CN1244939C - 电触点材料及开关 - Google Patents
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Abstract
本发明为电触点材料，该电触点材料通过使在Ag-Cu合金中添加Te或Bi，再添加可改善加工性的In或Zn而形成的合金发生内部氧化制得。在Ag-Cu合金中所添加的Te或Bi不仅保持Ag-CuO系电触点材料的接触电阻稳定性，而且提高耐熔敷性、耐消耗性。合金中各成分的浓度较好为Cu：0.5～10.0重量%，Te或Bi：0.01～1.0重量%，In或Zn：0.5～10.0重量%。
Description
技术领域
本发明涉及适用于家电产品所使用的开关的电触点材料。特别涉及不含影响环境的Cd，开关小型化时耐熔敷性、耐消耗性也优良的，并且将接触电阻控制在低水平，可最大程度地抑制通电中温度的上升的电触点材料。
背景技术
机械式开闭电路的电触头一般称为电触点。该电触点必须通过金属和金属接触，无障碍地传输流入触点的电流·信号，以及断开时无障碍地分离。
电触点的结构本身比较简单，但其触点表面会发生各种物理、化学现象。例如吸附、氧化、硫化、有机化合物的合成，还有放电过程中的熔融、蒸发、消耗、转移等，该现象非常复杂，有很多在学术上还无法解释清楚。
如果发生氧化、硫化等如上所述现象，则会损害电触点的接触功能，有时甚至使接触功能失效(例如导通不良)，决定装有电触点的电气制品等的寿命和性能。这意味着电触点是决定电气制品等的寿命和性能的重要部件之一。
近年来，随着电子·电工技术的迅速发展，电触点的使用范围非常广泛，从电信电话及各种电子设备等弱电领域扩大到截断大电流的电力设备等强电领域。由此，所要求的功能也是千差万别，因此要开发具有符合使用目的的特性的电触点，目前市场上已有很多种电触点。
到目前为止，电触点材料中较早为人所熟知的有Ag-CdO系电触点材料。该材料被认为可均衡地满足所需的特性，但是Cd是对人体有害的元素，而且还受到近来的环境问题等的制约，人们不希望该产品的制造及使用。而且，在欧洲，Cd系材料将于2006年7月起被禁止使用，因此今后就需要开发出不含Cd的电触点材料。
人们熟知的不含Cd的电触点材料例如有Ag-SnO2-In2O3-NiO系的电触点材料，该电触点材料在用于继电器的情况下，耐熔敷性、耐消耗性优良，在继电器等方面具有多个实用化的实际成果，但是它存在接触电阻不稳定的问题。将这些电触点材料实际应用于开关时，明显不能满足温度上升在30℃以下的UL的标准。
与此相对，所知的接触电阻稳定在较低水平的电触点材料为Ag-CuO系的电触点材料。该电触点材料用于开关时，是接触电阻稳定在较低水平，在温度上升方面能满足UL标准的优良材料。但是，在材料的耐熔敷性及耐消耗性上还不具有令人充分满意的特性，因此如何提高耐熔敷性、耐消耗性就成为技术上需要解决的问题。
因此，作为解决Ag-CuO系的电触点材料的问题的手段，提出了在该电触点材料中再添加第3金属元素的方法。该第3元素例如有日本特许公开公报昭51-136171号公报所述的添加In或Sn的方法，以及日本特许公开公报昭51-137873号公报所述的将Mn、Sb及Ge等作为第3金属元素添加的方法。
但是，受近年来要求开关小型化的影响，需要进一步改善这些触点材料的耐熔敷性、耐消耗性。特别是家电产品中所用的开关最近小型化进程迅速，而采用以往技术生产的电触点材料，在耐熔敷性、耐电压特性、温度上升的标准上显然存在局限性。
本发明就是针对以上情况完成的，本发明提供一种电触点材料，该材料能全面改善以往所用的Ag-CdO系触点的环境问题，Ag-SnO2-In2O3-NiO系电触点的缺点，即接触电阻的不稳定性所引发的温度上升的问题，还有Ag-CuO系电触点的缺点，即耐熔敷性、耐消耗性的问题。还提供一种开关，该开关通过采用前述触点材料，在比以往更小型的情况下，也具有优良的耐熔敷性、耐消耗性、低接触电阻等。
发明内容
本发明者针对在保持Ag-CuO系电触点材料的接触电阻稳定性的同时，提高其耐熔敷性、耐消耗性的课题进行了深入研究，结果发现，使在Ag-Cu合金中添加Te或Bi所形成的合金发生内部氧化制造出的电触点材料与使Ag-Cu合金发生内部氧化制造出的电触点材料相比，其耐熔敷性、耐消耗性有飞跃性的提高。
但是，本发明者同时又发现存在如下问题：仅通过使在Ag-Cu合金中添加Te或Bi所形成的合金发生内部氧化制造出的电触点材料，加工性差，不易加工成铆钉型触点这类实用的电触点(电触头)。
因此本发明者又进行了更深入地研究发现：通过在Ag-Cu-Te合金或Ag-Cu-Bi合金中再添加In或Zn，具有防止添加Te或Bi所引起的加工性劣化的效果，并由此想到了本发明。
本发明的第1类电触点材料为在Ag-Cu-Te合金中添加In或Zn所形成的材料。即本发明是使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的In和剩余部分为Ag构成的Ag-Cu-Te-In合金发生内部氧化形成的电触点材料，以及使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分为Ag构成的Ag-Cu-Te-Zn合金发生内部氧化形成的电触点材料。
本发明的第2类电触点材料为在Ag-Cu-Bi合金中添加In或Zn形成的材料。即是使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的In和剩余部分为Ag构成的Ag-Cu-Bi-In合金发生内部氧化形成的电触点材料，以及使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分为Ag构成的Ag-Cu-Bi-Zn合金发生内部氧化形成的电触点材料。
本发明的4种电触点材料通过内部氧化处理使CuO分散于Ag中，为提高耐熔敷性和耐消耗性而添加Te或Bi，为改善添加Te或Bi所引起的加工性劣化再分别添加In或Zn，因此将电触点材料应用于开关时，可以充分满足所需的特性。
Ag-Cu合金中的Cu通过内部氧化处理形成CuO，分散于Ag基质中，但CuO不同于其它氧化物之处是即使氧化物增加到12重量％左右，仍能保持接触电阻低的状态。因此可作为本发明电触点材料中的基础氧化物。在本发明的电触点材料中，Cu必须在0.5～10.0的范围，实际较好为3.0～8.0重量％。Cu如果未满0.5重量％，难以制造出具有实用水平特性的电触点材料。如果超过10.0重量％，虽然是对接触电阻影响少的CuO，但接触电阻开始显著上升，而且实际负荷下的开闭过程中消耗量也增加，由此用于开关时绝缘劣化显著。
Te或Bi是使本发明的电触点材料的耐熔敷性、耐消耗性提高的主要的添加元素，在本发明的电触点材料中，Te或Bi必须在0.01～0.1的范围，实际较好为0.2～0.7重量％。
In或Zn是在本发明的电触点材料中，为改善添加Te或Bi时所引起的加工性劣化而追加的添加元素。在本发明的电触点材料中，In或Zn必须在0.5～10.0的范围，实际较好为2.0～5.0重量％。
本发明的电触点材料的制造，与以往的电触点材料的制造方法基本相同。即，采用熔炼铸造法等制造目标组成的合金，通过在氧气氛下将其加热进行内部氧化处理后，实施规定的加工。这里，本发明的电触点材料的内部氧化处理时的条件，无论哪一种合金都较好为氧气压为0.2～10气压，温度为600～850℃，加热时间为12～72小时。
以上说明的本发明的电触点材料都能将接触电阻保持在较低的状态，并且同时还具有耐消耗性、耐熔敷性。使用本发明的电触点材料作为电触头的开关，可在小型化的同时仍具有上述特性，有助于今后家电产品的小型化。
附图说明
图1为实施例1的电触点材料的剖面组织照片。
图2为实施例4的电触点材料的剖面组织照片。
图3为比较例2的电触点材料的剖面组织照片。
图4为比较例3的电触点材料的剖面组织照片。
具体实施方式
以下，结合比较例说明本发明的最佳实施方式。在本实施方式中，实施例1～4为表1所示组成的电触点材料，表1～表3所记载的比较例1～3是用于和实施例作比较的采用以往技术所形成的电触点材料(单位为重量％)。
表1
| Ag | Cu | Te | Bi | In | Zn | |
| 实施例1 | 剩余部分 | 6.5 | 0.5 | - | 3.0 | - |
| 实施例2 | 剩余部分 | 6.5 | 0.5 | - | - | 3.0 |
| 实施例3 | 剩余部分 | 6.5 | - | 0.5 | 3.0 | - |
| 实施例4 | 剩余部分 | 6.5 | - | 0.5 | - | 3.0 |
| 比较例1 | 剩余部分 | 6.5 | - | - | - | - |
表2
| Ag | Sn | In | Ni | |
| 比较例2 | 剩余部分 | 7.0 | 3.0 | 0.2 |
表3
| Ag | Cd | |
| 比较例3 | 剩余部分 | 11.0 |
实施例1～4及比较例1～3的电触点材料的制造方法为如下的方法：用通常的高频熔化炉，将表1～3的各组成的Ag合金熔化后，铸成锭。然后将该锭用热挤压法加工成φ6mm的线材。接着，通过反复退火和拉丝，将该线材加工到φ2mm，按长2mm进行切断，制成φ2mm×2mmL的小片。将该小片在氧气压为5个大气压、温度700℃下进行48小时的内部氧化处理，集中内部氧化处理后的小片，将其压缩成型，形成φ50mm的圆柱坯条。
将该圆柱坯条装入圆筒容器中，从圆柱的横向施加压力，对圆柱坯条进行挤压加工。在该挤压加工中，由于圆柱坯条的侧面被圆柱容器固定，所以可在圆柱横向变形，而不能在与其垂直的圆柱侧面方向变形。该挤压加工后，进行850℃、4小时的烧结处理。该挤压加工及烧结处理反复进行6次。
经过挤压加工及烧结处理的坯条再次用热挤压法加工成φ6mm的线材。然后，通过拉丝加工形成直径2.3mm的线材，用镦锻机制造出头径3.5mm，头厚1mm的铆钉型触点。
接着，用以下方法对经上述工序制造出的实施例1～4及比较例1～3的铆钉型触点进行评价。
温度上升值的测定：将铆钉型触点装入具有20g接触力的开闭机构的温度上升测定试验机中，在AC125C、10A的电阻负荷下进行了1万次的预开闭后，测定在AC125V、10A的电阻负荷下连续通电中的温度上升值。观察试验后的铆钉型触点的状态，研究有无熔敷。还有，实际开关中，接触力多为100g以上，就本试验条件的温度上升，为加速的试验，可认为40℃以下为实用化的水平。
耐熔敷性的研究：对各铆钉型触点进行了耐熔敷性试验。耐熔敷性试验是将铆钉型触点装入20g接触力的开闭机构中，在AC125V下以冲击电流78A、稳态电流5A的TV-5标准的灯为负荷，开闭1万5千次，调查在开闭中有无触点熔敷的试验。开闭中发生熔敷，即使是一次也为NG，不发生熔敷为OK。
表4为温度上升值的测定结果及耐熔敷性的评价结果。从该温度上升值的测定结果可知，实施例1～4和比较例1、3达到可实用化的水平，但比较例2的温度上升值高升为78℃，较高。这意味着Ag-SnO2-In2O3-NiO系电触点材料应用于开关时，难以满足温度上升的标准。
表4
| 温度上升值 | 耐熔敷性 | |
| 实施例1 | 36℃ | OK |
| 实施例2 | 34℃ | OK |
| 实施例3 | 33℃ | OK |
| 实施例4 | 31℃ | OK |
| 比较例1 | 29℃ | NG |
| 比较例2 | 78℃ | OK |
| 比较例3 | 28℃ | OK |
从耐熔敷性的试验结果可知，所有的实施例和比较例2、3都为OK，只有比较例1为NG。无添加元素的Ag-CuO系电触点材料的耐熔敷性较低。根据以上的研究，比较例1在耐熔敷性上存在问题，而比较例2在通电中的温度上升上存在实用化问题。另外比较例3虽在耐熔敷性、温度上升上不存在问题，但毕竟是含有Cd的材料，因此会给今后的实用化带来障碍。
材料组织的观察：最后，对观察金属剖面组织(倍率400倍)后的结果进行说明。图1、2分别为实施例1、4的剖面组织，图3、4分别为比较例2、3的剖面组织。实施例1、4分散着较大的氧化物，具有和比较例3的Ag-CdO系触点材料相同的剖面组织。而比较例2的剖面组织分散着非常细微的氧化物。一般认为，触点表面因触点开闭中所产生的电弧发生熔融时，氧化物细微的情况下易发生氧化物的凝集，由此引起温度上升。通过剖面组织观察也验证了比较例3(比较例2)的触点材料的温度上升值高。
本发明所属的实施例1、4的电触点材料由于分散着大的氧化物，因此有利于控制通电过程中的温度上升，并且还通过添加Te或Bi确保了耐熔敷性。又通过添加In或Zn来改善添加Te或Bi所降低的加工性，是一种更新换代的材料。根据以上所述，本发明的触点材料是能够同时解决环境问题、温度上升问题、耐熔敷性问题这3个问题的非常优异的触点材料，而这3个问题以往触点材料是不能同时解决的。
Claims (5)
1.电触点材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的In和剩余部分为Ag所构成的Ag-Cu-Te-In合金发生内部氧化而形成。
2.电触点材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分为Ag所构成的Ag-Cu-Te-Zn合金发生内部氧化而形成。
3.电触点材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的In和剩余部分为Ag所构成的Ag-Cu-Bi-In合金发生内部氧化而形成。
4.电触点材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分为Ag所构成的Ag-Cu-Bi-Zn合金发生内部氧化而形成。
5.开关，其特征在于，使用权利要求1～4中任一项所述的电触点材料作为电触头。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20060308 |