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Kontaktwerkstoff (Japanische Priorität: Tokugansho 44-16 299 - 4.3.1969)
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte, insbesondere für
Schwachstromkontakte in Pernmeldeanlagen.
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Bisher wird als Hauptbestandteil des Materials für elektrische Kontakte
der vorgenannten Art in grossem Umfange -Silber verwendet, dem ein zweites für den
jeweiligen Verwendungszweck bevorzugt geeignetes Metall zugesetzt sein kann. Ein
solcher Zusatz kann bei Schaltern für mittlere Ströme beispielsweise aus Kadmiumoxyd,
hingegen bei Schaltern für hohe Ströme beispielsweise aus Wolfram, Nickel, Wolframkarbid
oder dergl., bestehen. Für kleine Ströme werden als Zusatz vielfach Mangan oder
Kadmium verwendet oder es wird dem Silber Zinn zugesetzt oder auch Silber durch
Zinn zum Teil substituiert, um auf diese Weise die Sulfidierungsbeständigkeit von
Silber zu verbessern und letztlich eine-ausreichende Stabilität des Kontaktwiderstandes
zu erreichen. Weiterhin ist bereits ein Kontaktwerkstoff bekannt, bei dem es sich
um ein Amalgam von Silber handelt, welches Kadmiumoxyd enthält (vergl.
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die brAtische Patentschrift Nr. 91o 295). Dieses Amagam weist zwar
eine gute Abreibungsbeständigkeit auf, ferner ist der Kontaktverschleiss aufgrund
von Materialwanderung relativ gering und es tritt auch nur eine geringe Aufachmelzung
auf, weshalb dieses Amalgam für Schaltkontakte mit grösserer Schaltleistung und
hoher Schalthäufigkeit 'geeignet ist. Bel Schwachstromkontakten, insbesondere solchen
der
Nachrichtentechnik, bei denen nur eine relativ geringe Schalthäufigkeit vorliegt,
macht sich jedoch das Kadmiumoxyd nachteilig bemerkbar. In diesem Anwendungsbereich
muss nämlich der Kontaktwiderstand niedrig und stabil gehalten werden, wobei in
neuerer Zeit nicht nur die Beständigkeit gegen Oxydation, sondern auch die gegen
Sulfidierung in den Vordergrund gerückt ist.
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Von dem vorgenannten Stand der Technik und den geschilderten Nachteilen
ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für elektrische
Kontakte der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine gegenüber den erwähnten
Edelmetallen oder gegenüber dem zitierten Silberamalgam wesentlich verbesserte Sulfidierungsbeständigkeit
aufweist und gleichzeitig einen niederohmigen Kontaktwiderstand und einen Materialpreis
autweist, der sich nicht wesentlich von demjenigen von Silber unterscheidet.
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Erreicht wird dies. gemäss der Erfindung dadurch, dass das Pulver
einer Silberlegierung mit einem Anteil von Zinn (Sn) kleiner als 30 Gew.-% bzw.
von Kadmium (Kd) kleiner als 2() Gew.-% amalgamiert und gehärtet wird.
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Durch diese Maßnahmen wird erstens eine gegenüber Reinsilber ganz
erheblich gesteigerte Sulfidierungsbeständigkeit erreicht.
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Crleichzeitig bleibt hierbei der Kontaktwiderstand trotz längerer
1Sinwirkung einer sulfidhaltigen Atmosphäre in einer Grössenordnung erhalten, die
derjenigen von nichtsulfidiertem Reinsilber nahekommt und schliesslich ist es ein
weiterer Vorteil, dass auch der Preis für den neuen Kontaktwerkstoff denjenigen
von Silber nicht nennenswert übersteigt.
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Der erzielte Effekt muss der gleichzeitigen Amalgamierung und dem
Zusatz von Zinn bzw. Kadmium zugeschrieben werden, denn der bereits erwähnte bisher
schon bekannte Kontaktwerkstoff
aüs Silber mit einer Beimengung
von Zinn allein bringt nur eine Verbesserung der Sulfid-ierungsbeständigkeit in
einem relativ geringen Ausmaß, welches lediglich auf der bekanntlich schweren Sulfidierbarkeit
von Zinn an sich beruht. Beim Erfindungsgegenstand ist zwar ebenfalls dem Silber'
Zinn beigegeben, aber durch die Amalgamierung wird die Sulfidierungsbeständigkeit
sprunghaft verbessert. Dieser Effekt lässt sich durch eine experimentelle Untersuchung
nachweisen, der zufolge man bei einer amalgamierten Silberlegierung mit einem Anteil
von beispielsweise 2 Gew.-% Zinn,-die in Wasserstoffsulfid von 10 ppm- während einer
Zeit von 1000 Stunden gehalten wird, eine Silbersulfidschicht in der Dicke von 44
Å erhält, gegenüber dem Wert von 1000 Å bei gleicher Behandlung von Reinsilber.
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Was die angegebenen prozentualen Werte des Legierungsanteiles an Zinn
bzw. Kadmium betrifft, so wird annähernd der gleiche Effekt erreicht, wenn die Menge
von Zinn von dem vorgenannten -Beispiel abweichend von 2% auf 0,2% abgesenkt wird
oder 30% iibersteigt. Im letzteren Fall, d.h. bei mehr als 30 Gew.-% innenteil,
nimmt allerdings die auf der Oxydation beruhende Alterung des Kontaktwiderstandes
zu und ferner geht die gute Bearbeitbarkeit des Werkstoffes verloren, 90 dass ein
Anteil von Zinn unter 30 Gew.-% als obere Grenze zweckdienlich ist.
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Andererseits kann das Zinn auch in der vorerwähnten geringen Menge
den zitierten Effekt bewerkstelligen. Wenn aber in der Praxis-eine vorteilhafte
Grenze bestimmt wird, kann gemäss experimentellen Untersuchungen ein Wert von mehr
als 0,2 Gew.-% als untere Grenze gewählt werden. Demgegenüber löst eine Zunahme
der Menge von Kadmium zwar eine Erhöhung der Sulfidierungsbeständigkeit aus, andererseits
aber nimmt die Oxydierbarkeit zu, so dass als obere Grenze ein Anteil an Kadmium
kleiner als 20 Gew.-% zweckdienlich ist. Die untere Grenze für Kadmium kann dabei
in der Praxis auf o,5 Gew.-% eingestellt werden. Eine Legierung mit solcher Zusammensetzung
bringt
einen insbesondere für kleine Ströme geeigneten Kontaktwiderstand, dessen Grössenordnung
demjenigen von Silber entspicht Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer
Verfahrensbeispiele zur Herstellung des Erfindungsgegenstandes und anhand iZr Zeichnung
naher erläutert.
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j)ns Pulver einer Silberlegierung. die einen Anteil von Zinn kleiner
als 30 Gew.-% oder einen Anteil von Kadmium kleiner als 20 Gew.-% enthält, wird
mit Quecksilber geknetet, anschliessend passend geformt und abschliessend gehärtet.
Dabei kann als Ausgangsprodukt eine beispielsweise zahnärztliche rostfreie Silberlegierlegierung
verwendet werden, die vorzugsweise aus 69% Silber, 26 % Zinn, 4% Kupfer und 1 %
Zink zusammengesetzt ist. Diese Silberlegierung und Quecksilber werden im Gewichtsverhältnis
von 1 : 1 miteinander gemischt, in einem Mörser mittels Fistills geknetet, in eine
passende Metallform eingeführt und mittels einer konvexen Form niedergedrückt, wobei
bevorzugt eine Schwingung von oben einwirken kann. Anschliessend wird die Legierung
in der Metallform etwa 24 Stunden ausgehärtet, nach welcher Zeit der Werkstoff eine
Härte von ca. 100 Hv aufweist und bereits als Kontaktwerkstoff verwendbar ist. 13s
ist jedoch vorteilhaft, wenn zur Erreichung einer vollständigen Amalgamierung eine
Nachbehandlung durchgeführt wird, beispielsweise derart, dass die aus der Metallform
entnommene Silberlegierung nach tropffreier vollständiger Benetzung in reinem Quecksilber
einer vorzugsweise eintägigem Diffundierung auegesetzt wird. Die erwähnte Metallform
zur Aushärtung der amalgamierten Siberlegierung kann gleichzeitig einer passenden
Formgebung des Kontaktwerkstoffes dienen, d.h. beispielsweiwse einer Formung als
Kontaktniet oder dergl..
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Vor der Alishärtung ist nämlich der Werkstoff noch zähflüssig
und
kann mithin in jede gewünschte Form gebracht werden.
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Die Zeichnung zeigt in einem Diagramm die Veränderung des Kontaktwiderstandes
bekannter Kontaktwerkstoffe bzw. des Erfindungsgegenstandes in Abhängigkeit von
der Einwirku,ngszeit einer wasserstoffsulfidhaltigen Atmosphäre unter folgenden
Bedingungen: Von jedem der untersuchten Kontaktwerkstoffe Ag, Pt, PGS, Au, Pd, Ag-5%
Sn-Hg und Ag-15% Kd-Hg wird ein Probestück von 3 mm Durchmesser und 40 mm Länge
in einer Atmosphkre, deren relative Feuchtigkeit 90% beträgt und die;Wasserstoffsulfid
von 10 ppm aufweist, während einer vorgeschriebenen Zeit gehalten, anschliessend
mit einem Goldstab von 3 mm Durchmesser bei einer Belastung von 5 g rechtwinklig
gekreuzt und schliesslich der Kontaktwiderstand gemessen.
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Die 9 ich hierbei ergebenden Messwerte sind in der Zeichnung eingetragen,
wobei im Diagramm auf der Ordinate der elektrische Widerstand in Ohm und auf der
Abszisse die Zeit eingetragen ist.
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Man erkennt deutlich, dass sich der elektrische Kontaktwiderstand
beim Erfindungagegenstand trotz mehr als 5000-stündiger Einwirkung von sulfidhaltiger
Atmosphäre nur ganz unwesentlich mindert, wobei dieser Wert sogar unter demjenigen
der Edelmetalle bleibt und insgesamt in einer Grössenordnung liegt, die derjenigen
von nichtsulfidiertem Reinsilber nahekommt.
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2 P a t e n t a n s p r ü c h e 1 Figur