CN109414777B - 合金作为硬焊合金的用途、电开关硬焊接头、电开关和制造电开关硬焊接头的方法 - Google Patents

合金作为硬焊合金的用途、电开关硬焊接头、电开关和制造电开关硬焊接头的方法 Download PDF

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Abstract

本公开内容的实施方案涉及作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的合金的用途，电开关硬焊接头，电开关和制造电开关硬焊接头的方法。所述合金的合金组成由以下构成：至少一种要素，其选自下列的第I组和第II组中的每一个，余量的杂质，Ag，和Cu和Zn中的至少一种。第I组包括：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%。第II组包括Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。

Description

合金作为硬焊合金的用途、电开关硬焊接头、电开关和制造电 开关硬焊接头的方法
技术领域
本公开内容的实施方案涉及作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的合金的用途，电开关硬焊接头，电开关和制造电开关硬焊接头的方法。
背景技术
电开关通常具有两个导电片（触点）。为了闭合（断开）电路，触点接触，并且为了打开（断开）电路，触点分开。导电片通常通过载体（触点载体）连接到外电路。触点和载体之间的连接可以例如通过硬焊来实现。
电开关的触点的材料需要满足特殊的要求。除良好的接触性能，如高耐电弧腐蚀性，低触点电阻，以及取决于开关类型，良好的电弧移动性能和良好的灭弧能力，触点材料应当满足进一步的物理、机械和化学性能，如高导电性和导热性，足够的耐受磨损的硬度和机械强度，高的耐腐蚀性。此外，触点材料应当具有良好的机械可加工性，足够的耐受磨损的硬度，机械强度。另外，触点材料应当是对环境无害的并且是廉价的材料。为此，限制了用于电开关的可能的触点材料的选择。然而，几乎没有任何材料满足全部以上所述的要求。典型地，作为低压应用中的触点材料，使用银（Ag）基复合材料，如Ag-金属氧化物。Ag-基复合材料显示出非常好的接触和切换性能，如高的耐焊接性、低的触点电阻和高的耐电弧腐蚀性。
不仅选择电开关的触点的材料起重要作用，而且用于载体的材料需要满足特殊的要求以便确保电开关在其电寿命期间的可靠性。载体材料显示出高的导电性和导热性，良好的机械强度（甚至在高温下）和高的耐腐蚀性。典型地，作为载体材料，使用铜（Cu）基材料。
对于将触点结合到载体来说，可以使用各种硬焊材料。大多数通常使用的硬焊材料，如Cu-和Ag-基硬焊材料，在Ag-金属氧化物（在下文中也称为Ag-MeO）基触点材料上显示出不足的润湿性能。因此，为改善润湿特性，通常使用纯银衬里层以便将触点材料与载体材料结合。
在图1中，示例性地显示了硬焊接头的示意性组件。组件11包括触点材料2，载体材料3，银衬里层12和硬焊合金14。使用银衬里层12以便确保硬焊合金14在触点材料2上的充分润湿。当加热时，硬焊合金14熔化并且将载体材料3和银衬里层12连接而在载体材料3和最终的触点材料2之间形成硬焊接头。
然而，Ag是昂贵的材料并且应用纯Ag衬里层要求在硬焊加工期间的额外加工步骤。因此，鉴于以上，期望的是提供一种用于电开关硬焊接头的合金，其提供了常见的硬焊材料的益处，但是通常来说其避免了典型的与应用银衬里层有关的成本。
发明内容
鉴于以上，根据本文中公开的实施方案，提供了作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的合金的用途，电开关硬焊接头，和制造电开关硬焊接头的方法。
根据本公开内容的一个方面，提供了作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的合金的用途。所述合金组成由以下构成：选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，余量是杂质和Ag、Cu和Zn中的至少一种：
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
根据本公开内容的第二个方面，提供了电开关硬焊接头。电开关硬焊接头包括Ag-金属氧化物触点材料，载体材料，和在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间的硬焊夹层，通过用作为组成由以下构成的硬焊合金的合金进行硬焊来形成电开关硬焊接头：
选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，余量是杂质和Ag、Cu和Zn中的至少一种（并且优选Cu和Zn中的至少一种和Ag，更优选Ag和Cu，和更优选Zn和来自第I组的P中的至少一种）：
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
根据进一步的方面，提供了电开关。电开关具有上述的硬焊接头。
根据进一步的方面，提供了制造电开关硬焊接头的方法。制造电开关硬焊接头的方法包括提供Ag-金属氧化物触点材料，提供载体材料，提供在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间的合金，通过用作为硬焊合金的合金进行硬焊将Ag-金属氧化物触点材料与载体材料连接，其中所述合金组成由以下构成：选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，余量是杂质和Ag、Cu、和Zn中的至少一种（并且优选Cu和Zn中的至少一种和Ag，更优选Ag和Cu，和更优选Zn和来自第I组的P中的至少一种）：
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
本公开内容的进一步的方面、优点和特征由附属的权利要求和说明书中显而易见。
附图说明
因此，其中本公开内容的上述特征可以被详细理解的方式，公开内容的更具体的描述，如上述所总结的，可以参考实施方案被获取。附图涉及公开内容的实施方案并且在下文中被描述。典型的实施方案在附图中描绘并且在随后的说明书中更详细讨论。
图1举例说明根据现有技术形成的硬焊接头的示意性组件；
图2显示了根据本文中所述的实施方案形成的电开关硬焊接头的示意性组件；
图3显示了根据本文中所述的实施方案的电开关硬焊接头的示意图；
图4显示了根据本文中所述的实施方案的硬焊合金的润湿试验中所测量的特征的示意图；
图5显示了在基材材料上的根据本文中所述的实施方案的硬焊合金的显微照片；
图6和7显示了根据本发明的实施方案的电开关接头的金相截面；和
图8a显示了通过超声非破坏性试验测量的根据本发明的实施方案的电开关接头的接头区域。
图8b显示了同样通过超声非破坏性试验测量的图8a的接头的相应的触点表面的顶视图。
具体实施方式
现在将详细地参考各种实施方案，其中的一个或多个实例在各附图中举例说明。每个实例作为解释说明而提供，不意味着限制。例如，作为一个实施方案的一部分所举例说明或描述的特征可以被应用到任何其他实施方案或与任何其他实施方案一起使用，而产生另外的进一步的实施方案。本公开内容意图包括这样的变型和变体。
在描述单独的实施方案前，首先描述本发明的某些一般性定义和方面，其可以各自与任何其他方面或实施方案组合在一起。
如本文中使用的硬焊接头是指连接区域，其是由通过硬焊将至少二个材料连接在一起而获得的。换言之，如本文中使用的硬焊接头包括待连接的材料和硬焊合金。待连接的材料例如是Ag-金属氧化物触点材料和载体材料。硬焊接头包括夹层，其由硬焊合金和待连接的材料中的至少一个形成。夹层包括硬焊合金和待连接的材料中的至少一个本身或者由硬焊合金和待连接的材料中的至少一个形成的复合物（compound）。例如，夹层可以包括金属间相或复合物，其由硬焊合金与待连接的材料中的至少一个形成。夹层可以进一步包括反应层，其是在硬焊合金和待连接的各个材料之间的界面处由硬焊合金与待连接的材料中的至少一个形成的。
如本文中使用的硬焊是指使用硬焊合金将待连接的两个（或多个）材料连接的方法，所述硬焊合金当熔化时与待连接的材料共混。硬焊合金的熔化温度低于待连接的材料的熔化温度。液化/熔化的硬焊合金与待连接的材料相互作用并且当冷却时形成硬焊接头。硬焊合金与待连接的材料的相互作用可以由扩散过程和金属间相和其他复合物的形成过程来描述。硬焊可以在真空或保护气氛中进行。在硬焊期间可以使用助焊剂以便从待连接的材料的硬焊表面除去氧化物并防止在硬焊期间形成氧化物，由此允许由液化/熔化的硬焊合金完全润湿待连接的材料的表面。然而，无助焊剂的硬焊是优选的。用于Ag和Cu基合金的无助焊剂的硬焊合金可以例如包含P。
如本文中使用的电开关是指电组件，其可以断开和/或中断电路，例如用于隔离电路部分，用于中断电流或将其从一个导体转向另一个导体。电开关具有两个触点（导电片），其通过载体（触点载体）连接到外电路。为断开和/或中断电路，触点彼此分开。为闭合电路，触点彼此接触。如本文中使用的电开关包括低-和中-压开关装置。如本文中使用的低压是指小于1kV AC的电压，如本文中使用的中压是指1kV AC至大约75kV AC的电压。低压电开关装置包括例如继电器、安装和配电开关、仪表、工业控制器、马达控制器和保护装置。中压电开关装置包括例如负载断连开关、马达控制器、保护装置、和用于铁道车辆的断路器。电开关可以例如包括电流接触器，其可以是低-或中-压开关装置。
如本文中使用的杂质是指典型的不可避免的痕量的在硬焊合金的生产过程期间存在的元素。这样的元素例如是C、Fe、P、Si和S。杂质的总量的上限是1.0wt%，优选0.5wt%，和更优选0.15wt%。这些痕量的元素没有助力或改变硬焊合金的真实目的。
基于Cu-Ag-P体系的硬焊填料材料被广泛使用来在载体材料和电触点之间形成硬焊接头。如果使用具有纯Ag衬里层的Ag-MeO基触点材料，在衬里层和载体之间形成的硬焊过的接头能够支撑大多数装置和电气试验负担所需的操作次数。这样的硬焊过的接头典型地显示出95%或更多的结合区域，取决于所使用的硬焊方法。另一方面，如果使用相同的硬焊填料来直接硬焊Ag-MeO基触点材料，结合区域将会是50%或更少，同样取决于参数。通过使用Ag-Cu-Zn硬焊填料进行进一步的实验，其显示了类似的特性。被表明的是，主要地，在Ag-MeO基触点材料上硬焊填料的润湿特性明显劣于纯的Cu、Ag和各种其他的合金。可以通过Ag-MeO基触点材料中所用的金属-氧化复合物的影响来解释这种差的润湿特性。
发明人使用硬焊合金进行了实验，所述硬焊合金具有作为基础的Cu、Ag和Zn中的至少一种。他们发现通过增加某些添加剂，能够大大地提高润湿特性。这些添加剂可以被分为两组，各组由以下要素构成：第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物；和第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物。
第一组的添加剂的效果主要基于：降低熔化温度，除去表面氧化物和改善硬焊合金的流动性。第二组添加剂的效果基于硬焊合金在Ag-MeO基材料上的改善的润湿特性，这直接增加了在所形成的硬焊接头中结合区域的比例。
通过添加选自第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，发明人发现所得的合金的润湿特性和流动性可以显著被改善并且发现当这种合金用作硬焊合金时，可以省略银衬里层的应用。含上述添加剂的硬焊合金和Ag-MeO基触点材料之间的化学反应导致在硬焊加工期间沿着硬焊合金和Ag-MeO基触点材料之间的界面处形成金属间相和化学复合物（chemical compound）。这些复合物可以更加进一步改善润湿特性。
合金组成包括选自第I组的至少一种要素，总量为0.5至45.0wt%。优选地，总量的下限是5.0，更优选10.0wt%，甚至更优选15.0wt%。优选地，总量的上限是20.0，更优选15.0wt%，甚至更优选10.0wt%。优选，合金组成包括选自第I组的至少一种要素，总量为5.0至20.0wt%。
进一步，合金组成包括选自第II组的至少一种要素，总量为0.1至15.0wt%。优选地，总量的下限是0.5wt%，更优选1.0wt%，甚至更优选1.5wt%。优选地，总量的上限是8.0，更优选6.0wt%，甚至更优选4.0wt%。优选，合金组成包括选自第II组的至少一种要素，总量为0.5至8.0wt%。
来自第II组的优选的添加剂是Bi、Mo、Te、W和其氧化物，和Cu和Zn的氧化物中的至少一种。例如，这样的优选的氧化物包括Bi2O3、MoO3、TeO2、WO3、CuO、和ZnO。第II组优选由Bi、Mo、Te、W和其氧化物构成，甚至更优选由Mo和W和其氧化物构成。第II组的典型的氧化物包括：Bi2O3、CuO、MoO3、TeO2、WO3和ZnO。
如上所述，合金组成的余量由杂质和Ag、Cu和Zn中的至少一种构成。优选，Ag、Cu、和Zn中的至少一种的总量是20.0至80.0wt%，更优选30.0至70.0wt%。根据本文中所述的实施方案，余量中的Zn的量是5.0至40.0wt%，优选10.0至30.0wt%。
根据优选的方面，合金组成任选地具有Zn：高达40.0wt%（优选至少5.0wt%，10.0wt%或15.0wt%，和优选高达35.0wt%或高达30.0wt%）；任选地P：高达15.0wt%（优选至少1.0wt%，3.0wt%或5.0wt%，和优选至多11.0wt%或8.0wt%）；任选地一种或多种其他的来自第I组的要素：总量高达15.0wt%（优选至少0.2wt%或0.5wt%；优选至多15.0wt%，12.0wt%或10.0wt%）；任选地来自第II组的要素中的至少一种：总量高达10.0wt%（优选至少0.1wt%或0.5wt%；优选至多10.0wt%或6.0wt%），和余量的Ag和Cu。在余量中，Ag和Cu（和任选地Zn）的总量优选地是20.0wt%至80.0wt%。Cu和Ag的总含量优选是至少40.0wt%或甚至50.0wt%；并且优选至多95.0wt%。Ag含量优选是至少20.0wt%，和Cu含量优选是至少15.0wt%。在合金中含P的情况下，Ag含量优选是至少10.0wt%，和Cu含量优选是至少50.0wt%。
根据本文中所述的实施方案，上述的合金用于硬焊接头，其由Ag-金属氧化物触点材料和载体材料形成。换言之，通过合金与一部分的Ag-MeO触点材料和一部分的载体材料的相互作用形成硬焊接头。为成功硬焊，基础材料的一种组分，即Ag-MeO触点材料和载体材料，必须分别至少部分地可溶于硬焊合金的一种或多种组分中。硬焊合金和载体之间的典型的反应例如包括载体材料在硬焊合金中的有限溶解和复合的固溶体，例如富Cu的Cu-Ag-P或Ag-Cu-Zn相的形成。硬焊合金和Ag-MeO触点材料之间的典型的反应包括Ag在硬焊合金中的溶解和复合的固溶体，例如富Ag的Cu-Ag-P或Ag-Cu-Zn相的形成。另外，金属氧化物组分可以形成复合氧化物，包括来自第I组和第II组的添加剂。此外，在硬焊接头与Ag-MeO触点材料和/或载体材料的界面附近或界面处，可以形成Ag、Cu、Zn、P和来自第I组和第II组的添加剂的固溶体。Ag-金属氧化物触点材料和载体材料，以及由此的硬焊接头，优选地形成电开关的一部分。
根据本文中所述的实施方案，Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO。任选地，Ag-金属氧化物触点材料掺杂有以下的掺杂物中的至少一种：Bi2O3、CuO、MgO、MoO3、RuO2、Sb2O3、TaC、Ta2O5、TeO2、WO3和ZnO。Ag-金属氧化物触点材料中的掺杂物的总量是3.0wt%或更少，优选2.0wt%或更少，更优选1.0wt%或更少。为获得积极效果，Ag-金属氧化物触点材料中的掺杂物的总量的下限是0.001wt%，优选0.01wt%，更优选0.1wt%。
根据本文中所述的实施方案，载体材料包括以下中的至少一种：Al、Al基合金、Cu、Cu基合金、Fe基合金和钢。任选地，载体材料镀有以下中的一种：Ag、Cu、Ni和Sn。
根据本文中所述的实施方案，电开关硬焊接头包括上述的Ag-金属氧化物触点材料，上述的载体材料，和在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间的硬焊夹层，电开关硬焊接头通过用具有如上所述的组成的合金进行硬焊来形成。硬焊夹层是触点材料、载体材料和硬焊合金的混合物，其在通过使用上述的硬焊合金进行硬焊而将触点材料与载体材料连接时候形成。硬焊夹层可以具有这样的结构，例如显微结构和/或组成，其不同于硬焊前的硬焊合金。硬焊夹层可以包括金属间相和化学复合物，其由硬焊合金和触点材料与载体材料中的至少一种形成。这些金属间相和化学复合物优选在硬焊夹层与Ag-MeO触点材料和/或载体材料的界面处形成。硬焊夹层可以进一步包括由硬焊合金与Ag-MeO触点材料和载体材料中的至少一种在硬焊合金和Ag-MeO触点材料和/或载体材料之间的界面处形成的反应层。反应层可以包括金属间相和化学复合物。形成这样的反应层可以进一步改善硬焊合金的润湿特性。
用于表征硬焊合金的常用特征是固相线和液相线温度。这些温度直接由合金的化学组成确定，并且在接头形成期间对于合金的特性是重要的。
用于本发明的用于电开关硬焊接头的硬焊合金优选具有至少600℃的固相线温度和/或不高于950℃的液相线温度。优选的固相线温度是至少650℃、优选700℃、更优选750℃。液相线温度典型地不高于900℃、优选不高于850、更优选不高于800℃。
在Cu-Ag-P和Ag-Cu-Zn基础体系的情况下，固相线和液相线温度的范围分别在650-850℃和600-750℃之间。
从实际观点来看，在硬焊合金的形成期间，熔化范围(即在液相线和固相线温度之间的温度范围）也影响硬焊合金的应用。特别地，熔化范围对硬焊合金流动性有影响。硬焊合金的熔化范围优选是至多150℃，优选至多100℃，更优选至多80℃，更优选至多50℃。熔化范围的优选下限是20℃或30℃。
接头可以通过任何硬焊方法来形成；优选的硬焊方法包括电阻硬焊和感应硬焊。
图2显示了根据本文中所述的实施方案形成的电开关硬焊接头的示意性组件。正如图1中所示的示意图，图2的组件1包括触点材料，即Ag-金属氧化物触点材料2（在下文中称为“触点材料”），载体材料3和两者之间的硬焊合金4。为形成电开关硬焊接头，当加热时硬焊合金4熔化并且在不需要银衬里层的情况下与至少一部分的载体材料3和至少一部分的触点材料2混合。在图3中，示意地举例说明根据本文中所述的实施方案的电开关硬焊接头1'。电开关硬焊接头1'可以例如源于使用图2中所示的硬焊合金4硬焊根据图2的组件1。如图3中所指出的，电开关硬焊接头1'由触点材料2、载体材料3和在触点材料2和载体材料3之间的硬焊夹层5形成。硬焊夹层5优选由至少一部分的触点材料2、至少一部分的载体材料3和硬焊合金4形成。硬焊夹层5是触点材料2、载体材料3和硬焊合金4的混合物。硬焊夹层5具有这样的结构，特别是显微结构和组成，其不同于硬焊前状态的硬焊合金4。
根据本文中所述的实施方案，电开关具有如上所述的硬焊接头。
根据本文中所述的实施方案，制造电开关硬焊接头的方法包括提供Ag-金属氧化物触点材料，例如上述的Ag-金属氧化物触点材料，提供载体材料，例如上述的载体材料，提供在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间的上述的合金，通过用作为硬焊合金的合金进行硬焊将Ag-金属氧化物触点材料和载体材料连接。
根据本文中所述的实施方案，在制造电开关硬焊接头的上述方法中的硬焊通过感应硬焊，电阻硬焊，吹管硬焊，手工吹管硬焊或炉内硬焊进行。
在感应硬焊期间，用于熔化硬焊合金的热量由通过中频发电机馈电的感应线圈产生。所产生的电磁交变场加热接头组分中的全部的导热材料，如触点材料、载体材料和硬焊合金。对于根据本文中所述的实施方案的感应硬焊，使用感应硬焊装置。
对于电阻焊接，根据本文中所述的实施方案使用电阻焊接装置。热源是电流下的电阻加热。电流流过载体材料、触点材料和硬焊合金中的至少一个。直接电阻硬焊是指使用电流下的电阻加热来加热硬焊合金。间接的电阻硬焊是指使用电流下的电阻加热来加热触点材料和/或载体材料。使用直接和间接电阻硬焊来熔化硬焊合金。
根据本文中所述的实施方案的吹管硬焊是指手工、机器、或自动吹管硬焊。吹管硬焊是一种硬焊方法，其中通过将气体火焰置于待硬焊的材料上或附近来施加热量。
对于炉内硬焊，待硬焊的材料和硬焊合金被置于炉中。通过热量，合金熔化并且在待硬焊的材料和硬焊合金之间形成坚固的结合。在炉中，使用特殊的气氛。这种气氛取决于触点材料、载体和硬焊合金。典型的气氛包括惰性气体，真空或还原气氛，例如氢气。
对于制造电开关硬焊接头的全部的上述方法，任选地施用助焊剂以便防止氧化。
根据本文中所述的实施方案，上述的硬焊方法具有0.1-5秒的平均硬焊时间，除吹管硬焊和炉内硬焊外。在吹管硬焊方法中，平均硬焊时间是3-100秒，并且在炉内硬焊方法中，平均硬焊时间是100-1000秒。
根据本文中所述的实施方案，在硬焊前，合金可以是以下之一的形式：杆状物、线状物、箔状物、粉末状物、浆状物、带状物、条状物和预制件。
进行一系列实验以便发现用于电开关硬焊接头的合金，其提供了常见的硬焊材料的益处，但是通常来说其避免了典型地与应用银衬里层有关的成本。
虽然这些实验可用于说明本公开内容的某些特征和方面，但是它们绝不应当被解释为本公开内容的全部各个方面的穷举说明。每个实例作为解释说明而提供，不意味着限制。在偏离本文中所述的实验的情况下，包括但不限于，选择材料、和用于将那些材料结合的方法和操作参数，能够容易地实现本公开内容的许多优点。因此，本公开内容应当被宽泛地解释为包括由权利要求所涵盖的全部这样的变体和其等价物。
在进行润湿实验前，发明人研究了Cu-Ag-基硬焊合金在Ag-MeO基触点材料如Ag-SnO2上的润湿特性。通过挤压-烧结-再压方法，制备触点材料基材部件。通过将各自粉末混合并且将它们压成直径为6毫米或更小的小球来制造硬焊合金。将被压缩的小球置于基材上并且加热到其各自的熔化温度。然后将这些样品冷却并进行表征。测量润湿角，并且分析界面面积，特别是硬焊合金的反应深度（参见表1）。图4显示了在其润湿特性的试验期间各自的受试硬焊合金的被测量的特征的示意图。具体来说，图4显示了硬焊合金24，触点材料22和以°度量的润湿角20和以μm度量的硬焊合金23的反应深度的特征。
在下文中，将更详细地显示来自上述一系列润湿实验的实例实验的结果。对于据此受试的样品，商业的硬焊合金BCuP-5作为参考和对比例（在表1和图5中被标记为材料A）。其组成是80wt% Cu、15wt% Ag和5wt% P。对于本发明的实例，添加不同的氧化物添加剂到基础硬焊合金（在表1和图5中被标记为材料B-E）。与参考硬焊材料A相比，测试了这些硬焊合金以便研究氧化物添加剂对润湿特性的影响。在表1中，显示了这个实验的结果。取决于氧化物添加剂，观察到进入基材的某种反应深度。润湿角可以原地或在实验后通过金相分析来测量，而反应深度仅能够通过金相分析来测量。<30°的润湿角被评价为各自的硬焊合金的良好的润湿特性，然而>80°的润湿角被认为是差的润湿特性。反应深度应当小，以便限制对触点材料的影响和触点材料的消耗。
如可以由表1看出，作为氧化物添加剂的WO3（参见表1的硬焊合金E）的添加导致润湿特性的显著改善，同时相比于其他氧化物添加剂，还导致更低的反应深度。
表1
组成[wt%] 标记 平均润湿角[°] 最大反应深度[μm]
Cu-Ag-P(BCuP-5) A 76 10
Cu-Ag-P+CuO B 48 200
Cu-Ag-P+Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> C 88 430
Cu-Ag-P+CuO+Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> D 49 490
Cu-Ag-P+WO<sub>3</sub> E 20 70
在图5中，显示了上述的实验（参见表1）的显微照片。如可以从这些图像看出，在硬焊合金E（WO3添加剂）和触点材料之间的连接显示出约20°的润湿角和约70μm的有限的反应深度。因此，硬焊合金E显示出优异的润湿特性。
应当注意，在图5中的显微照片显示了在硬焊合金中的气孔（黑色圆形部分）和在硬焊合金和触点材料之间的界面。此外，表明硬焊合金C的显微照片显示了硬焊合金区域中的人为因素，其是在各自样品的金相制备期间出现的。
在下文中给出用于根据本发明使用的硬焊合金的进一步的实例。这些硬焊合金具有化学组成，其具有Cu-Ag-P和/或Ag-Cu-Zn合金作为基础体系，并且另外它们包含根据本发明的如下所述的添加剂：
实例1：74%Cu、18Ag%6%P、1%WO3、1%Bi2O3
实例2：77.5%Cu、14.5Ag%、5%P、2%CuO、1%Bi2O3
实例3：39%Cu、24Ag%、34%Zn、2%WO3、1%Bi2O3
实例4：20%Cu、53Ag%、21%Zn、3%CuO、2%Sn、1%Bi2O3
实例5：19%Cu、51Ag%、20%Zn、5%WO3、2%Sn、2%Bi2O3、1%CuO。
在本文中，除非另作说明，%等价于wt%。
发现根据实例1-5的硬焊合金在Ag-SnO2复合材料上显示出适于电开关硬焊接头的有利的可润湿性能。
图6和7显示了分别地使用实例1和2的合金的电开关硬焊接头的侧视图。如可以看出的，形成了没有过多缺陷的可靠的接头。图6和7中显示的硬焊焊脚表明良好的流动性和润湿角，附图还显示了有限的渗透深度（没有明显的电极侵蚀）。因此，这些附图显示可靠的接头能够通过使用根据本发明的硬焊合金来形成，即使在被硬焊的部分上没有Ag层的情况下。
图8a显示了电开关的触点材料的部分表面的顶视图，使用实例2的合金来结合。白色正方形对应于接触表面并由此也对应于接头区域。
图8b显示了图8a的电开关的电开关硬焊接头的接头区域的图像。图8b显示了通过超声波测试获得的结合区域的测量情况。这里，黑色部分表明结合区域，而白色斑点表明硬焊接头中的缺陷（这里：气孔)。图8b显示了约95%结合区域，其是极好结合的指征。

Claims (23)

1.一种合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，
所述合金组成由以下构成：
选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，
余量是Ag，任选地Cu和Zn中的至少一种，以及杂质；
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和
第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%，
其中在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间形成硬焊接头。
2.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
余量是Ag和Cu，任选地P和Zn中的至少一种，以及杂质；
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和
第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
3.根据权利要求2的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为最高达15.0wt%。
4.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
余量是Cu-Ag-P，任选的Zn，以及杂质；
和
第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
5.根据权利要求4的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
第II组：Bi2O3、CuO、MoO3、TeO2、WO3和ZnO，总量为0.1至15.0wt%。
6.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
固相线温度是至少600℃，且液相线温度是小于950℃。
7.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
在没有助焊剂的情况下能够使用该硬焊合金。
8.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
第I组由以下构成：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为5.0至20.0wt%。
9.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
第II组由以下构成：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.5至8.0wt%。
10.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
第II组由以下构成：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，总量为0.5至8.0wt%。
11.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
Cu、Ag和Zn中的至少一种的总量是20.0至80.0wt%。
12.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
余量中的Zn的量是5.0至40.0wt%。
13.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
载体材料包括Al、Al基合金、Cu、Cu基合金和Fe基合金中的至少一种，并且其中
Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO。
14.根据权利要求1的合金作为用于电开关硬焊接头的硬焊合金的用途，其中
载体材料包括钢，并且其中
Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO。
15.电开关硬焊接头，其包括
Ag-金属氧化物触点材料，
载体材料，和
在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间的硬焊夹层，
通过用作为组成由以下构成的硬焊合金的合金进行硬焊来形成电开关硬焊接头，
选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，
余量是Ag，杂质，以及Cu和Zn中的至少一种；
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和
第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
16.根据权利要求15的电开关硬焊接头，其中
满足a）和b）中的至少一个：
a）Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO；和
b）载体材料包括以下中的至少一种：Al、Al基合金、Cu、Cu基合金和Fe基合金。
17.根据权利要求15的电开关硬焊接头，其中
满足a）和b）中的至少一个：
a）Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO；和
b）载体材料包括钢。
18.电开关，
其具有根据权利要求15、16或17的硬焊接头。
19.制造电开关硬焊接头的方法，包括
提供Ag-金属氧化物触点材料，
提供载体材料，
在Ag-金属氧化物触点材料和载体材料之间提供合金，
通过用作为硬焊合金的合金进行硬焊将Ag-金属氧化物触点材料与载体材料连接，其中
所述合金组成由以下构成：
选自下列的第I组和第II组中的每一组的至少一种要素，
余量是Ag，Cu和Zn中的至少一种，以及杂质；
第I组：Cd、Mn、Ni、P、Sb、Si、Sn、Ti和其氧化物，总量为0.5至45.0wt%；和
第II组：Bi、Mo、Te、W和其氧化物，Cu和Zn的氧化物，总量为0.1至15.0wt%。
20.根据权利要求19的制造电开关硬焊接头的方法，其中
满足a）和b）中的至少一个：
a）Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO；和
b）载体材料包括以下中的至少一种：Al、Al基合金、Cu、Cu基合金和Fe基合金。
21.根据权利要求19的制造电开关硬焊接头的方法，其中
满足a）和b）中的至少一个：
a）Ag-金属氧化物触点材料包括以下中的至少一种：Ag-CdO、Ag-SnO2和Ag-ZnO；和
b）载体材料包括钢。
22.根据权利要求19、20或21的制造电开关硬焊接头的方法，其中
所述硬焊通过感应硬焊、电阻硬焊、吹管硬焊或炉内硬焊进行。
23.根据权利要求19-21中任一项的制造电开关硬焊接头的方法，其中根据权利要求1-14中任一项使用硬焊合金。
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