DE1234397B

DE1234397B - Verwendung von Gold- und/oder Silber-Legierungen als Werkstoff fuer elektrische Kontakte und Verfahren zur Herstellung von Kontakten

Info

Publication number: DE1234397B
Application number: DE1954D0019155
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Duerrwaechter
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1954-11-20
Filing date: 1954-11-20
Publication date: 1967-02-16

Description

Verwendung von Gold- und/oder Silber-Legierungen als Werkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zur Herstellung von Kontakten Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Gold- und/oder Silber-Legierungen als Werkstofffür elektrische Kontakte und auf Verfahren zur Herstellung solcher Kontakte.
Es ist bekannt, daß elektrische Kontakte aus Silber, Gold oder Legierungen dieser Edelmetalle miteinander oder mit Unedelmetallen dann besonders widerstandsfähig gegen Verkleben sind, wenn man sie mit Quecksilber legiert.
Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß bei Stromdurchgang durch derartige Quecksilber enthaltende Kontakte die anfänglich guten Kontakteigenschaften rasch wieder verschwinden, da das Quecksilber infolge seines hohen Dampfdruckes bei der unvermeidlichen Funkenbildung an den Kontakten -was auch für das Feinwanderungsgebiet zutrifftrasch verdampft. Diese Ausführungen treffen sinngemäß auch auf elektrisches Kontaktmaterial zu. Unter elektrischem Kontaktmaterial versteht man bekanntlich Halbzeug aus Blechen, Bändern, Drähten und Röhren zur Herstellung von Kontaktfedern, Kontaktteilen, wie Kontaktfingern, Kontaktbrücken, sowie Schleifringen, Kollektorsegmenten usw. Solches Halbzeug besteht gleichfalls häufig aus Edelmetallen bzw. deren Legierungen miteinander und/oder mit Unedelmetallen. Unter Kontaktmaterial versteht man ferner auch Edelmetalle bzw. deren Legierungen, die auf Unedelmetallen wie Kupfer bzw. dessen Legierungen oder Eisen bzw. dessen Legierungen aufplattiert sind.
überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß die Eigenschaften der Kontakte bzw. des Kontaktmaterials wesentlich verbessert werden durch die Verwendung einer Legierung aus 0,1 bis 25% Gallium, gegebenenfalls bis zu 25 % Kupfer, Nickel und/oder Kobalt, Rest 60 bis 95% Gold und/oder Silber als Werkstoff für massive elektrische Kontakte oder für die Oberflächenschicht elektrischer Kontakte, insbesondere für die Plattierungsschicht auf einer aus Unedelmetallen bestehenden Unterlage elektrischer Kontakte. Derartige erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen zeigen sowohl im Niederspannungsgebiet als auch im Hochspannungsgebiet sehr gute Eigenschaften, die sich auch anders als die der Amalgame nach sehr langer Betriebsdauer nicht ändern.
Für die genannten Zwecke ist gerade Gallium wegen seines hohen Siedepunkts (2064° C) besser als die anderen Elemente seiner Gruppe geeignet. Indium und Thallium, die zwar wie Gallium ebenfalls zur III. Gruppe des Periodischen Systems gehören und aus anderen Gründen schon als Legierungsbestandteile von Kontaktwerkstoffen auf Silber- bzw. Goldbasis bekannt sind, haben einen niedrigeren Siedepunkt, Bor, das als Legierungsbestandteil von- Kon-= taktwerkstoffen auf Silberbasis bekannt ist, hat zwareinen noch höheren Siedepunkt als Gallium; bildet jedoch ebenso wie Aluminium glasflußähnliche überzüge auf den Kontakten.
Es ist bis jetzt noch nicht gelungen, genau festzustellen, worauf diese besonders guten Kontakteigenschaften der Gallium enthaltenden Edelmetallkontakte zurückzuführen sind, zweifellos spielt der außerordentlich geringe Dampfdruck des Galliums dabei eine maßgebliche Rolle. Vermutlich ist jedoch auch die Bildung von Oberflächenschichten aus Galliumoxyd auf den Kontaktoberflächen von großem Einfiuß. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß Zusätze von Indium zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, das dann dort das Gallium bis zur Hälfte ersetzen kann, von vorteilhaftem Einfluß auf die Kontakteigenschaften der derart zusammengesetzten erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen sind. Diese Eigenschaften dürften ebenfalls auf den geringen Dampfdruck des Indiums bzw. auf -die Bildung von Oberflächenschichten aus Indiumoxyd zurückzuführen sein.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen eignen sich besonders als Plattierungsschicht auf einer aus Eisen bestehenden Unterlage für elektrische Kontakte.
Die Herstellung des Kontaktwerkstoffs läßt sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen.
Der einfachste Weg ist das Zusammenlegieren der verschiedenen- Legierungskomponenten durch Schmelzen. -- Nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren werden die geformten Stücke oberflächlich mit flüssigem Gallium bzw. einer Legierung aus Gallium und Indium überzogen, worauf durch Wärmebehandlung von nicht über 300° C das Gallium bzw. das Gallium und Indium in die Oberfläche der Gold- und/oder Silberlegierung eindiffundiert werden.
Nach noch einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren können die geformten Stücke auf galvanischem Wege mit einem Galliumüberzug versehen werden, worauf durch eine Wärmebehandlung von nicht über 300° C das Gallium in die Gold- und/oder Silberlegierung eindiffundiert wird.
Schließlich kann -der Kontakt aus einer Gold-und/oder Silberlegierung zuerst mit einer galvanischen Indiumschicht und anschließend mit einer galvanischen Galliumschicht überzogen werden, worauf beide Schichten durch eine Wärmebehandlung von nicht über 300° C in die Gold- und/oder Silberlegierung eindiffundiert werden. Das Aufbringen der Indiumschicht kann mehrfach wiederholt werden, wodurch es möglich ist, mindestens an der Oberfläche erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen zu erhalten, in denen Gallium bzw. Gallium und Indium bis zu 25 % des Edelmetalls vertreten ist. Die verhältnismäßig niedrige Diffusionstemperatur hat den großen Vorteil, daß die so hergestellten Edelmetallstücke ihre ursprüngliche Verformungshärte beibehalten.

Weiterhin ist das Eindiffundieren des auf das Edelmetall aufgeschmolzenen bzw. auf galvanischem Wege aufgetragenen Galliums bzw. Galliums und Indiums insofern von außerordentlich großem Vorteil, als nur die für Kontaktzwecke benötigte Oberfläche aus der betreffenden Legierung bestehen muß, während ein Kern aus reinen Edelmetallen bzw. Edelmetallegierungen ohne Gallium und Indium bestehen bleibt. Dadurch ist eine Verbilligung der Kontakte erreicht, da Gallium und Indium verhältnismäßig sehr teure Werkstoffe darstellen. Ausführungsbeispiele

Gold ...... 959/o Gold ...... 901/o Silber ...... 90%

Gallium .... 5% Gallium .... 81/o Gallium .... 101/o

Indium .... 2%

Silber ...... 809/o Silber ...... 95%

Kupfer ..... 5 % Nickel ..... 1%

Gallium .... 1511o Gallium .... 4%

Silber ...... 809/o Silber ...... 909/o Silber ...... 75%

Gold ...... 101/o Gallium .... 7% Gallium .... 10%

Gallium .... 109/o Indium .... 39/o Indium .... 159/o

Die auf den gezeigten verschiedenen Wegen hergestellten Kontaktmaterialien können anschließend durch spanlose oder spanabhebende Bearbeitung zu den fertigen Kontakten verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Legierung aus 0,1 bis 25% Gallium, gegebenenfalls bis zu 259/o Kupfer, Nickel und/oder Kobalt, Rest 60 bis 95% Gold und/oder Silber als Werkstoff für massive elektrische Kontakte oder als Werkstoff für die Oberflächenschicht elektrischer Kontakte, insbesondere als Werkstoff für die Plattierungsschicht auf einer aus Unedelmetallen bestehenden Unterlage elektrischer Kontakte.
2. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung, bei der jedoch das Gallium bis zur Hälfte durch Indium ersetzt ist, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 1 oder 2 genannten Zusammensetzung als Werkstoff für die Plattierungsschicht auf einer aus Eisen bestehenden Unterlage elektrischer Kontakte.
4. Verfahren zur Herstellung von Kontakten mit dem Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwerkstoff auf dem Schmelzwege hergestellt wird und anschließend spanlos oder spanabhebend zu den Kontakten verformt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Kontakten mit dem Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Stücke oberflächlich mit flüssigem Gallium bzw. einer Legierung aus Gallium und Indium überzogen werden, worauf durch eine Wärmebehandlung von nicht über 300° C das Gallium bzw. das Gallium und Indium in die Oberfläche der Gold- und/oder Silberlegierung eindiffundiert werden.
6. Verfahren zur Herstellung von Kontakten mit dem Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben auf galvanischem Wege mit einem Galliumüberzug versehen werden, worauf durch eine Wärmebehandlung von nicht über 300° C das Gallium in die Gold-und/oder Silberlegierung eindiffundiert wird.
7. Verfahren zur Herstellung von Kontakten mit dem Kontaktwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gold- und/oder Silberlegierung zuerst mit einer galvanischen Indiumschicht und anschließend mit einer galvanischen Galliumschicht überzogen wird, worauf beide Schichten durch eine Wärmebehandlung von nicht über 300° C in die Gold- und/oder Silberlegierung eindiffundiert werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 534 797; USA: Patentschriften Nr. 2161576, 2 396100, 2 629 656; »Metals Handbook«, 1948, S. 1149; »Zeitschrift für anorganische Chemie«, 226 (1936), S. 204, und 240 (1939), S. 294.