DE2151603A1 - Verfahren zum partiellen beschichten eines metallkoerpers und nach dem verfahren hergestellter elektrischer kontakt - Google Patents

Description

• "Verfahren zum partiellen Beschichten eines Metallkörpers und nach den Verfahren hergestellter elektrischer Kontakt" F"r viele technische Zwecke ist es notwendig, einen Metallkörper mit einer metallhaltigen Schicht zu versehen, um ihn gegen mechanischen Verschleiß und/oder chemische Korrosion zu schützein. Hierbei ist es vielfach erwünscht, nur gewisse Oberflächenbereiche des Metallkörpers zu beschichten. Es werden beispielsweise elektrische Kontakte mit Schutzschichten aus Edelmetall oder Edelmetallegierungen versehen. Wegen des hohen Preises derv Edelmetalle ist man bestrebt, die Beschichtung des Kontaktwerkstoffes auf die eigentliche Kontaktstelle zu beschränken, um Verluste an Edelmetallen auf ein Minimum herauzusetzen.
• Es sind verschiedene Möglichkeiten zum partiellen Beschichten eines Metallkörpers bekannt. So ist beispielsweise aus der deutlichen Patentschrift 1 131 484 ein Verfahren zum Bedampfen des Randstreifens eines Metallbandes mnt Edelmetallen bekaniit.
• Aus dem beschichteten Band werden eleRtrische Kontakte hergsstellt. Bei diesem Verfahren wird das Metallband auf einen schwach konisch ausgebildeten Zylinder in der Weise spiralformig aufgewickelt, daß der zu beschichtende Randstreifen des Bandes unbedeckt bleibt. Dieses Verfahren hat sich sehr bewährt, jedoch können Verluste an Edelmetall nicht vermieden werden, weil beim Ausstanzen von Kontakten aus dem beschichteten Metall band sich notwendigerweise mit Edelmetall beschichteter Stanzabfall ergibt.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 017 860 ist ein Verfahren zum-partiellen Beschichten eines Metallbandes aus Kontaktfederwerkstoff mit Edelmetall auf galvanischem Wege bekannt. Au dem an diskreten Stellen beschichteten Metallband werden elektrische Kontakte gestanzt. Bei diesem Verfahren wird daszu beschicht ende Band zunächst mit einem Abdeck-Überzug derart versehen, daß jeweils den Kontaktflächen der elektrischen Kontakte entsprechende Stellen unbedekt bleiben. Danach wird das so ve; bereitete Metallband einem Galvanisiervorgang unterworfen, bei dem auf die unbedeckten Stellen des Bandes Edelmetall aufge I bracht wird. Anschließend wird der Abdeck-Überzug wieder vom Band entfernt. Bei diesem Verfahren treten keine Edelmetallverluste mehr auf. Das Verfahren ist jedoch in seinem Anwendungsbereich außerordentlich beschränkt, weil es auf galvanischem Wege nicht möglich ist, Kontaktschichten aus Legierungen oder Gemischen bestimmter prozentualer Zusammensetzung herzustellen.
• Aus dem britischen Patent 53a 846 ist es bekannt, einen Kontaktträger aus Wolfram oder Molybdän mit einer Rhodiumschicht zu versehen. Die Rhodiumschicht kann in Form einer feinverteiltes Rhodium enthaltenden Paste auf den Kontaktträger aufgedruckt werden. Zur Erzielung einer guten Verbindung zwischen Wolfram oder Molybdän und der Rhodiumschicht wird ein Teil des Rhodiums in das Wolfram oder Molybdän eindiSfundiert. Das freipulvrige Rhodium kann auch mittels einer geeigneten Presse in die Oberfläche des Wolfram- oder Nolybdänkörpers eingepreßt werden. Die ses Verfahren liefert eine Rhodiumschicht, bei der die körnige Struktur des Ausgangsmaterials erhalten bleibt, d. h. eine Rhodiumschicht mit inhomogenem Aufbau, Solche Schichten besitzen keine ausreichende Duktilität, so daß die beschichteten Körper praktisch nicht nachverformt werden können. Dieses Verfahren ist daher ebenfalls in seinem Anwendungsbereich außerordentlich eingeengt, weil es wegen der mangelnden Nachverformbarkeit nur für vorgefertigte Kontaktstücke benutzt werden kann. Darüber hinaus resultieren aus der körnigen, d. h. inhomogenen StrMctur der Rhodiumschicbt eine ungleichmäßige Stromdichte in dieser Schicht, was eine Erhöhung des Kontaktübergangswiderstandes bedingt, und eine verminderte Abriebfestigkeit. Zudem führt die körnige Struktur der Rhodiumschicht zu einer in sich stark schwankenden Schichtdicke, wodurch die Lebensdauer solcher Kontakte erheblich vermindert wird.
• Alls der Herstellung von Dickfilm-Schaltkreisen ist es bekannt, auf einen keramischen Träger im Siebdruckverfahren durch eine Schablone Widerstandes- und Leiterbahnen und andere Schaltkreiselemente aufzudrucken. Hierbei werden Pasten benutzt, die neben einer Metallkomponente noch eine die Verbindung mit dem keramischen Träger vermittelnde Fritte enthalten. Deshalb eignen sich solche Pasten nicht zur Beschichtung eines Metallkörpers.
• Der Erfindung liegt dfe Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches geeignet ist, einen Metallkörper partiell :nit einer homogenen, duktilen und nachverformbaren Schicht gleichmäßiger Dicke aus der Gruppe Metall , Metallegierungen iuid Gemische aus Metall oder Metallegierung mit einem Borid, Carbid, Nitrid, Silizid und/oder Oxid, das mit den anderen Gemischbestandteilen keinen glasartigen Werkstoff bildet, zu beschiçhten. Das Verfahren soll darüber hinaus so durchführbar sein, daß keine Verluste an Beschichtungswerkstoff entstehen.
• Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der pastenförmige Werkstoff im an sich bekannten Siebdruckverfahren durch eine Schablone auf den Metallkörper aufgedruckt, die aufgedruckte Schicht durch zumindest teilweises Austreiben des Siebdruckmittels vorverdichtet und die verbleibende vorverdichtete Schicht mechanisch und/oder durch teilweises Schmelzen zu einer homogenen Schicht nachverdichtet wird. In der Paste muß der auf den Netallkörper aufzubringende Schichtwerkstoff in so feinverteilter Form vorliegen, daß er mühelos die Maschen des Drucksiebes passieren kaiin. Das ist dann gewährleistet, wenn die Schichtwerkstoffteilchen eine Korngröße von weniger als 50 /um besitzen. Bevorzugt werden Schichtwerkstoffteilchen benutzt, deren Korngröße im Bereich von etwa 1 bis 5 /um liegt.
• Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als metallische Schichtwerkstoffe schuppenförmige Pulverteilchen zu verwenden. Als Siebdruckmittel, mit denen die feinteiligen Schichtwerkstoffe zu einer Pasteangerührt werden, können beispielsweise Lösungen von Kunstharzen verwendet werden. Damit die Paste auf dem Drucksieb genügend lange druckfähig bleibt, darf das Kunstharzlösungsmittel nicht zu flüchtig sein; der Siedepunkt des Lösungsmittels sollte daher über 150 °C liegen. Das Kunstharz sam Lösungsmittel muß sich beim Erhitzen unter Luftausschluß moglichst vollständig und rückstands-frei verflüchtigen, damit keine uiierwünschten Einschlüsse in der aufgebrachten Schicht zurtickbleiben. Als geeignet haben sich Kunstharze auf Polyacrylat Basis erwiesen.
• Nach einem weiteren Ausbildungsmerkmal der Erfindung wird die aufgedruckte Schicht gesintert und dann durch Walzen nachverdichtet. Durch das Sintern wird das Siebdruckmittel ausgetrlcben und die aufgedruckte Schicht vorverdichtet. Das Sintern erfolgt vorteilhafterweise in inerter oder reduzierender Gasatmosphäre, um eine Oxidation des aufgedruckten Werkstoffes und/ oder des Metallkörpers zu vermeiden, auf den die Schicht aufgedruckt ist. Die Sintertemperatur liegt in vielen Anwendungsfällen über 500 OC, Durch das Nachverdichten der gesinterten Schicht durch Walzen erhält man dann eine homogene, duktile Uberzugsschicht gleichmäßiger Dicke, die auch eine Nachverformung gestattet.
• Die Dicke der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Überzugsschicht; hängt von dem Festsoffgehalt der Siebdruckpaste an Schichtwerkstoff, von der Dicke der Siebdruckschablone und vom Grad der Nachverdichtung ab. Die Dicke der UDerzugsschicht liegt im allgemeinen zwischen 2 und 10 /um. Durch Mehrfachbeschichtung können auch höhere Schichtdicken erzielt werden. Dabei wird aui die erste aufgedruckte Pastenschicht nach wenigstens teilweiser Austreibung des Siebdruckmittels dieser ersten Pastenschicht oder nach der Nachverdichtung der ersten Pastenschicht eine weitere Pastenschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht. In analoger Weise können auf diese weitere Pastenschicht noch Je nach Erfordernis zusätzliche Schichten aufgebracht werden. Dabei können alle Schichten aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Das eflindungsgemäße Verfahren gestattet es aber, auch Schichten unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung übereinander auf den Metallkörper aufzubringen.
• Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dan keine Verluste an Beschichtungswerkstoff entstehen, wirkt sich besonders in den Fällen aus, in denen eine ein Edolmstall oder eine Edel metallegierung oder ein sehr teueres Unedelmetall oder Unedelmetallegierung enthaltende Paste auf einen Netailkörper aufgedruckt wird, selbst wenn die Paste noch andere Komponenten wie ein Borid, Carbid, Nitrid, SilizJd und/oder Oxid, das mit den anderen Pastenkomponenten (Gemischkomponenten) keinen glasartigen Werkstoff bildet, zusätzlich enthält.
• Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders bewährt für die Herstellung eines Vormaterials für elektrische Kontakte, in -besondere Steckkontakte. Hierbei wird auf einen i4etallkörper aueinem üblichen Kontaktfederwerkstoff eine Kontaktwerkstoff enthaltende Paste in einer Schichtdicke von mindestens 20 /um im Siebdruckverfahren durch eine Schablone aufgedruckt. Danach wirc durch Austreiben des Siebdruckmittels die aufgedruckte Schicht vorverdichtet und die verbleibende Kontaktwerkstoffschicht entweder durch Sintern und Walzen oder durch teilweises Schmelzen auf eine Schiohtdicke von mehr als 0,5 µm nachverdichtet. Als Netallkörper aus Kontaktfederwerkstoff haben sich insbesondere Metallbänder bewährt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur an vorbestimmten diskreten Stellen mit einer Kontaktwerkstoffschicht versehen werden. Aus dempartiell beschichteten Metallband werden dann durch Ausstanzen und Nachverformen die gewünschten elektrischen Kontakte hergestellt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können in vorteilha er Weise auch Kontaktwerkstoffschichten aus Ag/CdO auf einem Metallkörper aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird eine Paste im Siebdruckverfahren aufgedruckt, die feinteiiiges Silber und Kadiumoxid enthält.
• Anhand des nachfolgenden Beispiels wird die Herstellung einer Kontaktschicht aus einer AgPd30-Legierung auf einem Kupferträg ger erläutert: Es werden 26 Teile schuppenformiges Palladiumpulver und 6o Teile schuppehförmiges Silberpulver - die Dicke der schuppenförmigen Teilchen betrug etwa 1 µm ihr Durchmesser war kleiner als 15 n - mit 14 Teilen eines Siebdruckmittels, das aus einer zehnprozentigen Lösung eines Polymethacrylats in Terpineol besteht, zu einer Siebdruckpaste angerührt. Die fertige Paste wird durch eine Siebdruckschablone aus Nylongewebe mit 77 Fäden pro Zentimeter in Form eines Streifens auf ein Kupferblech gedruckt.
• Nach dem Trocknen bei 125 °C wird das bedruckte Kupferblech 30 Minuten lang in Formiergas (unbrennbares Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff) auf 700 0C erhitzt. Aus der aufgedruckten Schicht entweicht während dieser Wärmebehandlung das Siebdruckmittel rückstandslos Nach dieser Wärmebehandlung ist die aufgedruckte Schicht fest an das Kupferblech angesintert.
• Sie wird dann durch Walzen nachverdichtet. Durch röntgenographische Untersuchung wurde festgestcllt, daß eine homogene, duktile AgPd3O-Kontaktschicht auf den Kupferblech vorijegt. Die Harte dieser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten AgPd30-Kontaktschicht entspricht dem für diese Legierung bekannten Ublichen Wert.
• Anhand der Figuren wird das erfindungsgemäde Verfahren und.ciamit hergestellte Produkte erläutert.
• 1; zeigen: Figur 1 schematisch das erfindungsgemäße Aufbringen von Beschichtur.gen auf ein Metallband Figuren 2 A bis 2 D im Querschnitt jeweils ein Teilstück eines erfindungsgemäß beschichteten Bandes nach vorbestimmten Stufen des Herstellungs-Verfahrens Figur 3 in Ansicht einen elektrischen Kontakt mit erfindungsgemäß aufgebrachter Beschichtung.
• Die Beschichtung eines Bandes ist schtßmatisch in Figur 1 dar gestellt. Das Metallband 8 wird von einer Vorratsrolle 1 abgewickelt. Es durchläuft dann zunächst die schematisch dargestellte Siebdruckanlage 2. Nach dem Auidrucken des pastenförmigen Werkstoffes läuft das beschichtete Metallband unter einer Trock rungsvorrichtung 3 hindurrh, die Infrarotstrahler 9 aufweist.
• Durch die Bestrahlung mit Infrarotstrahlen wird das Siebdruckmittel teilweise ausgetrieben. Danach durchläuft das Band einen Sinterofen 4 mit elektrischen Heizung 7, in dem dann die aufgedruckte Werkstoffschicht durch völliges Austrciben aes Siebdruckmittels vorverdichtet wird. Im Anschluß daran durchläuft das Band die Walzen 5. Dort wird die vorverdichtete aufgedruckte Schicht zu einer homogenen Schacht nachverdichtet. Anschließ end wird das Band auf einer Aufwickelvorrichtung 6 aufgewickelt.
• Die Figuren 2 A bis 2 D zeigen im Querschnitt Teilstücke des Bandes, wie es an den in Figur 1 mit A bis D angedeuteten S-"ellen aussieht. Figur 2 A stellt eine Ansicht des Bandes dar, wie es von der Vorratsrolle 1 in die Siebdruckanlage 2 einläuft.
• Es weist also noch keine Schicht äuf Figur 2 13 zeigt ein Teilstück ciiies Bandes nach Durchlaufen der Siebdruckanlage. Der aufgedruckte pastenformige Werkstoff ist mit 10 bezeichnet. lnigur 2-C .eigt don Querschnitt des Bandes nachdem es die Trocknungsvorrichtung 3 und den Sinterofen 4 durchlaufen hat. Die dann vorliegende vorverdichtete aufgedruckte Werkstoffschicht ist mit 11 bezeichnet. Figur 2 D zeigt den Querschnitt des des, nachdem es die Walzen 5 durchlaufen hat und nachverdichtet ist. Die nachverdichtete aufgedruckte Schicht ist mit 12 bezeichnet.
• In Figur 3 ist eine Ansicht eines elektrischen Kontaktes 13 mit erfindungsgemäßer Beschichtung 12 dargestellt.
• Aus der Figur 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren in sehr einfacher und materialsparender Weise es ermöglicht, ein Metallband an einer vorgegebenen Stelle mit eine" gewünschten Beschichtung zu versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sogar vorteilhafterweise für die automatische Herstellung elektrischer Kontakte benutzt werden. In diesem Fall wird nach den Walzen 5 das Band nicht aufgewckelt, sondern einer üblichen Stanz- und gegebenenfalls einer Verformungsvorrichtung zugeführt.

Claims (10)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum partiellen Beschichten eines Metallkörpers mit einem Werkstoff aus der Gruppe Metall, Metallegierung und Gemisch aus Metall oder Metallegierung illit einem Borid, Carbid, Nitrid, Silizid und/oder Oxid, das mit den anderen Gemischbestandteilen keinen glasartigen Werkstoff bildet, wobei der Werkstoff feinverteilt in einer Paste enthalten ist und diese Paste auf den Metallkörper aufgedruckt wird d durch gekennzeichen daß der pastenförmigen Werkstoff im an sich bekannten Siebdruckverfahren durch eine Schablone auf den Metallkorper aufgedruckt, die aufgedruckte Schicht durch zumindest teilweises Austreiben des Siebdruckmittels vorverdichtet und die verbleibende vorverdichtete Schicht mechanisdi und/oder durch teilweises Schmelzen zu einer homogenen Schicht nachverdichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgedruckte Werkstoff gesintert und durch Walzen nachverdichtet wird.
3. 3. Verwahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgedruckte Werkstoff in einer inerten oder reduzierenden Gasatmosphäre gesintert wird.
4. 4. Verwahren llach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wenigstens ein Edelmetall, eine Edelmetallegierung, ein Gemisch aus Edelmetall oder Edelmetallegierung mit einem Borid, Carbid, Nitrid, Silizid und/oder Oxid, das mit den anderen Gemischbestandteilen keinen glasartigen Werkstoff bildet, und/oder ein Unedelnetall enthaltende Paste aufgetragen wird.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansrü che zur Herstellung eines Vormaterials für elektrische Kontakte, insbesondere Steckkontakte, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Metalikörper aus einem Kontaktfederwerkstoff eine Kontaktwerkstoff enthaltende Paste in einer Schichtdikke von mindestens 20 /uzn im Siebdruckverfahren durch eine Schablone aufgedruckt, danach durch Austreiben des Siebdruckmittels die aufgedruckte Kontaktwerkstoffschicht vorverdichtet und die verbleibende vorverdichtete Kontaktwerkstoffschicht entweder angesintert und gewalzt oder durch teilweises Schmelzen auf eine Schichtdicke von mehr als 0,5 /um nachverdichtet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktfederwerkstoff ein bandförmiger Metallkörper verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, durch gekennzeichnet, i daß eine Silber und Kadmiumoxid enthaltende Paste aufgedruckt wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf eie erste aufgedruckte Pastenschicht wenigstens eine weitere Pastenschicht nach der teilweisen Austreibung des Siebdruckmittels der ersten Pastenschicht oder nach der Nachverdichtung der ersten Pastenschicht aufgedruckt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Pastenschicht eine von einer vorher aufgedruckten Pastenschicht im Werkstoff abweichend zusammengesetzte Werkstoffschicht aufgebracht wird.
10. 10. Elektrischer Kontakt, insbesondere Steckkontakt, welcher nach einzelnen oder mehreren der Verfahrensmerkmale der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird, gekennzeichnet durch eine aus feinen Teilchen aus Kontaktwerkstoff gebildete, durch Verdichten umgewandelte Kontaktschicht auf einem Kontaktfederwerkstoff.

    L e e r s e i t e