà e dispositivi medici cardiovascolari.