DE2033870B2 - Dreischichtiger metallischer Verbundwerkstofffür elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

und dessen Zwischenschicht aus einer Legierung folgender Zusammensetzung besteht

60 bis 96,8 Gewichtsprozent Ag,
3 bis 39,95 Gewichtsprozent Cu,
0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent P,
bzw. 60 bis 96,5 Gewichtsprozent Ag,
3 bis 37 Gewichtsprozent Cu,
0,5 bis 3 Gewichtsprozent Ni,

dadurch gekennzeichnet, daß die als dritte Schicht vorgesehene Oberschicht aus einer Legierung besteht, die 40 bis 95 Gewichtsprozent Pd und Anteile an Ni, Co und/oder Cu sowie zusätzlich Ag enthält.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Palladiumlegierung der Oberschicht aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 39 Gewichtsprozent Ag besteht.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Palladiumlegierung der Oberschicht aus 79 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 15 Gewichtsprozent Cu besteht.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Palladiumlegierung der Oberschicht aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 3 bis 15 Gewichtsprozent Cu und 2 bis 37 Gewichtsprozent Ag besteht.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht eine Dicke von 0,5 bis 5 μπι aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach den Ansprüchen 1 bis 5, gemäß dem ein Blech aus einer Palladiumlegierung und ein solches aus einer Silberlegierung unter Zwischenlage einer Bindeschicht unter Druck auf eine Temperatur von 720 bis 850° C erwärmt werden, wobei die Bindeschicht in beide Bleche eindiffundiert, und gemäß dem dieses Zwei-Schichten-Blech auf Raumtemperatur abgekühlt und gewalzt wird, worauf dieses Zwei-Schichten-Blech auf der Seite der Silberlegierungsschicht unter Zwischenlage einer weiteren Bindeschicht mit einem Nickel-Kupfer-Legierungsblech bedeckt und unter Druck auf eine Temperatur von 700 bis 83O°C erwärmt wird und worauf das derart erhaltene Drei-Schichten-Blech auf Raumtemperatur abgekühlt und gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeschicht im wesentlichen Kupferschichten oder Kombinationen aus einer Kupfer- und einer Indiumschicht verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6 unter Verwendung eines Bleches einer Silberlegierung aus 95 bis 96,8 Gewichtsprozent Ag und 3 bis 5 Gewichtsprozent Cu₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der beiden im wesentlichen jeweils aus einer Kupferschicht bestehenden Bindeschichten mit 20 bis 50μηι bemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 unter Verwendung eines Bleches einer Silberlegierung aus 60 bis 94 Gewichtsprozent Ag und 6 bis 40 Gewichtsprozent Cu, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der beiden jeweils aus einer Kombination aus einer Kupfer- und einer Indiumschicht bestehenden Bindeschichten mit 20 bis 50 μπι bemessen wird, wobei ein Dickenverhältnis von Indiumschicht zu Kupferschicht zwischen 1 : 1 und 1 : 2 gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kupferschicht in der Bindeschicht an dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech haftet.

Die Erfindung betrifft einen dreischichtigen metallischen Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte, dessen als Federschicht dienende Grundschicht eine Legierung folgender Zusammensetzung ist:

63 bis 70 Gewichtsprozent Ni,
weniger als 2,5 Gewichtsprozent Fe,
weniger als 1,25 Gewichtsprozent Mn,
weniger als 0,5 Gewichtsprozent Si,
weniger als 0,024 Gewichtsprozent S,
weniger als 0,08 Gewichtsprozent C,

Rest Cu

und dessen Zwischenschicht aus einer Legierung folgender Zusammensetzung besteht:

60 bis 96,8 Gewichtsprozent Ag,
3 bis 39,95 Gewichtsprozent Cu,
0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent P,
bzw. 60 bis 96,5 Gewichtsprozent Ag,
3 bis 37 Gewichtsprozent Cu,
0,5 bis 3 Gewichtsprozent Ni.

Bis jetzt wurden mit einer Silberablagerung oder mit einem Silberüberzug versehene Verbundwerkstoffe wirtschaftlich und bequem als Kontaktmaterial mit Federwirkung verwendet, das geeignet ist für solche Anwendungen wie Drehschalter, Schnappschalter, Fernseh-Tuner, Verbinder, Relais usw. Silber und Silberlegierungen wurden viele Jahre lang als Kontaktmaterial verwendet, und sie liefern einen geringen Kontaktwiderstand, haben jedoch den Nachteil, daß sie zum Beschlagen neigen, wenn sie der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Das heißt, es besteht die Neigung zur Bildung von Sulfidfilm auf der Oberfläche in einer H₂S-GaS oder SO₂-GaS enthaltenden Atmosphäre; auch wenn der Gasgehalt sehr gering ist. Dies ergibt eine starke Erhöhung des Kontaktwiderstandes, Darüber hinaus verringert sich die mechanische Festigkeit, und die Federeigenschaft

6,"·) des Verbundwerkstoffes nimmt ab.

Andererseits ist die Bindetechnik eines der wichtigen Merkmale, um Verbundwerkstoffe erfolgreich herzustellen. Kleine Fehler wie Poren, Oxide oder kleine,

·■* 4

unverbundene flächen im Auf.mgs-fustand wachsen von 700 bis S30"C erwärmt wird, worauf das derart genug, um die Festigkeit und die Materialeinsparungen erhaltene Drei-Schichten-Blech auf Raumtemperatur des fertigen VerbundwcrkMoffcs πι verringern. Dar- abgekühlt und sewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, über hinaus muß eiae unciAsüiischU-Diffusion von der daß als Bindeschichten im wesentlichen Kupfer-Bindeschicht und der hedwvhiehi /ur Kontakt- 5 schichten oder Kombinationen aus einer Kupfer- und schicht soweit wie möglich vermieden «erden einer Indiumschicht verwendet werden. Bei dieser Es wurden verschieden«, Anstrengungen unter- Entwicklung ist vorteilhaft, daß der Bindevorgang nommen, einen zuverlässigen elektrischen Kontakt bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, einfach bei möglichst geringen Kosten /u erhalten. Dir zur und bequem und bei verhältnismäßig niedrigen Kosten Zeit im Handel erhältlichen elektrischen Kontakte io durchgeführt werden kaun, daß Kupfer oder Kupfer sino. jedoch hinsichtlich dieser Anforderungen noch und Indium der Sindeschicht eine eutektische Schmelze nicht voll zufriedenstellend. in ,j_em enaen Bereich mit der Silberlegierung bilden Die deutsche Auslegeschrift I 2t>S 47.' offenbart ein und in die "Palladiumlegierung und die Silberlegierung Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes oder die Silberlegierung und die Nickel-Kupfermit einer Silber-Oberschicht und Kupfer oder Kupfer- 15 Legierung eindiffundieren, um eine feste Bindung zu legierung, bei dem Aluminium als Bindeschicht ver- bewirkend und daß die Elemente der Bindeschicht wendet wird. Nachteilig daran ist, daß die Diffusion nicht die Kontakteigenschaften der Oberschicht bevon Aluminium in die Oberschicht sehr leicht Schal- einträchtigen können, wenn sie in diese eindiffuntungsgeräusche verursacht. Aiuh ist der Verbund- dieren.

werkstoff deshalb nicht zufriedenstellend, weil die 20 Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in den

Süberkontaktsehicht leicht in einer H,S-(..a> oder Einzelheiten unter Zuhilfenahme der Figuren be-

SO.;-Gas enthaltenden Atmosphäre beschlägt, wie schrieben, in denen

vorstehend erwähnt wurde. F i g. 1 eine schematische Darstellung der Her-

Die deutsche Patentschrift 1 0v> 73S schlägt ein Stellungsschritte eines Bleches aus drei miteinander

anderes Verfahren /ur Herstellung eines Verbund- 25 verbundenen Schichten ist,

Werkstoffes aus einem Edelmetall und einem Unedel- F i g. 2 eine andere scheraatische Darstellung von

metall vor. Sie lehrt die Verwendung einer Nickel- fT?rstellungsschntten des Bleches aus drei miteinander

Phosphor- und oder einer Kobalt-l'hosphor-Legierung verbundenen Schichten ist.

als Zwischenschicht. Dabei ist jedoch nachteilig, daß Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird ein Verfahren

diese Legierungen schlecht verformbar und, so daß 30 zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials

die Herstellung eines dünnen Bleches ziemlich schwer gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. Das Ver-

ist, und daß für die elektrolytische Ablagerung dieser fahren umfaßt eine Kombination der folgenden

Legierungen spezielle Bäder erforderlich sind. Der Schritte:

deutschen Patentschrift 1059 738 ist auch zu ent- 1. Erwärmen einer Kombination 10 aus einem nehmen, daß es möglich ist. Kupfer und kupferreiche 35 Palladiumlegierungsblech 11 und einem Silberlegie-Legierungen als Zwischenschicht zu veiwenden, jedoch rungsblech 12 mit einer dazwischengefugten Bindeist nicht deutlich, in welchem Zustand sie verwendet schicht 14 unter Druck bei einer ersten Bindetempewerden. Es ist angegeben, daß diese Materialien sehr ratur \on 720 bis 850 "C. Der Arbeitsdruck liegt im gut benetzende Eigenschaften gegenüber Chrom ent- Bereich von 5 bis 20 kg cm² und kann während des haltendem Stahl haben und die Diffusion des Unedel- 40 Erwärmens aufgebracht werden. Zum Beispiel wird metalls in das Edelmetall verhindern, so daß sie für die Kombination 10 zwischen zwei dicke Platten aus diesen Zweck in einer ziemlich dicken Schicht ver- rostfreiem Stahl gepackt, die an den vier Ecken durch wendet werden müssen, und es ist dabei nachteilig. Schrauben zusammengeklemmt werden. Nach dem daß die Zwischenschicht aus reinem Kupfer die Festig- Erwärmen in einer Zeit, die von der üröße der Kombikeit des Verbundmaterials verringert. 45 nation 10 abhängt, ist die Kombination in ein verZiel der Erfindung ist die Schaffung eines Verbund- bundenes Blech 20 aus zwei Schichten umgewandelt, Werkstoffes mit hoher chemischer Korrosionsfestigkeit das aus einer oberen Palladiumlegierungsschicht 1 z. B. gegenüber Schwefelung, mit hoher mechanischer und einer unteren Silberlegierungsschicht 4 besteht. Abnutzungsfestigkeit sowie niedrigem Kontaktwider- Die Bindeschicht 14 diffundiert während der Erstand und großer Federwirkung. Dieses Ziel wird 50 wärmung in die anliegenden Schichten. Infolgedessen dadurch erreicht, daß die als dritte Schicht vorge- unterscheiden sich die Zusammensetzungen d^r Pallasehene Oberschicht aus einer Legierung besteht, die diumlegierungsschicht 1 und der Silberlegierungs-40 bis 95 Gewichtsprozent Pd und Anteile an Ni, Co schicht 4 von denen des ursprünglichen Palladium- und/oder Cu sowie zusätzlich Ag enthält. legierungsblech.es 11 und des ursprünglichen Silber-Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht 55 legierungsblech.es 12 aufgrund der Diffusion der darin, daß der dreischichtige metallische Verbund- Bindeschicht 14.

Werkstoff nach einem Verfahren hergestellt wird, Das Palladiumlegierungsblech 11 ist eine Zugemäß dem ein Blech aus einer Palladiumlegierung sammensetzung, die im wesentlichen aus Palladium und ein solches aus einer Silberlegierung unter und als zusätzlichen Bestandteilen aus Nickel, Kobalt, Zwischenlage einer Bindeschicht unter Druck auf eine 60 Kupfer sowie Silber besteht.

Temperatur von 720 bis 850⁰C erwärmt werden, Die Bindeschicht 14 besteht im wesentlichen aus wobei die Bindeschicht in beide Bleche eindiffundiert, einer Kupferschicht oder aus einer Kombination aus und gemäß dem dieses Zwei-Schichten-Blech auf einer Kupferschicht und einer Indiumschicht. Die Raumtemperatur abgekühlt und gewalzt wird, worauf Bindeschicht kann nach vielen Verfahren hergestellt dieses Zwei-Schichten-Blech auf der Seite der Silber- 6₃ werden, wie z. B. durch Vakuumablagerung oder legierungsschicht unter Zwischenlage einer weiteren durch elektrochemische Ablagerung des Binde-Bindeschicht mit einem Nickel-Kupfer-Legierungs- materials entweder auf dem Palladium- oder auf dem blech bedeckt und unter Druck auf eine Temperatur Silberlegierungsblech 11 bzw. 12 .Nach einem weiteren

Verfahren kann eine Folie des Bindematerials zwischen kuum durchgeführt werden, doch sind hier Elemente

das Palladium- und das Silberlegierungsblech 11 mit hohem Dampfdruck wie Zink und Cadmium

bzw. 12 gelegt werden. schädlich. Es wurde deshalb von der Anmelderin

2. Erwärmen einer Kombination 30 aus einem gefunden, daß Kupfer- und Kupfer-Indium sich am Zwei-Schichten-Blech 20 und einem Nickel-Kupfer- 5 besten als Bindeschichtmetalle eignen. Es hat jeden-Legierungsblech 13 mit einer weiteren Bindeschicht 15 falls bis jetzt kein Fachmann jemals die Verwendung dazwischen unter Druck bei einer zweiten Binde- von Kupfer und Indium als Bindeschichtmetalle vortemperatur von 700 bis 83O⁰C. Der Druck liegt dabei geschlagen. Wenn das Silberlegierungsblech 12 in zwischen 30 und 70 kg/cm². Diese weitere Binde- einer Zusammensetzung von 95 bis 96,8 Gewichtsschicht 15 hat im wesentlichen die gleiche Zusammen- io prozent Silber und 3 bis 5 Gewichtsprozent Kupfer Setzung wie die Bindeschicht 14 und kann ähnlich vorliegt, besteht jede der beiden Bindeschichten 14 wie diese gebildet werden. Nach dem Erwärmen über und 15 vorzugsweise aus einer Kupferschicht angeeine bestimmte Zeit, die von der Größe der Kombi- sichts der Solidustemperatur des Silberlegierungsnation 30 abhängt, ist diese in ein Drei-Schichten- bleches 12.

Blech 40 umgewandelt, das aus einer oberen Palladium- 15 Wenn das Silberlegierungsblech 12 eine Zusammen-

legierungsschicht 1, einer mittleren Silberlegierungs- seizung von 60 bis 94 Gewichtsprozent Silber und

Schicht 2 und einer Federschicht 3 aus Nickel-Kupfer- 6 bis 39,95 Gewichtsprozent Kupfer aufweist, muß

Legierung besteht. Die weitere Bindeschicht 15 diffun- jede der beiden Bindeschichten 14 und 15 aus einer

diert in die Silberlegierungsschicht 4 und das Blech 13 Kombination einer Kupferschicht 14-1 oder 15-1 mit

aus der Nickel-Kupfer-Legierung. Infolgedessen unter- 20 einer Indiumschicht 14-2 oder 15-2 bestehen ange-

scheiden sich die Zusammensetzungen der beiden sichts der eutektischen Temperatur des Silberlegie-

Schichten 2 und 3 von denen der ursprünglichen rungsbleches, wie es in F i g. 2 gezeigt wird, in der

Svuii-i.ien 4 und 13 aufgrund der Diffusion der weiteren ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile wie in F i g. 1

Bindeschicht 15. kennzeichnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung

Die Erwärmungsatmosphäre bei den Bindeschritten 25 wurde entdeckt, daß eine höhere Bindefestigkeit

muß nicht oxydierend sein, wie Stickstoffgas, Argon- erzielt werden kann, wenn man die Kupferschicht 15-1

gas oder Vakuum, um die Oxydation des elektrischen an das Blech 13 aus der Nickel-Kupfer-Legierung legt.

Kontaktmaterials zu verhindern. Die zweite Binde- Eine Kombination einer Kupferschicht 14-1 oder 15-1

temperatur muß immer unter der ersten Bindetempe- mit einer Indiumschicht 14-2 oder 15-2 reagiert mit

ratur liegen. 30 der Silber-Ku^er-Legierung und bildet eine eutek-

3. Walzen des abgekühlten Drei-Schichten-Bleches tische Silber-Kupfer-Indium-Zusammensetzung mit 40 zu einem elektrischen Kontaktmaterial der ge- einem Schmelzpunkt unter dem der Silber-Kupferwünschten Dicke. Die geeignete Anlaßtemperatur des Legierung.

Drei-Schichten-Bleches 40 während des Kaltwalzens Eine Dicke der beiden Bindeschichten 14 und 15 beträgt 620 bis 670⁰C für 1 Stunde. Dieses Verfahren 35 von weniger als 20 μπι ergibt eine gerinne Bindeermöglicht die Herstellung eines feinen elektrischen festigkeit. Bindeschichten 14 und 15 von mehr als Kontaktmaterials, welches durch eine starke Bin- 50 μπι Dicke bewirken, daß eine größere Menge dungsfestigkeit zwischen jeweils zwei Schichten ge- Kupfer zu einer Oberfläche des Palladiumlegierungskennzeichnet ist. bleches 11 diffundiert während des Erwärmens hei

Das Silberlegierungsblech 12 besteht im wesent- 40 der ersten Bindetemperatur.

lieben aus 60 bis 96,8 Gewichtsprozent Silber und Das diffundierte Kupfer auf der Oberfläche beein-3 bis 39,95 Gewichtsprozent Kupfer. Kupfer, Indium trächtigt die elektrischen Kontakteigenschaften. Eine und ihre Kombinationen sind als Bindeschicht brauch- Bindeschicht 15 über 50 μπι Dicke ergibt keine vollbar. Angesichts der elektrischen Kontakteigenschaften ständig eutektische Schmelze und bleibt ein Teil des werden Kupfer und Indium bevorzugt. Einer der 45 ungeschmolzenen Kupfers. Dies beeinträchtigt die Hauptgründe dafür, warum Kupfer und Indium als Bindefestigkeit. Die Dicke der beiden Bindeschichten Bindeschicht verwendet weiden müssen, liegt darin, 14 und 15 muß deshalb zwischen 20 und 50 μπι liegen, daß sie mit der Silber-Kupfer-Legierung reagieren In der Kombination aus der Kupferschicht 14-1 und eine ternäre Legierung mit einem niedrigen oder 15-1 und der Indiumschicht 14-2 oder 15-2 Schmelzpunkt bilden. Ein weiterer Grund ist: Die 50 reicht das Dickenverhältnis der Kupferschicht zur Hartlütlegierung wird gewöhnlich zum Verbinden von Indiumschicht vorzugsweise von 1 : 1 bis 1 : 2. Eine Metallen verwendet, aber beim Verbinden von Kon- Indiumschicht, die dicker ist, als dem Verhältnis 1 : 1 taktfedermaterial ist dies nicht immer eine brauch- entspricht, ergibt eine große Menge einer eutektischen bare Technik. Der Einfluß der Legierungselemente Schmelze an einer Grenzfläche zwischen dem Pallader Hartlötlegierung auf die Kontakteigenschaften 55 diumlegierungsblech 11 und dem Silberlegierungswird wichtig. Deshalb muß eine handelsübliche Hart- blech 12 oder zwischen dem Zwei-Schichten-Blech 20 lötlegierung, die gewöhnlich Zinn, Zink, Blei usw. und dem Blech 13 aus der Nickel-Kupfer-Legierung, enthält, vermieden werden. Zum Beispiel bewirken Die große Menge der eutektischen Schmelze fließt deren Oxide ein Schaltungsrauschen bei leicht bean- von der Grenzfläche ab und verhindert die Bildung spruchten Gleitkontakten. Darüber hinaus muß bei 60 einer glatten Grenzfläche. Dies beeinträchtigt ebeneiner Hartlötlegierung ein Flußmittel verwendet wer- falls die Bindefestigkeit.

den. Die heterogene Fließfähigkeit der Hartlötlegie- Die genannte ob;re Palladiumlegierungsschicht 1 rung und die Gasbildung des Flußmittels lassen die soll die mittlere Silberlegierungsschicht 2 vor einer Poren in der Bindeschicht anwachsen. Nach dem chemischen Erosion, z. B. Schwefelung, schützen. Walzen eines solchen Verbundwerkstoffe; erscheinen 65 Eine anwendbare Dicke der oberen Palladiumlegiesie als Einbuchtungen auf der Oberfläche, bei denen rungsschicht 1 liegt zwischen 0,5 und 5 μηι. Angedie Oberschicht leicht abzuziehen ist. Um diese sichts der Schwefelung oder der mechanischen AbSchäden zu verringern, kann das Hartlöten im Va- nutzung ist es notwendig, daß die Schicht 1 40 bis

io

95 Gewichtsprozent Palladium im fertigen elektrischen Kontaktmaterial enthält. Die Schwefelungsgrenze liegt für die Palladium-Silber-Legierung wegen des Kontaktwiderstandes bei 40 Gewichtsprozent Palladium. Diese Notwendigkeit kann erfüllt werden durch Verwendung eines Palladiumlegierungsbleches 11 in einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 1.

Der Zusatz von 1 bis 6 Gewichtsprozent Nickel oder Kobalt festigt die obere Palladiumlegierungsschicht 1. Nickel oder Kobalt über 6 Gewichtsprozent führt leicht zur Seigerbildung und beeinträchtigt die Formbarkeit und Verarbeitbarkeit des Palladiumlegierungsbleches 11. Eine Palladium-Nickel- oder Palladium-Kobalt-Legierung ohne Silber und/oder Kupfer hat zur Folge, daß Silber und/oder Kupfer unregelmäßig von dem Silberlegierungsblech 12 und der Bindeschicht 14 diffundiert. Die unregelmäßige Diffusion ergibt eine scheckige Oberfläche der oberen Palladiumlegierungsschicht 1. Ein Zusatz von Kupfer oder Silber von mindestens 2 Gewichtsprozent kann die unregelmäßige Diffusion von Silber oder Kupfer in die obere Palladiumlegierungsschicht 1 verhindern. Die obere Grenze des Kupferzusatzes liegt bei 15 Gewichtsprozent angesichts der elektrischen Kontakteigenschaften. Die obere Grenze des Silberzusatzes liegt bei 39 Gewichtsprozent in Anbetracht der Schwefelung der oberen Palladiumlegierungsschicht. Der Zusatz von Kupfer als auch Silber zu Palladium ohne Nickel oder Kobalt ist ebenfalls möglich. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der elektrischen Kontakteigenschaften und der Schwefelung wird eine arbeitsfähige Zusammensetzung als Probe Nr. 5 in der Tabelle 1 gezeigt.
Die Dicke der oberen Palladiumlegierungsschicht 1 des gewalzten Drei-Schichten-Blechs beträgt 0,05 bis 5 μπι. Die Wirkung der Schicht 1 gegen Sulfidbildung reicht nicht aus, wenn die Schicht dünner als 0,5 μπι ist. Über 5 μα» erfüllen andere bequeme Verfahren den Zweck der Herstellung dieser Art eines

zo elektrischen Kontaktmaterials.

Tabelle 1
Zusammensetzung des Palladiumlegierungsbleches

Probe Nr.
3

60	~ 95 Gewichts	60	~ 95 Gewichts	79	- 95 Gewichts	79	~ 95 Gewichts	60	~ 95 Gewichts
	prozent Pd		prozent Pd		prozent Pd		prozent Pd		prozent Pd
2	~ 39 Gewichts	2	- 39 Gewichts	2	~ 15 Gewichts	2	~ 15 Gewichts	2	~ 37 Gewichts
	prozent Ag		prozent Ag		prozent Cu		prozent Cu		prozent Cu
1	~ 6 Gewichts	1	- 6 Gewichts	1	^ 6 Gewichts	1	^ 6 Gewichts	3	- 15 Gewichts
	prozent Ni		prozent Co		prozent Ni		prozent Co		prozent Cu

Beispiel 1

Ein elektrisches Kontaktmaterial aus drei Schichten wurde in folgenden Schritten hergestellt. Gemäß Fig 2 besaß ein Palladium-Legierungsblech 11 eine Zusammensetzung von 85 Gewichtsprozent Palladium,

12 Gewichtsprozent Silber und 3 Gewichtsprozent Nickel, und ein Silberlegierungsblech 12 hatte eine Zusammensetzung von 85 Gewichtsprozent Silber,

13 Gewichtsprozent Kupfer und 2 Gewichtsprozent Nickel. Die ursprünglichen Dicken der Bleche 11 und 12 betrugen 0,3 bzw. 4,2 mm. Beide Bleche wurden auf herkömmliche Weise auf ihren Oberflächen von groben Verunreinigungen gereinigt. Dann wurden eine Kupferschicht 14-1 von 20 μπι Dicke lind eine Indiumschicht 14-2 von 20 μπι Dicke elektrochemisch auf dem Blech 11 bzw. auf dem Blech 12 abgelagert Diese Kombination 10 wurde unter einem Druck von etwa 10 kg/cm² durch zwei dicke Platten »us rostfreiem Stahl zusammengepaßt, welche fest an den vier Ecken durch Schrauben zusammengehalten wurden so daß die elektrochemisch abgelagerten Schichten eng aneinander lagen. Die Kombination wurde 30 Minuten lang im Vakuum (10 mm Hg) auf 750⁰C gehalten und dadurch in ein Zwei-Schichten-Blech 20 von 1 mm Dicke umgewandelt nach drei Wiederholungen eines Zyklus aus Anlassen aui 550 L !ür 30 Minuten und Kaltwalzen mit 40% Reduktion.

Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 9 mm Dicke wurde auf seiner Oberfläche gereinigt, tine 20 μΐη dicke Kupferschicht 15-1 wurde elektrochemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 abgelagert, wie es F i g. 2 c zeigt. Eine 20 μπι dicke Indiumsrhicht 15-2 wurde elektrochemisch auf der mittleren Silberlegierungsschicht 4 abgelagert. Die Kombination 30 wurde auf ähnliche Weise wie im ersten Schritt unter einem Druck von 50 kg/cm² für 30 Minuten im Vakuum (10-²mmHg) auf 750°C gehalten.

Damit wurde das Drei-Schichten-Blech 40 in ein elektrisches Kontaktmaterial von 0,15 mm Dicke nach sechs Wiederholungen des Zyklus aus Anlassen auf 650' C für 40 Minuten und Kaltwalzen verwandelt. Dem Walzvorgang folgte der Anlaßvorgang jedesmal dann, wenn das Drei-Schichten-Blech 40 eine Dicke von 5, 2,4,1,2,0,6 und 0,3 mm aufwies. Die endgültige Dickenverringerung betrug 50 %, und die obere Palladiumlegierungsschicht 1 hatte gemäß einer mikroskopischen Prüfung eine Dicke von etwa 1,5 μπι. Der Palladiumgehalt der Obei fläche der oberen Palladiumlegierungsschicht 1 wurde mit über 40 Gewichtsprozent mit Hilfe eines Mikroanalysators ermittelt. Die anderen Elemente waren hauptsächlich Silber. Kupfer und Nickel. Es wurden nur Spuren von Indium festgestellt.

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften des so hergestellten elektrischen Kontaktmaterials. Das elektrische Kontaktmaterial wurde dem in Tabelle 2 angegebenen Schwefelungstest ausgesetzt Nach dem Test hatte das elektrische Kontaktmaterial einen Kontaktwiderstand von 0,024 Ω (Tabelle 2). Bei dem Schwefelungstest wurde das elektrische Kontaktmaterial 100 Stunden lang in Luft mit 100 ppm H₂S auf 85° C gehalten. Der Kontaktwiderstand wurde

409 525/194

auf folgende Weise gemessen. Eine Goldelektrode Beispiel 4

mit einer Kugeloberfläche am Ende wurde mit der

Oberfläche des elektrischen Kontaktmaterials bei Das Beispiel 4 gleicht im wesentlichen dem Bei-

einem Druck von 20 g in Berührung gebracht. Ein spiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 2 beschrie-

Gleichstrom von 10 mA wurde von der Goldelektrode 5 benen Verfahren hergestellt. Es unterscheidet sich

durch die Berührungsfläche zum elektrischen Kontakt- folgendermaßen vom Beispiel 2.

material geschickt. Der Spannungsabfall über der Ein Palladiumlegierungsblech 11 bestand aus 95 Ge-

Goldelektrode und dem elektrischen Kontaktmaterial wichtsprozent Palladium, 2 Gewichtsprozent Kupfer

wurde mit einem elektrischen Galvanometer gemessen und 2 Gewichtsprozent Nickel bei einer ursprüng-

und in einen Kontaktwiderstand umgerechnet. io liehen Dicke von 0,2 mm. Ein Silberlegierungsblech

12 hatte eine ursprüngliche Dicke von 8,8 mm.

Beispiel 2 Die Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften

und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischen

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Bei- Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest, und die spiel 1. Ein Palladiumlegierungsblech 11 bestand aus 15 obere Palladiumlegierungsschicht 11 hatte gemäß 60 Gewichtsprozent Palladium, 39 Gewichtsprozent einer mikroskopischen Untersuchung eine Dicke von Silber und 1 Gewichtsprozent Kobalt bei einer ui- etwa 0,5 μπι.
sprünglichen Dicke von 0,6 mm. Ein Silberlegierungsblech 12 bestand aus 93 Gewichtsprozent Silber, Beispiel 5
6 Gewichtsprozent Kupfer und 1 Gewichtsprozent 20
Nickel bei einer ursprünglichen Dicke von 8,4 mm. Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Bei-

Nach dem Reinigen der Oberflächen wurde eine spiel 1. Gemäß Fig. 1 bestand ein Palladium-Kupferschicht 14-1 von 20 μπι Dicke und eine In- legierungsblech 11 aus 95 Gewichtsprozent Palladium, diumschicht 14-2 von 20 μπι Dicke elektro-chemisch 2 Gewichtsprozent Silber und 3 Gewichtsprozent auf dem Palladiumlegierungsblech 11 bzw. dem Silber- 25 Nickel bei einer ursprünglichen Dicke von 0,6 mm. Ein legierungsblech 12 abgelagert. Dann wurde eine Silberlegierungsblech 12 bestand aus 96,5 Gewichte-Kombination 10 bei 720^cC für 30 Minuten auf die prozent Silber, 3 Gewichtsprozent Kupfer und 0,5 Gegleiche Weise wie im Beispiel 1 verbunden und in ein wichtsprozent Nickel bei einer ursprünglichen Picke Zwei-Schichten-Blech 20 von 1,2 mm Dicke nach von 8,4 mm. Nach dem Reinigen ihrer Oberflächen zwei Wiederholungen eines Zyklus umgewandelt, der 30 wurde eine Kupferschicht 14 von 20 μπι Dicke eleUroaus einem Anlassen auf 55OX für 20 Minuten und chemisch auf dem Silberlegierungsblech 12 abgelagert, einem Kaltwalzen mit etwa 65 °„ Reduktion besteht. und eine solche Kombination 10 wurde auf die glc'che

Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 10,8 mm Weise wie im Beispiel 1 so zusammengestellt, JaC die

Dicke wurde auf der Oberfläche gereinigt. Eine Kupferschicht 14 und das Palladiumlegierungsblech 11

Kupferschicht 15-1 von 20;xm Dicke wurde elektro- 35 dicht aneinander lagen. Die Kombination würde

chemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 30 Minuten lang im Vakuum (10² mm Hg) auf

abgelagert. Eine Indiumschicht 15-2 von 20 μιη Dicke 85OX gehalten. Danach wurde die Kombinatini 10

wurde elektro-chemisch auf der mittleren Silber- in ein Zwei-Schichten-Blech 20 von 1.2 mm Dicke

legierungsschicht 4 abgelagert. Eine Kombination 30 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 vrwanJclt.

wurde bei 700⁰C für 30 Minuten auf die gleiche Weise 40 Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 10,8 mm

wie im ersten Schritt hergestellt und in ein elektrisches Dicke wurde auf der Oberfläche gereinigt. Eine

Kontaktmaterial von 0,15 mm Dicke nach vier Wit 1er- 20 μπι starke Kupferschicht 15 wurde elektro-chemisch

holungen eines Zyklus umgewandelt, der aus einem auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 a ^e-

Anlassen bei 650' C für 30 Minuten und einem Kalt- lagert. Die Kombination 30 wurde auf die deiche

walzen besteht. Auf den Walzvorgang folgte der An- 45 Weise wie im Beispiel 1 zusammengestellt und 30 Mi-

laßvorgang jedesmal dann, wenn die Dicke des Drei- nuten lang im Vakuum (10-²mmHg) auf 830 X

Schichten-Bleches 40, 9,6, 2,4 und 0,6 mm betrug. gehalten.

Die endgültige Dickenverringerung betrug 75 °„. Damit wurde ein Drei-Schichten-Blech 40 in ein

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften elektrisches Kontaktmaterial von 0,15 mm Dicke

des so hergestellten elektrischen Kontaktmaterials. 50 auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 umgewandelt.

Nachdem der Schwefelungstest ähnlich wie im Bei- Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften

spiel 1 durchgeführt wurde, hatte das elektrische und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischen

Kontaktmaterial einen Kontaktwiderstand von Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest.
0,038 Ω, wie es Tabelle 2 zeigt.

„..,, ⁵⁵ BeispieI6

Beispiel 3

Das Beispiel 6 gleicht im wesentlichen dem Bei-

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Bei- spiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 5 beschriespiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 2 beschrie- benen Verfahren hergestellt, außer daß das Palladiumbenen Verfahren bergestellt, außer daß ein Palladium- 60 legierungsblech 1Ϊ aus 95 Gewichtsprozent Palladium, legierungsblech 11 aus 84 Gewichtsprozent Palladium, 2 Gewichtsprozent Silber und 3 Gewichtsprozent 15 Gewichtsprozent Kupfer und 1 Gewichtsprozent Kupfer bestand, und daß das Silberlegierungsblech Kobalt bestand, und daß ein Silberlegierungsblech 12 12 aus 96,8 Gewichtspiozent Silber, 3 Gewichtsaus 94 Gewichtsprozent Silber, 5,5 Gewichtsprozent prozent Kupfer und 0,2 Gewichtsprozent Phosphor Kupfer und 0,5 Gewichtsprozent Nickel bestand. 65 bestand.

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften und Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften

den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischen und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischen

Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest. Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest.

Beispiel 7

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Beispiel 1. Gemäß Fig. 1 bestand das Palladiumlegierungsblech aus 60 Gewichtsprozent Palladium, 39 Gewichtsprozent Silber und 1 Gewichtsprozent Nickel, und das Silberlegierungsblech 12 bestand aus 96,5 Gewichtsprozent Silber, 3 Gewichtsprozent Kupfer und 0,5 Gewichtsprozent Nickel. Die ursprüngliche Dicke des Palladiumlegierungsbleches 11 und des Silberlegierungsbleches 12 betrug 1,2 bzw. 3,3 mm. Nachdem beide Bleche auf ihren Oberflächen gereinigt Wurden, wurde eine Kupferschicht 14 von 30 μπι Dicke elektro-chemisch auf dem Blech 12 abgelagert, und eine Kombination 10 wurde unter Druck von etwa 20 kg/cm² auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zusammengestellt, so daß die Kupferschicht 14 Und das Blech 11 dicht aneinander lagen. Die Kombination wurde 30 Minuten lang im Vakuum (10~² mm

Hg) auf 83O⁰C gehalten. Dann wurde die Kombination 10 in ein Zwei-Schichten-Blech 20 von 1 mm Dicke auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 umg .··■ wandelt.

Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 9 mm Dicke wurde auf der Oberfläche gereinigt. Eine 30 μηι starke Kupferschicht 15 wurde elektro-chemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 abgelagert. Die Kombination 30 wurde unter einem Druck vou

ίο 70 kg/cm² auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zusammengestellt und 30 Minuten lang im Vakuum (10-²mmHg) auf 83O⁰C gehalten.

Dieses Drei-Schichten-Blech 40 wurde in ein elektrisches Kontaktmaterial von 0,15 mm Dicke wie im Beispiel 1 umgewandelt, außer daß auf eine Temperatur von 620⁰C für 1 Stunde angelassen wurde.

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischen Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest.

Tabelle 2

	Konstruktion	Elastizität s-	Ermüdungs	Kontaktwider
		LJltttfMbl V44U modul	grenze für 10» Perioden	stand nach der
Beispiel	(85 Pd-12 Ag-3 Ni)-(85 Ag-13 Cu-2Ni)-(Nickel-Kupfer-	(kg/mm8)	(kg/mm»)	Schwefelung HtS 100 ppm 85° C
	.Legierung) (60 Pd-39 Ag-I Co)-(93 Ag-6 Cu-I Ni)-(Nickel-Kupfer-	15 700	37,0	100 Stunden Ω
1	Legieiung)	16 200	38,5	0,024
2	(84Pd-15Cu-lCo)-(94Ag-5,5Cu-0,5Ni)-(Nickel-			0,038
	Kupfer-Legierung)	16 200	38,5
3	(95 Pd-2 Cu-3 Ni)-(93 Ag-6 Cu-I Ni)-(Nickel-Kupfer-			0,025
	Legierung)	16100	38,0
4	(95Pd-2Ag-3Ni)-(96,5Ag-3Cu-0,5Ni)-(Nickel-Kupfer-			0,055
	Legierung)	16100	38,0
5	(95 Pd-2 Ag-3 Cu)'(96,8 Ag-3 Cu-0,2 PMNickel-Kupfer-			0,015
	Legierung; (60 Pd-39 Ag-I Ni)-(96,5 Ag-3 Cu-0,5 Ni)-(Nickel-	16100	38,0
6	Kupfer-Legierung)	16 200	39,0	0,013
7				0,022

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dreischichtiger metallischer Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte, dessen als Federschicht dienende Giundschicht eine Legierung folgender Zusammensetzung ist

63 bis 70 Gewichtsprozent Ni,
weniger als 2,5 Gewichtsprozent Fe,
weniger als 1,25 Gewichtsprozent Mn,
weniger als 0,5 Gewichtsprozent Si,
weniger als 0,024 Gewichtsprozent S,
weniger als 0,08 Gewichtsprozent C,

Rest Cu