DD245088A1

DD245088A1 - WEAR-RESISTANT SANDWICH SYSTEM FOR SLIDING CONTACTS

Info

Publication number: DD245088A1
Application number: DD28487085A
Authority: DD
Inventors: Renate Gesemann; Juergen Spindler; Frank Mueller; Sabine Koerner; Gerhard Gebhardt
Original assignee: Mittweida Ing Hochschule
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sandwichsystem aus wiederholt aufgebrachten Kontaktschichtanordnungen aus mindestens zwei Kontaktschichten auf einer Diffusionssperrschicht, die nach einer Einlaufphase des Gleitkontaktes elektrisch und mechanisch verschleissfeste Pseudolegierungen bilden. Nach dem Verschleiss der obersten Kontaktschichtanordnung uebernimmt die naechste die Funktion des Gleitkontaktes. Die Erfindung ist fuer gleitende Kontakte mit hoechsten Anspruechen an die Lebensdauer geeignet.The invention relates to a sandwich system consisting of repeatedly applied contact layer arrangements comprising at least two contact layers on a diffusion barrier layer, which form electrically and mechanically wear-resistant pseudo alloys after an entry phase of the sliding contact. After the wear of the uppermost contact layer arrangement, the next takes over the function of the sliding contact. The invention is suitable for sliding contacts with the highest life expectancy.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch und mechanisch verschleißtes Sändwichsystem aus Kontaktschichten für Gleitkontakte, insbesondere für Kommutierungssysteme für Mikromotoren mit höchsten Lebensdaueransprüchen.The invention relates to an electrically and mechanically worn Sändwichsystem of contact layers for sliding contacts, in particular for commutation for micromotors with highest life expectancy.

Characteristic of the known technical solutions

An Edelmetall-Kontaktschichtsysteme für Gleitkontakte kleiner elektrischer Maschinen, besonders an Kommutierungssysteme für Mikromotoren werden höchste Anforderungen in bezug auf Lebensdauer bei einem kleinen elektrischen und mechanischen Verschleiß und kleinem konstanten Kontaktwiderstand gestellt.Precious metal contact layer systems for sliding contacts of small electrical machines, in particular commutation systems for micromotors, are subject to the highest demands in terms of service life with low electrical and mechanical wear and small constant contact resistance.

Bekannte Lösungen für derartige Gleitkontakte in Schichtausführung geben von einem als Isolator oder Leiter ausgebildeten Tragkörper aus, auf dem z.B. nach DD-WP 221 885 A1 eine Zwischenschicht aus Ni_xPy mit einer Stärke von 1-10/xm und einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5-5/xm und darauf eine Kontaktschicht aus Gold, Silber, Kupfer oder einer Silber-Palladium-^ Legierung angeordnet ist..Known solutions for such sliding contacts in layer design give of a designed as an insulator or conductor support body on the example, according to DD-WP 221 885 A1 an intermediate layer of Ni _x Py with a thickness of 1-10 / xm and a surface roughness of 0.5 -5 / xm and on a contact layer of gold, silver, copper or a silver-palladium ^ alloy is arranged ..

Die elektrische Verschleißfestigkeit von reinen Metallen wie Gold- und Silberkontaktschichten für Kommunitierungssysteme ist für bestimmte elektrische Maschinen kleiner Leistung, z. B. für Mikromotoren verbunden mit einer Langzeitstabilität der Laufeigenschaften nicht ausreichend. Galvanische Silber-Palladium-Legierungsbäder sind nicht hinreichend stabil und deshalb für die Herstellung von Silber-Palladium-Legierungsschichten für Gleitkontakte nicht einsetzbar. Es ist bekannt, z. B. für Steckverbinder Sandwichstrukturen aus verschiedenen Edelmetallkontaktschichten mit einer Hauchvergoldung einzusetzen (z.B. von Großmann u.a. Zeitschrift Metall 36, 7,1982, S.764 „Verschleißverhalten des Sandwichsystems Nickel-Palladium-Gold"). Dadurch wird ein verminderter Goldeinsatz bei ähnlicher Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit erreicht. Aber auch diese reinen Metallschichten sind für Kommutierungssysteme z. B. für Mikromotoren mit höchsten Anforderungen an die elektrische und mechanische Verschleißfestigkeit bei einer Langzeitstabilität der Laufeigenschaften nicht geeignet.The electrical wear resistance of pure metals such as gold and silver contact layers for communication systems is low for certain electrical machines, e.g. B. for micromotors associated with a long-term stability of the running properties is not sufficient. Galvanic silver-palladium alloy baths are not sufficiently stable and therefore can not be used for the production of silver-palladium alloy layers for sliding contacts. It is known, for. B. for connectors sandwich structures made of different noble metal contact layers with a touch gilding use (eg by Großmann et al magazine metal 36, 7, 1986, p.764 "wear behavior of the sandwich system nickel-palladium-gold") .This is a reduced gold use with similar corrosion resistance and wear resistance However, even these pure metal layers are not suitable for commutation systems, for example for micromotors with the highest demands on the electrical and mechanical wear resistance with long-term stability of the running properties.

Object of the invention

Durch die Erfindung soll eine Erhöhung der elektrischen und mechanischen Verschleißfestigkeit bei niedrigem und konstantem Kontaktwiderstand und höchsten Ansprüchen an die Lebensdauer von Gleitkontakten besonders für Kommutierungssysteme von Mikromotoren erreicht werden.By the invention, an increase in the electrical and mechanical wear resistance at low and constant contact resistance and the highest demands on the life of sliding contacts to be achieved especially for commutation of micromotors.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sandwichsystem aus Kontaktschichten zu schaffen, das sich für Gleitkontakte mit höchsten Ansprüchen an die Lebensdauer bei niedrigen elektrischem und mechanischem Verschleiß und kleinem und konstantem Kontaktwiderstand, insbesondere Kommutierungssysteme für Mikromotoren, eignet.The invention has for its object to provide a sandwich system of contact layers, which is suitable for sliding contacts with the highest demands on the life with low electrical and mechanical wear and small and constant contact resistance, in particular commutation for micromotors.

Ausgehend von einem Gleitkontakt, bei dem auf einer harten Diffusionssperrschicht eine Edelmetallschicht oder -legierung angeordnet ist, wird ein Kontaktierungssystem wiederholt als Sandwicht angeordnet.Starting from a sliding contact, in which a noble metal layer or alloy is arranged on a hard diffusion barrier layer, a contacting system is repeatedly arranged as a sandwich.

Das Sandwichsystem besteht aus mehreren Anordnungen von nacheinander aufgebrachter Diffusionssperrschicht und jeweils mindestens zwei Kontaktschichten von Metallen, die elektrisch und mechanisch verschleißfeste Legierungen bilden. Die Grundrauhigkeit, die z.B. durch einebnende Bäder eingestellt wird, liegt in der Größenordnung der Einzelschichtdicken der Kontaktschichten bzw. Diffusionssperrschicht.The sandwich system consists of several arrangements of successively applied diffusion barrier layer and in each case at least two contact layers of metals which form electrically and mechanically wear-resistant alloys. The basic roughness, e.g. is adjusted by leveling baths, is of the order of the individual layer thicknesses of the contact layers or diffusion barrier layer.

Das fertige Sandwichsystem auf einem Gleitkontakt, z. B. eines Kommutierungssystems für Mikromotoren, bildet in der Anfangsphase des Einsatzes (Einlaufphase) durch das Gleiten der Bürste und damit einen Verschleiß der Rauhigkeitsspitzen der obersten Metallschicht eine bestimmte Anordnung. Nebeneinander sind Kristallbereiche der oberen und darunter befindlichen Metallschicht, später auch der Diffusionssperrschicht, in der Laufzone vorhanden. In der Laufzone liegt eine Phasenverteilung vor, die einer angestrebten Pseudolegierung entspricht, und die wesentlich elektrisch und mechanisch verschleißfester ist als die Einzelmetallschichten. Nach dem Verschleiß des obersten Kontaktschichtsystems aus mindestens zwei Kontaktschichten und Diffusionssperrschicht erfüllt das zweite Kontaktschichtsystem im Sandwich voll die Aufgaben an einen Gleitkontakt. Entsprechend den Forderungen an die Lebensdauer wird die Anzahl der Kontaktschichtsysteme im Sandwich festgelegt.The finished sandwich system on a sliding contact, z. B. a commutation system for micromotors, forms in the initial phase of the use (run-in phase) by the sliding of the brush and thus wear of the roughness peaks of the uppermost metal layer a particular arrangement. Side by side, crystal regions of the upper and lower metal layer, later also the diffusion barrier layer, are present in the running zone. In the running zone, there is a phase distribution which corresponds to a desired pseudoalloy, and which is substantially more electrically and mechanically more resistant to wear than the individual metal layers. After the wear of the uppermost contact layer system comprising at least two contact layers and diffusion barrier layer, the second contact layer system in the sandwich fully fulfills the tasks of sliding contact. According to the demands on the service life, the number of contact layer systems is set in the sandwich.

embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.The invention will be explained below using an exemplary embodiment.

Auf einem zylindrischen Keramikgrundkörper, der eine nach dem DD-WP 222734 hergestellte Lamellenschichtstruktur aufweist, wird mit einem Trommelgalvanisierverfahren aus einem einebnenden galvanischen Kupferbad eine Schicht von ca. 15μ.ιηOn a cylindrical ceramic base body, which has a lamellar layer structure produced according to DD-WP 222734, a layer of about 15μ.ιη. With a Trommelgalvanisierverfahren from a leveling galvanic copper bath

abgeschieden. Sie dient einem über die Laufzeit konstanten kleinen Kontaktwiderstand. Daraus wird eine chemisch-reduktivdeposited. It serves a constant contact resistance over the runtime. This becomes a chemical-reductive

abgeschiedene Ni_xP_y-Schicht von ca. 3μηη als Diffusionssperrschicht angeordnet. Die Rauhigkeit dieser Anordnung beträgt ca.deposited Ni _x P _y layer of about 3μηη arranged as a diffusion barrier layer. The roughness of this arrangement is approx.

2μΓη. Darauf wird ein Sandwich mit folgenden nacheinander abgeschiedenen Schichten von jeweils 2μ.ιη aufgebaut:2μΓη. Then a sandwich with the following successively deposited layers of 2μ.ιη is built up:

Pd-Ni-Ni_xP_x-Pd-Ni-Ni_xP_x-Pd-Ni.Pd-Ni-Ni _x P _x -Pd-Ni-Ni _x P _x -Pd-Ni.

Nach einer Einlaufphase des Kommutierungssystems gegen eine AgPd30-Bürste ist in der Laufzone eine Pseudolegierung aus PdNi vorhanden. Das Kontaktschicht-Sandwich-System wurde über 3000h in Mikromotoren erfolgreich eingesetzt.After a running-in phase of the commutation system against an AgPd30 brush, a pseudo alloy of PdNi is present in the running zone. The contact layer sandwich system has been used successfully in micromotors over 3000h.

Claims

Invention claim:

1. Wear-resistant sandwich system for sliding contacts with surface contact disks on a hard diffusion barrier layer, characterized in that a contact layer system consisting of at least two contact layers and an underlying diffusion barrier layer with a roughness on the order of the layer thicknesses and after an entry phase of the sliding contact in the running zone forms electrically and mechanically wear-resistant pseudo alloy, is arranged several times as a sandwich.

2. Wear-resistant sandwich system according to item 1, characterized in that the sandwich of contact layers of the arrangement
Ni _x Py-Pd-Ni-Ni _x P ₇ -Pd-Ni-Ni _x Py-Pd-Ni.

3. Wear-resistant sandwich system according to item 1, characterized in that the sandwich of contact layers of the arrangement
-Ni _x Py-Pd-Ag-Ni _x Py-Pd-Ag-Ni _x Py-Pd-Ag.

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Field of application of the invention