DE2010161B2 - Gegen Sulfidbildung beständiger Kontaktwerkstoff auf Silberbasis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte, insbesondere für Schwachstromkontakte der Fernmeldetechnik.

Einer der Werkstoffe, die bisher in großem Umfang für Kontakte der vorgenannten Art verwendet werden, ist Silber. Dieses Material hat jedoch den Nachteil, daß sich bei längerer Einwirkung von Luft durch dort vorhandenes Sulfid, vor allem durch Wasserstoffsulfid, auf seiner Oberfläche eine schwarze Schicht von Silbersulfid bildet. Durch diese Schicht wird der Kontaktwiderstand vergrößert, wobei bei Erreichen einer Schichtdicke von mehreren 100 Ä ein schwacher Schaltstrom praktisch sogar gesperrt werden kann. Eine derartige Erhöhung des Übergangswiderstandes an einem Kontakt stört in jedem Falle und ist insbesondere in Fernsprechanlagen im Hinblick auf eine einwandfreie Verständigung nicht akzeptabel. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es zwar bereits bekannt, als Kontaktmaterial ein Edelmetall, beispielsweise Gold, Platin, Palladium od. dgl., zu verwenden, was aber den Nachteil hat, daß der Kostenaufwand gegenüber dem von Silber relativ hoch ist. Hinzu kommt, daß auch diese Edelmetalle gegenüber Wasserstoffsulfid nicht völlig stabil sind und der Kontaktwiderstand bei länger dauerndem Einfluß einer Wasserstoffsulfid enthaltenden Atmosphäre ebenfalls vergrößert wird.

Von diesem Stand der Technik und den beschriebenen Nachteilen ausgenend, ist es Zweck der Erfindung, ein billiges Kontaktmaterial darzubieten, das eine große Sulfidierungsbeständigkeit und einen niedrigen Kontaktwiderstand besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Silberlegierung mit weniger als 10% Zinn bzw. weniger als 20% Kadmium gelöst, die ali Kontakt auf den Außenflächen eine Amalgamschicht besitzt.

Durch diese Maßnahmen wird gegenüber einem Kontaktwerkstoff bekannter Art aus reinem Silber oder aus einer Silberlegierung eine erheblich größere Beständigkeit der kontaktgebundenen Oberfläche gegen Sulfidierung erreicht, so daß eine auch auf lange Sicht ausreichende Stabilität des Kontaktwiderstandes gewährleistet ist. Gleichzeitig bleibt aber auch der Kontaktwiderstand wertmäßig in einer Größenordnung, die derjenigen von reinem Silber nahekommt, so daß eine verlustarme Kontaktgabe erzielt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das vorgeschlagene Kontaktmaterial auch preislich günstig ist, weil relativ billige Ausgangsmaterialien verwendet werden.

Die vorgenannten Vorteile werden an sich bereits durch die Amalgamierung von Reinsälber erkennbar. Sie kommen jedoch in einem für die Praxis besonders wertvollen sprunghaft vergrößerten Umfang zum Vorschein, wenn an Stelle von Silber eine Silberlegierung mit dem angegebenen Anteil von Zinn bzw. Kadmium verwendet wird. Hierbei ergibt sich aus experimentellen Untersuchungen, daß bei einem Zusatz von Zinn über 10% die mechanische Bearbeitbarkeit der Silberlegierung nachteilig beeinflußt wird und daß andererseits bei einem Zusatz von mehr als 20% Kadmium der elektrische Widerstand vergrößert und eine starke Verfärbung in einer Wasserstoffsulfid enthaltenden Atmosphäre hervorgerufen wird, was ebenfalls nachteilig ist. Es erweist sich deshalb als zweckdienlich, die Silberlegierung auf einen Gehalt von weniger als 10% Zinn bzw. von weniger als 20% Kadmium zu begrenzen.

Des weiteren haben Untersuchungen ergeben, daß für die Amalgamschicht eine Dicke zwischen 0,5 und 5 μίτι vorteilhaft ist.

Die Herstellung des Kontaktwerkstoffes gemäß der Erfindung kann beispielsweise nach folgendem Verfahren erfolgen:

Ein Festkörper mit einer für die Weiterverarbeitung zu einem Kontaktglied geeigneten Form, bestehend aus einer Silberlegierung mit weniger als 10% Zinn bzw. weniger als 20% Kadmium wird einige Sekunden in hochreines Quecksilber eingetaucht und dabei vollständig benetzt, anschließend aus dem Quecksilber gezogen und nach dem Abschütteln des überflüssigen Quecksilbers mit einem reinen Tuch, beispielsweise mit Gaze oder mit Hirschleder, abgewischt. Hierauf wird abschließend die Silberlegierung bei Raumtemperatur einer ca. 24stündigen Diffusionslagerung unterzogen, wodurch sich eine oberflächliche Amalgamschicht in der Größenordnung von etwa 5 μιη bildet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Beispiels zur Herstellung und Prüfung des Erfindungsgegenstandes näher erläutert, wobei die mit der Erfindung erzielten Resultate hinsichtlich Sulfidierungsbeständigkeit und Kontaktwiderstand in einer Tabelle bzw. in der Zeichnung festgehalten sind. Dabei zeigt im einzelnen die Tabelle eine vergleichende Gegenüberstellung der an Kontaktwerkstoffen bekannten Art bzw. am Erfindungsgegenstand entstehenden Sulfidschichtdicken,

F i g. 1 Kurven des elektrischen Widerstands bekannter Kontaktwerkstoffe als Funktion der Zeit,

F i g. 2 Kurven des elektrischen Widerstands des Erfindungsgegenstandes als Funktion der Zeit.

Tabelle

Probestück

a) (bekannt)

b) (amalgamierics Reinsilber)

c) (amalgamierte Silberlegierung)
el) (amalgamierte Silberlegierung)

e) (amalgamierte Silberlegierung)

f) (amalgamierte Silberlegierung)

Material

Ag-Hg
Ag-2% Sn-Hg
Ag-5% Sn-Hg
Ag-5% Cd-Hg
Ag-10% Cd-Hg

Silbcrsuirid-Schichldicke
(nach 1000 Sid.
Lagerung)

1000 Ä
740 Ä
44 Ä
66 A
82 Ä
52 Ä

Sämtliche Probestücke sind 3 mm dick und 40 mm lang; die Probestücke b) bis f) sind übereinstimmend wie vorstehend beschrieben behandelt worden.

Im Anschluß hieran wird jedes Probestück in einer Atmosphäre, deren relative Feuchtigkeit ca. 90% beträgt und die Wasserstoffsulfid von 10 ppm enthält, tausend Stunden lang gehalten.

Die durch diese zuletzt beschriebene Behandlung in wasserstoffsulfidhaltiger Atmosphäre entstehenden Silbersulfidschichten sind in der rechten Spalte der Tabelle aufgezeigt, wobei klar erkennbar ist, daß an sich bereits beim Probestück b), d. h. also bei einem lediglich amalgamierten Reinsilber eine spürbare Verkleinerung der schädlichen Silbersulfid-Schichtdicke erzielt wird. Demgegenüber ganz wesentlich gesteigert wird die Beständigkeit gegen Silbersulfidbildung jedoch bei den Probestücken c) bis f), wobei von diesen wiederum das Probestück c) am besten abschneidet.

Die in den beiden Fig. 1 und 2 aufgezeigten Werte sind auf folgender Basis ermittelt:

Kontaktstücke, die jeweils aus dem der betreffenden Kurve zugehörigen Werkstoffe bestehen und 3 mm Durchmesser und 40 mm Länge aufweisen, werden für eine dem betreffenden Meßpunkt zugehörige Zeitdauer in einer Atmosphäre gehalten, deren relative Luftfeuchtigkeit 90% beträgt und welche Wasserstoffsulfid von 10 ppm enthält. Hierauf werden diese Kontaktstücke mit einem Goldstab von 3 mm Durchmesser rechtwinklig gekreuzt und bei einer Belastung von 5 g mit diesem kontaktiert und abschließend wird der elektrische Widerstand an dieser Kontaktstelle gemessen. Von den auf diese Weise ermittelten Meßwerten sind in den beiden F i g. 1 und 2 jeweils auf der Ordinate der elektrische Widerstand in Ohm und auf der Abszisse die Einwirkungszeit der genannten wasserstoffsulfidhaltigen Atmosphäre in Stunden aufgetragen.

Dabei sind in der F i g. 1 ausschließlich die Kurven für bekannte Kontaktwerkstoffe eingetragen, von denen einer aus reinem Silber (Ag), ein anderer aus Platin (Pt), ein weiterer aus Gold (Au) und schließlich einer aus Palladium (Pd) besteht. Aus dem Diagramm ist deutlich zu erkennen, daß der elektrische Kontaktwiderstand von Reinsilber (Ag) bei längerer Einwirkung einer wasserstoffsulfidhaltigen Atmosphäre außerordentlich steil ansteigt. Demgegenüber steigt zwar der elektrische Widerstand der vorgenannten Edelmetalle erheblich weniger, jedoch sind diese Edelmetalle, wie schon an cnderer Stelle erwähnt wurde, gegenüber Silber wesentlich teurer.

In dem Diagramm gemäß Fig. 2 sind die unter den gleichen Bedingungen wie zum Diagramm nach F i g. 1 erzielten Widerstandskurven für Kontaktwerkstoffe gemäß der Erfindung eingetragen, wobei der besseren Vergleichbarkeit wegen auch die Kurven für Reinsilber (Ag) und amalgamiertes Reinsilber (Ag-Hg) mit aufgenommen sind. Dabei zeigt sich, daß gegenüber dem wiederum sehr steilen Anstieg des elektrischen Kontaktwiderstandes von Reinsilber bereits eine sichtbare Verbesserung erzielt wird, wenn dieses Reinsilber lediglich amalgamiert ist. Einen fast horizontalen Verlauf zeigen hingegen die Kurven für die Kontaktwerkstoffe gemäß der Erfindung, nämlich für eine amalgamierte Silberlegierung mit einem Kadmiumanteil (Ag-Cd 5%-Hg) bzw. mit einem Zinnanteil (Ag-Sn 5%-Hg). Der elektrische Widerstand dieser Kontaktwerkstoffe liegt auch nach einer lOOOstündigen Einwirkung einer wasserstoffsulfidhaltigen Atmosphäre nur ganz unwesentlich über demjenigen von nichtsulfidiertem Reinsilber.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gegen Sulfidbildung beständiger Kontaktwerkstoff auf Silberbasis, insbesondere für Schwachstromkontakte der Fernmeldetechnik, gekennzeichnet durch eine Silberlegierung mit weniger als 10% Zinn, die als Kontakt auf den Außenflächen eine Amalgamschicht besitzt.

2. Gegen Sulfidbildung beständiger Kontaktwerkstoff auf Silberbasis, insbesondere für Schwachstromkontakte der Fernmeldetechnik, gekennzeichnet durch eine Silberlegierung mit weniger als 20% Kadmium, die als Kontakt auf den Außenflächen eine Amalgamschicht besitzt.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amalgamschicht zwischen 0,5 und 5 μ dick ist.