DE2033870C3 - Dreischichtiger metallischer Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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,

dadurch gekennzeichnet, daß die als dritte Schicht vorgesehene Oberschicht aus einer Legierung besteht, die aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 39 Gewichtsprozent Ag besteht oder die aus 79 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 15 Gewichtsprozent Cu besteht oder die aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 3 bis 15 Gewichtsprozent Cu und 2 bis 37 Gewichtsprozent Ag besteht.

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

3. Verfahren zur Herstellung einer. Verbundwerkstoffes nach Anspruch 1 oder 2, 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 85O°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 830 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 odei Kombinationen aus einer Kupfer- und einer Indiumschicht verwendet werden.

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

5. Verfahren nach Anspruch 3 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 Indsumschicht bestehenden Bindcschichten mit 20 bis 5OjAm bemessen wird, wobei ein Dickenverhältnis von Indiumschicht zu Kupferschicht zwischen 1 : 1 und i : 2 gewählt wird.

6 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kupferschicht in der Bindeschicht an dein 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 Kontaktmatenal mit Federwirkung verwendet, das geeignet ist fur 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 des Verbundwerkstoffes nimmt ab.

Andererseits ist die Bindetechnik eines der wichtigen Merkmale, um Verbundwerkstoffe erfolgreich herzustellen Kleine Fehler wie Poren, Oxide oder kleine, unverbundene Flächen im Anfangszustand wachsen genug, um die Festigkeit und die Materialeinsparungen des fertigen Verbundwerkstoffes zu verringern. Darüber hinaus muß eine unerwünschte Diffusion von der Bindeschicht und der Federschicht zur Kontaktschicht soweit wie möglich vermieden werden.

Es wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, einen zuverlässigen elektrischen Kontakt bei möglichst geringen Kosten zu erhalten. Die zur !Zeit im Handel erhältlichen elektrischen Kontakte sind jedoch hinsichtlich diesen Anforderungen noch nicht voll zufriedenstellend.

Die deutsche Auslegeschrift 1 268 472 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes gut einer Silber-Oberschicht und Kupfer oder Kupferlegierung, bei dem Aluminium als Bindeschicht verwendet wird. Nachteilig daran ist, daß die Diffusion von Aluminium in die Oberschicht sehr leicht Schaltuagsgeräusche verursacht. Auch ist der Verbundwerkstoff deshalb nicht zufriedenstellend, weil die Silberkontaktschicht leicht in einer H₂S-GaS oder SOs-Ci^ enthaltenden Atmosphäre beschlägt, wie vorstehend erwähnt wurde.

Die deutsche Patentschrift 1059 738 schlägt ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus einem Edelmetall und einem Unedelmetall vor. Sie lehrt die Verwendung einer Nickel-Phosphor- und/oder einer Kobalt-Phosphor-Legierung als Zwischenschicht. Dabei ist jedoch nachteilig, daß diese Legierungen schlecht verformbar sind, so daß die Herstellung eines dünnem Bleches ziemlich schwer ist, und daß für die elektrolytische Ablagerung dieser Legierungen spezielle Bäder erforderlich sind. Der deutschen Patentschrift 1 059 738 ist auch zu entnehmen, daß es möglich ist, Kupfer und kupferreiche Legierungen als Zwischenschicht zu verwenden, jedoch ist nicht deutlich, in welchem Zustand sie verwendet werden. Es ist angegeben, daß diese Mateiialien sehr gut benetzende Eigenschaften gegenüber Chrom enthaltendem Stahl haben und die Diffusion des Unedelmetalls in das Edelmetall verhindern, so daß sie für diesen Zweck in einer ziemlich dicken Schicht verwendet werden müssen, und es ist dabei nachteilig, daß die Zwischenschicht aus reinem Kupfer die Festigkeit des Verbundmaterials verringert.

Aufgabe ,.er Erfindung ist die Schaffung eines Verbundwerkstoffes mit hoher chemischer Korrosionsfestigkeit z. B. gegenüber Schwefelung, mit hoher mechanischer Abnutzungsfestigkeit sowie niedrigem Kontaktwiderstand und großer Federwirkung. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die als dritte Schicht vorgesehene Oberschicht aus einer Legierung besteht, die aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 39 Gewichtsprozent Ag besteht oder die aus 79 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 1 bis 6 Gewichtsprozent Ni oder Co und 2 bis 15 Gewichtsprozent Cu besteht oder die aus 60 bis 95 Gewichtsprozent Pd, 3 bis 15 Gewichtsprozent Cu und 2 bis 37 Gewichtsprozent Ag besteht.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß der dreischichtige metallische Verbundwerkstoff nach einem Verfahren hergestellt wird, gemäß dem ein Blech aus einer Palladiumlegierung und ein solches aus einer Silberlegierung unter Zwischenlage einer Bindeschicht unier Druck auf eine Temperatur von 720 bis 85O°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, worauf das derart erhaltene Drei-Schichten-Blech auf Raumtemperatur abgekühlt und gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeschichten im wesentlichen Kupferschichten oder Kombinationen aus einer Kupfer- und einer Indiumschicht verwendet werden. Bei dieser Entwicklung ist vorteilhaft, daß der Bindevorgang bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, einfach und bequem und bei verhältnismäßig niedrigen Kosten durchgeführt werden kann, daß Kupfer oder Kupfer und Indium der BindcschicM eine eutektische Schmelze in dem engen Bereich mit der Silberlegierung bilden und in die Palladiumlegierung und die Silberlegierung oder die Silberlegierung und die Nickel-Kupfer-Legierung eindiffundieren, um eine feste Bindung zu bewirken, und daß die Elemente der Bindeschicht nicht die Kontakteigenschaften der Oberschicht beeinträchtigen können, wenn sie in diese eindiffundieren.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in den '5 Einzelheiten unter Zuhilfenahme der Figuren beschrieben, in denen

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Herstellungsschritte eines Bleches aus drei miteinander verbundenen Schichten ist,

F i g. 2 eine andere schematische Darstellung von Herstellungsschritten des Bleches aus drei miteinander verbundenen Schichten ist

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. Das Verfahren umfaßt eine Kombination der folgenden Schritte:

3. Erwärmen einer Kombination 10 aus einem Palladiumlegierungsblech 11 und einem Silberlegierungsblech 12 mit einer dazwischengefügten Bindeschicht 14 unter Druck bei einer ersten Bindeiemperatur von 720 bis 85O°C. Der Arbeitsdruck liegt im Bereich von 5 bis 20 kg/cm* und kann während des Erwärmens aufgebracht werden: Zum Beispiel wird die Kombination 10 zwischen zwei dicke Platten aus rostfreiem Stahl gepackt, die an den vier Ecken durch Schrauben zusammengeklemmt werden. Nach dem Erwärmen in einer Zeit, die von der Größe der Kombination 10 abhängt, ist die Kombination in ein verbundenes Blech 20 aus zwei Schichten umgewandelt, das aus einer oberen Palladiumlegierungsschicht 1 und einer unteren Silberlegierungsschicht 4 besteht. Die Bindeschicht 14 diffundiert während der Erwärmung in die anliegenden Schichten. Infolgedessen unterscheiden sich die Zusammensetzungen der Palladiumlegierungsschicht 1 und der Silberlegierungsschicht 4 von denen des ursprünglichen Palladiumlegierungsbleches 11 und des ursprünglichen Silberlegierungsbleches 12 aufgrund der Diffusion der Bindeschicht 14.

Das Palladiumlegierungsblech 11 ist eine Zusammensetzung, die im wesentlichen aus Palladium und als zusätzlichen Bestandteilen aus Nickel, Kobalt, Kupfer sowie Silber besteht.

Die Bindeschicht 14 besteht im wesentlichen aus einer Kupferschicht oder aus einer Kombination aus einer Kupferschicht und einer Indiumschicht. Die Bindeschicht kann nach vielen Verfahren hergestellt werden, wie z. B. durch Vakuumablagerung oder durch elektrochemische Ablagerung des Bindematerials entweder auf dem Palladium- oder auf dem Silberlegierungsblech 11 bzw. 12 .Nach einem weiteren Verfahren kann eine Folie des Bindematerials zwischen das Palladium- und das Silberlegierungsblech bzw. 12 gelegt werden.

2. Erwärmen einer Kombination 30 aus einem Zwei-Schichten-Blech 20 und einem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 mit einer weiteren Bindeschicht

dazwischen unter Druck bei einer zweiten Bindetemperatur von 700 bis 830° C. Der Druck liegt dabei zwischen 30 und 70 kg/cm². Diese weitere Bindeschicht 15 hat im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die Bindeschicht 14 und kann ähnlich wie diese gebildet werden. Nach dem Erwärmen über eine bestimmte Zeit, die von der Größe der Kombination 30 abhängt, ist diese in ein Drei-Schichten-Blech 40 umgewandelt, das aus einer oberen Palladiumlegierungsschicht 1, einer mittleren Silberlegierungsschicht 2 und einer Federschicht 3 aus Nickel-Kupfer-Legierung besteht. Die weitere Bindeschicht 15 diffundiert in die Siioerlegierungsschicht 4 und das Blech 13 aus der Nickel-Kupfer-Legierung. Infolgedessen unterscheiden sich die Zusammensetzungen der beiden Schichten 2 und 3 von denen der ursprünglichen Schichten 4 und 13 aufgrund der Diffusion der weiteren Bindeschicht 15.

Die Erwärmungsatmosphäre bei den Bindeschritten muß nicht oxydierend sein, wie Stickstoffgas, Argon- ao gas oder Vakuum, um die Oxydation des elektrischen Kontaktmaterials zu verhindern. Die zweite Bindetemperatur muß immer unter der ersten Bindetemperatur liegen.

3. Walzen des abgekühlten Drei-Schichten-Bleches as 40 zu einem elektrischen Kontaktmaterial der gewünschten Dicke. Die geeignete Anlaßtemperatur des Drei-Schichten-Bleches 40 während des Kaltwalzens beträgt 620 bis 670° C für 1 Stunde. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung eines feinen elektrischen Kontaktmaterials, welches durch eine starke Bindungsfestigkeit zwischen jeweils zwei Schichten gekennzeichnet ist.

Das Silberlegierungsblech 12 besteht im wesentlichen aus 60 bis 96,8 Gewichtsprozent Silber und 3 bis 39,95 Gewichtsprozent Kupfer. Kupfer, Indium und ihre Kombinationen sind als Bindeschicht brauchbar. Angesichts der elektrischen Kontakteigenschaften werden Kupfer und Indium bevorzugt. Einer der Hauptgründe dafür, warum Kupfer und Indium als 4= Bindeschicht verwendet weiden müssen, liegt darin, daß sie mit der Silber-Kupfer-Legierung reagieren und eine ternäre Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt bilden. Ein weiterer Grund ist: Die Hartlötlegierung wird gewöhnlich zum Verbinden von Metallen verwendet, aber beim Verbinden von Kontaktfedermaterial ist dies nicht immer eine brauchbare Technik. Der Einfluß der Legierungselemente der Hartlötlegierung auf die Kontakteigenschaften wird wichtig. Deshalb muß eine handelsübliche Hartlötlegierung, die gewöhnlich Zinn, Zink, Blei usw. enthält, vermieden werden. Zum Beispiel bewirken deren Oxide ein Schaltungsrauschen bei leicht beanspruchten Gleitkontakten. Darüber hinaus muß bei einer Hartlötlegierung ein Flußmittel vei wendet werden. Die heterogene Fließfähigkeit der Hartlötlegierang und die Gasbildung des Flußmittels lassen die Poren in der Bindeschicht anwachsen. Nach dem Walzen eines solchen Verbundwerkstoffe; erscheinen sie als Einbuchtungen auf der Oberfläche, bei denen die Oberschicht leicht abzuziehen ist. Um diese Schaden zu verringern, kann das Hartlöten im Vakuum durchgeführt werden, doch sind hier Elemente mit hohem Dampfdruck wie Zink und Cadmium schädlich. Es wurde deshalb von der Anmelderin gefunden, daß Kupfer- und Kupfer-Indium sich am besten als Bindeschichtmetalle eignen. Es hat jedenfalls bis jetzt kein Fachmann jemals die Verwendung von Kupfer und Indium als Bindeschichtmetalle vor geschlagen. Wenn das Silberlegierungsblech 12 in einer Zusammensetzung von 95 bis 96,8 Gewichtsprozent Silber und 3 bis 5 Gewichtsprozent Kupfer vorliegt, besteht jede der beiden Bindeschichten 14 und 15 vorzugsweise aus einer Kupferschicht angesichts der Solidustemperatur des Silberlegierungsbleches 12.

Wenn das Silberlegierungsblech 12 eine Zusammensetzung von 60 bis 94 Gewichtsprozent Silber und 6 bis 39,95 Gewichtsprozent Kupfer aufweist, muß jede der beiden Bindeschichten 14 und 15 aus einer Kombination einer Kupferschicht 14-1 oder 15-1 mit einer Indiumschicht 14-2 oder 15-2 biStehen angesichts der eutektischen Temperatur d;s Silberlegierungsbleches, wie es in F i g. 2 gezeigt wird, in der ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile wie in F i g. 1 kennzeichnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, daß eine höhere Bindefestigkeit erzielt werden kann, wenn man die Kupf ;rschicht 15-1 an das Blech 13 aus der Nickel-Kupfer-Ligierung legt. Eine Kombination einer Kupferschicht 14-1 oder 15-1 mit einer Indiumschicht 14-2 oder 15-2 reagiert mit der Silber-Kupfer-Legierung und bild ;t eine eutektische Silber-Kupfer-Indium-Zusammensetzung mit einem Schmelzpunkt unter dem der Silb;r-Kupfer-Legierung.

Eine Dicke der beiden Bindeschbhten 14 und 15 von weniger als 20 μπι ergibt eine geringe Bindefestigkeit. Bindeschichten 14 und 15 von mehr als 50 μιη Dicke bewirken, daß eine größere Menge Kupfer zu einer Oberfläche des Palladiumlegierungsbleches 11 diffundiert während des Erwärmens bei der ersten Bindetemperatur.

Das diffundierte Kupfer auf der Oberfläche beeinträchtigt die elektrischen Kontakteigenschaften. Eine Bindeschicht 15 über 50 μιη Dicke ergibt keine vollständig eutektische Schmelze und bleibt ein Teil des ungeschmolzenen Kupfers. Dies beeinträchtigt die Bindefestigkeit. Die Dicke der beiden Bindeschichten 14 und 15 muß deshalb zwischen 20 und 50 μιη liegen.

In der Kombination aus der Kupferschicht 14-1 oder 15-1 und der Indiumschichi 14-2 oder 15-2 reicht das Dickenverhältnis der Kupferschicht zur Indiumschicht vorzugsweise von 1 : 1 his 1 : 2. Eine Indiumschicht, die dicker ist, als dem Verhältnis 1 : 1 entspricht, ergibt eine große Menge einer eutektischen Schmelze an einer Grenzfläche zwischen dem Palladiumlegierung>blech 11 und dem S'ilberlegierungsblech 12 oder zwischen dem Zwei-Schichten-Blech 20 und dem Blech 13 aus der Nickel-Kupfer-Legierung. Die große Menge der eulektischen Schmelze fließt von der Grenzfläche ab und verhindert die Bildung einer glatten Grenzfläche. Dies beeinträchtigt ebenfalls die Bindefestigkeit.

Die genannte obere Palladiumbgierungsschicr 11 soll die mittlere Silberlegierungsschicht 2 vor einer chemischen Erosion, z. B. Schwefelung, schützen. Eine anwendbare Dicke der oberen Palladiumlegierungsschicht 1 liegt zwischen 0,5 und 5 μιη. Angesichts der Schwefelung oder der mechanischen Abnutzung ist es notwendig; daß die Schicht 1 60 bis 95 Gewichtsprozent Palladium im fertigen elektrischen Kontaktmaterial enthält. Die Schwefelungsgrenze liegt für die Palladium-Süber-Legierung wegen des Kontaktwiderstandes bei 60 Gewichtsprozent Palladium. Diese Notwendigkeit kann erfüllt werden durch Verwendung eines Palladiumlegierungsbleches

11 in einer Zusammensetzung gemäß Tabelle I. Der 7.UVdV/, von I bio 6 Gewichtsprozent Nickel oder Kobalt festigt die obere Palladiumlegierungsschicht I. Nickel oder Kobalt über 6 Gewichtsprozent führt leicht zur Seigerbildung und beeinträchtigt die Formbarkeit und Verarbcit barken des lalladiumlegierutigsbleches II. 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 I. Ein Zusatz von Kupfer oder Silber von mindestens 2 Gewichtsprozent kann die unregelmäßige Diffusion von Siiber oder Kupfer in die obere Palladiumlegierungsschicht 1 verhindern. Die obere Grenze des Kupferzusatzes liegt bei 15 Ge-

wjchtsprozent 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 iuch Silber zu Palladium ohne Nickel oder Kobalt ist ebenfalls möglich. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der elektrischen Kontakteigenschaflen und der Schwefelung wird eine arbeitsfähige Zusammensetzung als Probe Nr. 5 in der Tabelle 1 gezeigt.

Die Dicke der oberen Palladiuniiegierungsschichl 1 des gewalzten Drei-Schichten-ßlechs beträgt 0,05 bis 5 Jim. Die Wirkung der Schicht I gegen Suliidbildung reicht nicht aus, wenn die Schicht dünner als 0.5 μηι ist. Über 5 μηι erfüllen andere bequeme Veifahten den Zweck der Herstellung dieser Art eines elektrischen Kontaktmaterials.

labeile 1
Zusammensetzung des Palladiumlegierungsbleches

Probe Nr.

60 -	60	~ 95 Gewichts
		prozent Pd
2 -	2	~ 39 Gewichts
		prozent Ag
1 -	1	- 6 Gewichts
		prozent Co
>■ 95 Gewichts
prozent Pd
- 39 Gewichts
prozent Ag
- 6 Gewichts
prozent Ni

Prozent Pd
J 5 Gewichtsprozent Cu
6 Gewichtsprozent Ni

79 - 95 Gewichtsprozent Pd

2-15 Gewichtsprozent Cu

1 - 6 Gewichtsprozent Co

60

95 Gewicht: prozent Pd 37 Gewicht: prozent Ag 15 Gewicht: Prozent Cu

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 Nicke!";, und ein Silberlegierungsblech 12 hatte eine Zusammensetzung von 85 Gewichtsprozent Silber.

13 Gewichtsprozent Kupfer und 2 Gewichtsprozen; Nickel. Die ursprünglichen Dicken der Bleche 11 und 12 betrugen 0,3 bzw. 4,2 mm. Beide Bleche wurden aui herkömmliche Weise auf ihren Oberfläche]; von groben Verunreinigungen gereinigt. Dann wurden eine Kupferschicht 14-1 von 20 μΐη Dicke und eine Indiumschicht 14-2 von 20 μηι 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 aus rostfreiem Stahl zusammengepießt, welche fest an den vier Ecken durch Schrauben zusammengehalten wurden, so daß die eleklro-chemisch abgelagerten Schichten eng aneinander lagen. Die Kombination wurde 30 Minuten lang im Vakuum (TO"² mm Hz) auf 75O⁰C gehallen und dadurch in ein Zwei-Schichten-Blech 20 von 1 mm Dicke umgewandelt nach drei Wiederholungen eines Zyklus aus Anlassen auf 55O^l C für 30 Minuten und Kaltwalzen mit 40 "₀ Redükiion.

Ein Nickei-Kupier-Legierungsblech 13 von 9 mm Dicke wurde auf seiner Oberfläche gereinigt. Eine 20 μΓη dicke Kupferschicht 15-1 wurde elektrochemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 abgelagert, wie es Fig. 2c zeig!. Eine 20 μτκ dicke Indiumschicht 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 ^: ram Hg) auf 750*C gehalten.

Damit wurde das Drei-Schichlen-Blecli 40 in ein elektrisches Kontaktmaterial von 0.15 mm Dicke nach sechs Wiederholungen des Zyklus aus Anlassen auf 650^rC für 40 Minuten und Kaliv _t ken verwandelt. Dein Walzvorgang folgte der Anlaßvorgang jedesmal dann, wenn das Drei-Schichten-Biech 40 eine Dicke von 5. 2.4. 1,2. 0,6 und 0,3 mm aufwies. Die endgültige Dickenverringerung betrug 50 °_o, und die obere Palladiumlegierungsschicht 1 hatte gemäß einer mikroskopischen Prüfung eine Dicke von etwa 1,5 um. Der Palladiumgehalt der Obeifläche der oberen Palladiumlegierungsschiebt 1 wurde mit über 60 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 Kon'aktmaterials. Das elektrische Kontaktmateria! wurde dem in Tabelle 2 angegebenen Schwefelungstest ausgesetzt. Nach dem Test hatte das elektrische Kontaktmaterial einen Kontaktwiderstand von 0,02412 (Tabelle 2). Bei dem Schwefelungstest wurde das elektrische Kontaktmaterial 100 Stunden lang in Luft mit 100 ppm H₂C auf 85'C gehalten. Der Kontakt widerstand wurde

609609 412

auf folgende Weise gemessen. Eine Goldelektrode mit einer Kiigeloberfläche am Ende wurde mit der Oberfläche des elektrischen Konlaktinaierials bei einem Druck von 20 g in Berührung gebracht. Ein Gleichstrom von 10 niA wurde von der Goldelektrode durch die Berührungsfläche zum elektrischen Kontaktmatciial geschickt. Der Spannungsabfall über der Goldelektrode und dem elektrischen Koniaktmaterial wurde mit einem elektrischen Galvanometer gemessen und in einen Kontaktwiderstand umgerechnet.

Beispiel 2

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Bei-

Beispiel 4

Das Beispiel 4 gleicht im wesentlichen dem Beispiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt. Es unterscheidet sich folgendermaßen vom Beispiel 2.

Ein Palladiumlegierungsblech 111 bestand aus 95 Gewichtsprozent Palladium, 2 Gewichtsprozent Kupfer und 3 Gewichtsprozent Nickel bei einer ursprünglichen Dicke von 0,2 mm. Ein Silberlegierungsblech 12 hatte eine ursprüngliche Dicke von 8.8 mm.

Die Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften und den Kontaklwiderstand des fertigen elektrischen Kontaktmaterials nach dem Schwefelungstest, und die

spiel 1. Ein Palladiumlegierungsblech 11 bestand aus 15 obere Palladiumlcgierungsschicht 11 hatte gemäß

60 Gewichtsprozent Palladium, 39 Gewichtsprozent Silber und 1 Gewichtsprozent Kobalt bei einer ursprünglichen Dicke von 0.6 mm. Ein Silberlegierungsblech 12 bestand aus 93 Gewichtsprozent Silber, 6 Gewichtsprozent Kupfer und 1 Gewichtsprozent Nickel bei einer ursprünglichen Dicke von 8.4 mm. Nach dem Reinigen der Oberflächen wurde eine Kupferschicht 14-1 von 20 μΐη Dicke und eine Indiumschicht 14-2 von 20 μ?τι Dicke elektrochemisch einer mikroskopischen Untersuchung eine Dicke von etwa 0,5 μηι.

Beispiel 5

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Beispiel 1. Gemäß F i g. 1 bestand ein Palladiumlegierungsblech 11 aus 95 Gewichtsprozent Palladium, ~> Gewichtsprozent Silber und 3 Gewichtsprozent

auf dem Palladiumlegierungsblech 11 bzw. dem Silber- 25 Nickel bei einer ursprünglichen Dicke von 0.6 mm. Ein iegierungsblcch 12 abgelagert. Dann wurde eine Silberlegierungsblech 12 bestand aus 96,5 Gewichts-Kombinalion 10 bei 720^rC 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 Dicke 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 Kupferschichl 14 von 20 μηι Dicke elektrochemisch auf dem Silberlegierungshlech 12 abgelagert, und eine solche Kombination 10 wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 so zusammengestellt, daß die

aus einem Anlassen auf 550C für 20 Minuten und einem Kaltwalzen mit etwa 65",, Reduktion besteht.

Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 10,8 mm

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

Kupferschicht 15-1 von 20 μηι Dicke wurde elcktro- 35 dicht aneinander lagen. Die Kombination wurde

chemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblecti abgelagert. Eine Indiumschicht 15-2 von 20 um Dick ο wurde elektrochemisch auf der mittleren Silbcrlegicrungsschichl 4 abgelagert. Eine Kombination 30 wurde bei 700^cC für 30 Minuten auf die gleiche Weise wie im ersten Schritt hergestellt und in ein elektrisches Kontaktmaterial von 0,15 mm Dicke nach vier Wiederholungen eines Zyklus umgewandelt, der aus einem Anlassen bei 650 C für 30 Minuten und einem KaIt-30 Minuten lang im Vakuum (10 ² mm HgI auf 850'C gehalten. Danach wurde die Kombination 10 in ein Zwei-Schichten-Blech 20 von 1.2 mm Dicke auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 verwandelt. Ein Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 von 10,8 mm Dicke wurde auf der Oberfläche gereinigt. Eine 20 μηι starke Kupferschicht 15 wurde elektrochemisch auf dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 abgelagert. Die Kombination 3θ" wurde auf die gleiche

walzen besteht. Auf den Walzvorgang folgte der An- 45 Weise wie im Beispiel 1 zusammengestellt und 30 Milaßvorgang jedesmal dann, wenn die Dicke des Drei- nuten lang im Vakuum (10 ² mm Hg) auf 830"C 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 Kontaktmatcrial von 0,15 mm Dicke des so hergestellten elektrischen Kontaktmaterials. 50 auf Hie gleiche Weise wie im Beispiel 2 umgewandelt Nachdem der Schwefelungstest ähnlich wie im Bei- Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaftcr

spiel 1 durchgeführt wurde, hatte das elektrische und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischer Kontaktmaterial einen Kontaktwidersland von Kontaktmaterials nach dem Schwefekingstest.
0,038 Ω, wie es Tabelle 2 zeigt.

55

Beispiel 3

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Beispiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 2 beschrie··

Beispiel 6

Das Beispiel 6 gleicht im wesentlichen dem Bei spiel 1 und wurde nach dem im Beispiel 5 beschrie benen Verfahren hergestellt, außer daß das Palladium

bencn Vcrfahien hergestellt, außer daß em Palladium- 60 legierungsblech 11 aus 95 Gewichtsprozent Palladium hgierungsblech 11 aus 84 Gewichtsprozerü Palladium, 2 Gewichtsprozent Silber und 3 Gewichtsprozen

und

15 Gewichtsprozent Kupfer und !Gewichtsprozent Kobalt bestand, und daß ein Silberlegierungsblech YX au; 94 Gewichtsprozent Silber, 5,5 Gewichtsprozent Kuifer und 0,5 Gewichtsprozent Nickel bestand.

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

Kupfer bestand, und daß das Silbetlegierungsblecl 12 aus 96,8 Gewichtspiozent Silber, 3 Gewichts prozent Kupfer und 0,2 Gew-icritsprozent Phospho bestand.

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschafte und den Konia! (widerstand des fertigen elektrische Kontaktmatc-iali, nach dem Schwefeluncstcst.

Beispiel 7

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Beispiel 1. Gemäß F i g. I bestand das Palladuunlegierungsblech aus 60 Gewichtsprozent Palladium, 39 Gewichtsprozent Silber und 1 Gewichtsprozent Nickel, und das Silbcrlegierungsblech 12 bestand aus 96,5 Gcwichtspiozent 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 Kupferschichl 14 von 30 μηι 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 ] 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 83O¹C gehalten. Dann wurde die Kombination 10 in ein Zwei-Schichteu-Blech 20 von ί mir Dicke auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 umgewandelt.

j Ein Nickel-Kupfer-Legimingsblech 13 von 9 mn Dicke wurde auf der Oberfläche gereinigt. Eine 30 μιν starke Kupferschicht 15 wurde elektro-chemisch aul dem Nickel-Kupfer-Legierungsblech 13 abgelagert Die Kombination 30 wurde unter einem Druck vor

ίο 70 kg/cm² auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 zusammengestellt und 30 Minuten lang im Vakutin (10 "-mm Hg) auf 830⁰C gehalten.

Dieses Drei-Schichten-Blech 40 wurde in cii elektrisches Kontaktmaterial von 0.15 mm Dicke wi< im Beispiel 1 umgewandelt, außer daß auf eine Tetnpe ratur von 620⁰C für 1 Stunde angelassen wurde.

Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaftei und den Kontaktwiderstand des fertigen elektrischei Kontaktmatcrials nach dem Schwefelungstest.

Tabelle 2

Beispiel	Konstruktion	Elastizitäts modul (kg/mm2)	Ermüdungs grenze für 106 Perioden (kg/mm-)	Koniaktwider- stand nach der Schwefelung H..S 100 ppm 85"C 100 Stunden ü
1 2 3 4 5 6 7	(SSPd-nAgONiMSSAg-nCu^NiHNickei-Kupfer- Legierung) oOPd-39 Ag-I Co)-(93 Ag-OCu-I N.)-(Nickel-Kupfer- Legiei ung) (84Pd-15Cu-lCo)-(94Ag-5,5Cu-0,5Ni)-(Nickel- Kupfer-Legierung) (95Pd-2Cu-3Ni)-(93Ag-6Cu-lNi)-(Nickel-Kupfer- Legierung) (95Pd^Ag-SNiHgO1SAg-SCU-O1SNi)-(NiCkCl-KuPfCr- Legierung) (95 Pd-2 Ag-3 Cu)-(96.8 Ag-3 Cu-0,2 P)-(N ickel-Kupfer- Legierung) (60Pd-39Ag-I Ni)-(96,5Ag-3Cu-O,5Ni)-(Nickel- Kupfer-Legierung)	15 700 16 200 16 200 16 100 16 100 16 100 16 200	37,0 38.5 38.5- 38.0 38,0 38.0 39,0	0,024 0,038 0,025 0,055 0,015 0.013 0,022

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dreischichtiger metallischer 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 Mn₁ weniger als 0,5 Gewichtsprozent Si, weniger als 0,024 Gewichtsprozent S, weniger als 0,08° Gewichtsprozent C,