DE2215686A1

DE2215686A1 - Verfahren zur Herstellung von Form korpern aus einem Dispersionswerkstoff auf Edelmetall Basis

Info

Publication number: DE2215686A1
Application number: DE19722215686
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Scheibe Horst Dipl Chem Dr rer nat Tenzler Hartmut Dipl Ing χ 9200 Freiberg Kunert
Original assignee: BERGBAU U HUETTENKOMBINAT ALBE
Current assignee: BERGBAU U HUETTENKOMBINAT ALBE
Priority date: 1971-04-13
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1972-12-07
Also published as: SU464094A3; DD102319A1; FR2133764A1; HU164003B

Description

VEB Bergbau- und Hüttenkombinat

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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einem Dispersionswerkstoff auf Bdelmetallbasis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einem Dispersionswerkstoff auf Edelmetallbasis insbesondere von Schaltstücken für die Elektrotechnik.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Dispersionswerkstoffen bekannt. Prinzipiell unterscheidet man pulver- und schmelzmetallurgische Verfahren.

Das klassische pulvermetallurgische Verfahren beruht auf der mechanischen Mischung von Metallpulver mit Metalloxid und anschließendem Fressen und Sintern. Beim Verfahren der Mischfällung werden die Komponenten gemeinsam in einer homogenen Lösung gefällt, anschließend thermisch zu Metall und Metalloxid zersetzt und wie beschrieben weiterverarbeitet.

Das schmelzmetallurgische Verfahren geht von einer homogenen Legierung aus, die bei höheren !Temperaturen einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei normalem oder erhöhtem Druck ausgesetzt wird, wobei die unedle Komponente oxydiert, Das Verfahren ist als sogenannte "innere Oxydation" bekannt .

Bs ist auch bekannt, eine Mischung metallischer Pulver zu verwenden, indem z.B. Ag- und Cd-Pulver innig vermischt, gepreßt und nach der partiellen Oxydation von Cd gesintert werden.

Bin neues Verfahren verwendet als Ausgangsmaterial durch Verdüsen hergestellte homogene Legierungspulver, die vor dem Pressen und Sintern an Luft oxydiert werden.

Mit dem Verfahren der klassischen pulvermetallurgiscben Mischung erzeugt man im wesentlichen grobdisperse Werkstoffe mit ungleichmäßiger Komponentenverteilung. Durch systematische Untersuchungen des elektrischen Kontaktverhaltens hat man erkannt, daß sowohl der Verteilung der Oxidkomponente als auch deren Partikelgröße eine bevorzugte Bedeutung bezüglich der elektrischen Gebrauchseigenschaften zukommt, und zwar verbessert sich u.a. mit sinkender Partikelgröße und gleichmäßigerer Verteilung die Lebensdauer elektrischer Schaltstücke. Auch die Schweißneigung wird durch kleinere Partikel entscheidend vermindert.

Die genannten Mängel der klassischen pulvermetallurgischen Methode wurden durch das Mischfällungsverfahren vermindert. Der Aufwand zur Pulverherstellung ist dabei allerdings wie bei allen chemischen Fällungsprozessen relativ hoch und verschlechtert damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Außerdem besteht die Gefahr^der Verunreinigung des gefällten Pulvers und damit des späteren Kontaktwerkstoffes durch Einschluß von Fällungsmittel bzw. von gelösten Metallsalzen, die während des Betriebes im elektrischen Schaltgerät freigesetzt werden und z.B. zur bekannten Streubreite des Abbrandes beitragen. Mit zunehmendem Oxidgebalt wird die Verpreßbarkeit der Mischpulver schwieriger.

Bei der Oxydation von Legierungen an Luft werden zur Erzielung technisch notwendiger Schichtdicken relativ lange Oxydationszeiten bis zu mehreren Tagen benötigt. Entsprechend den Diffusionsbedingungen nimmt dabei die Partikel-

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größe der Dispersionskomponente mit steigender Eindringtiefe zu. Außerdem bildet sieb durch die unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten von Sauerstoff und Legierungsmetall makroskopisch ein Konzentrationsgefälle aus, das sich im elektrischen Betrieb nachteilig .auswirkt. Durch Zusatz weiterer Legierungselemente kann zwar die Größe und Form der Dispersionsphase günstig beeinflußt werden, ohne daß sich aber die prinzipiellen Verhältnisse bezüglich des Konzentrationsgefälles ändern. Sine Verbesserung der inneren Oxydation von Teilen aus massiver Legierung kann dadurch erzielt werden, daß man unter erhöhtem Sauerstoffpartialdruck oxydiert. Die Oxydationszeiten verkürzen sich zwar, wodurch die·Verteilung der Legierungsbestandteile gleichmäßiger wird und die Gebrauchseigenschaften unter elektrischen Betriebsbedingungen, wie Materialabbrand und Scbweißverhalten verbessert werden. Nachteilig sind aber der Aufwand zur Erzielung einer lötfähigen Schicht durch Plattieren oder luftdichtes Verschweißen der Legierungsfläche sowie der bei der Herstellung von Auflageschaltstücken entstehende StanJtzabfall. Bei Cd-Gehalten über 15 % treten außerdem in zunehmendem Maße ge nach Größe der Schaltstücke bereits während der Oxydation innere Spannungen auf, die entweder sofort oder später während des elektrischen Betriebes zu Rißbildungen mit erhöhtem Materialverschleiß führen. Trotz erheblicher Verkürzung der Oxydationszeiten bei der Druckoxydation sind die in den technisch und ökonomisch vertretbaren Zeiten erzielten Schichtdicken begrenzt.

Eine weitere Technologie sieht vor, verdüste Legierungspulver zwischen 600 und 800 ⁰O an Luft zu oxydieren und das Pulver durch Pressen und Sintern in bekannter Weise weiter zu verarbeiten. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man zur Erzielung sehr feindisperser Ausscheidungen bei niedrigen Temperaturen oxydieren muß und dadurch die Ausscheidungen an den Korngrenzen fördert.

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Diese Korngrenzenausscheidungen stellen empfindliche Störstellen während des elektrischen Betriebes dar und sind deshalb weitgehend zu vermelden. Oxydiert man dagegen an der oberen Grenze des angegebenen T-Intervalls, vergröbert sich die disperse Phase.

Zweck der Erfindung 1st es, die aufgezeigten Mangel zu beseitigen und mit geringem zeitlichen und technischen Aufwand Formkörper mit erhöhter Lebensdauer und verbesserten elektrischen Gebrauchseigenschaften herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Dispersionswerkstoff auf Edelmetallbasis zu entwickeln, das ausgehend von verdüstern Legierungspulver zu feinstdisperser Verteilung der Metalloxidkomponente führt und Korngrenzenausscbeldungen verhindert.

Es wurde gefunden, daß die Oxidverteilung und der Dispersionsgrad besonders günstig sind, wenn man durch Verdüsung von schmelzflüssigen Legierungen, deren Unedelmetal!komponenteη im festen Zustand mit Ag und/oder Fd Mischkristalle bilden, hergestellte Pulver bei Drücken von 1 bis 3 t/cm zu entsprechenden Formtellen vorpreßt, diese Teile unterhalb der Solidustemperatur bei einem Sauerstoffpartlaldruck von 1 atm bis über 10 atü oxydle-

rend sintert und anschließend bei Drücken von 6 bis 12 t/cm auf das Endmaß kalibriert. Beim Vorpressen der Formteile können eine oder mehrere Schichten eines anderen Metalloder Legierungspulvers mit angepreßt werden. Die angepreßten Werkstoffe können u.a. auch die Funktion einer lötfähigen Schicht übernehmen.

Weiterhin ist es möglich, dem verdüsten Legierungspulver weitere Komponenten vorzugsweise Metalloxide zuzumlschen, um bestimmte Gebraucbswerteigenscbaften zu erzielen.

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Die erfindungsgemäß erhaltene besonders feine und homogene Verteilung der Oxidpartikel bewirkt eine merkliche Verminderung des Materialverlustes an Schaltstücken unter Einwirkung der Lichtbogenerosion beim Ausschaltvorgang in elektrischen Stromkreisen. Außerdem verringert sich die Schweißneigung gegenüber bisher üblichen Schaltstücken beträchtlich, so daß eine günstigere Dimensionierung mit geringem Sdelmetallaufwand erfolgen kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus der wesentlich verkürzten Oxydationszeit und dem geringen Edelmetallab fall bei der Herstellung, so daß der betrieblich bedingte Edelmetallstock gesenkt werden kann.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1;

Durch Verdüsen hergestelltes AgOd-Legierungspulver mit

2 10 Masse-% Od wird mit einem Preßdruck von 2 t/cm zu Preßkörpern der Abmessung 10 mm Durchmesser und 2,5 mm Höhe mit einer Silberunterlage von 0,2 mm Stärke vorgepreßt. Bei 880 ⁰O und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 atü wird der Preßkörper in 2 stunden vollständig inneroxydiert und gleichzeitig gesintert. Der Nachpreßdruck beträgt 8 t/cm .

Beispiel 2;

Durch Verdüsen hergestelltes AgCuAl-Legierungspulver mit 5 Masse-% Ou und 0,15 Masse-% Al wird mit einem Preßdruck

2
von 2,5 t/cm zu Preßkörpern der Abmessungen 12 χ 12 χ 2,0 mm mit einer Silberunterlage von 0,3 mm Stärke vosgepreßfe. Bei 820 ⁰C und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 atü wird der Preßkörper in 1_t5 Stueäec vollständig diert und gleichzeitig gesintert. Des Nachpreßdsuck be trägt 9 t/cm .

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Beispiel 3:

Durcb Verdüseη hergestelltes AgSn-Legierungspulver mit 2,5 Masse-% Sn wird mit 3 Masse-S6 ZrO_? innig gemischt

2 und mit einem Preßdruck von 2 t/cm zu Preßkörpern der Abmessungen 8 χ 12 χ 2,5 mm vorgepreßt. Bei 880 ⁰C und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 atü wird der Preßkörper in 2 Stunden vollständig inneroxydiert und gleicb-

2 zeitig gesintert. Der Nachpreßdruck beträgt 10 t/cm .

Beispiel 4t

Durch Verdüsen hergestelltes AgPdMn-Legierungspulver mit 30 Masse-% Pd und 2 Masse-# Mn wird alt einem Preßdruck

2
von 3 t/cm zu Preßkörpern der Abmessung 5 ram Durchmesser und 1,5 mm Höbe mit einer Silber-Palladium-Lotunterlage von 0,1 mm Stärke vorgepreßt. Bei 980 ⁰C und einem Sauerstoffpart ialdruck von 10 atü wird der Preßkörper in 1 Stunde vollständig inneroxydiert und gleichzeitig gesintert. Der Nachpreßdruck beträgt 8 t/cm .

Beispiel 5;

Durch Verdüsen hergestelltes PdNi-Legierungspulver mit

5 Masse-% Ni wird mit einem Preßdruck von 3 t/cm zu Preßkörpern der Abmessung 5 x5 x2 mm, einschließlich einer 0,2 mm starken AgPd-Unterlage mit 30 Masse-% Pd, vorgepreßt. Bei 1050 ⁰C und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 atü wird der Preßkörper in 2,5 Stunden vollständig inneroxydiert und gleichzeitig gesintert. Der Nacbpreß-

2
druck beträgt 8 t/cm .

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Claims

Patentansprüche T^, f-\ o->iceoe

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f 1.) Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einem Dispersionswerkstoff auf Eäelmetallbasis unter Verwendung eines durch Verdüsen einer flüssigen Metalllegierung hergestellten Pulvers, welches bei erhöhter Temperatur partiell oxydiert, verpreßt und gesintert wird, dadurch sekeηnzeichne1 ₁ daß das durch Verdüsen von Legierungen auf Edelmetallbasis, deren Unedelmetallkomponenten mit dem Grundmetall im festen Zustand Mischkristalle bilden, hergestellte Legierungspulver mit einem Preßdruck von 1 bis 5 t/fcm zu EOrmkörpern vorgepreßt wird, die bei Temperaturen unterhalb Solidustemperatur und bei einem Sauerstoffparfcialdruck von 1 atm bis über 10' atü bis zum Erreichen des gewünschten Oxydationsgrades der Unedelmetallkompoaaate gesintert und anschließend mit einem Preßdruck von 6 bis 12 t/cm auf das Endmaß kalibriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß Legierungen auf Basis Silber und/oder Palladium verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet« daß der Sauerstoffpartialdruck während des Sinterns 10 atü beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydationsgrad der Unedelmetallkomponeate 100 % beträgt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Legierungspulver vor dem Vorpressen Metalloxide zugesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorpressen des Formkörpers nichtoxyciierbare, vorzugsweise löfcfähige Schichten gleichzeitig angepreßt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer unedelmetallreichen Legierung zunächst bei einer Temperatur unterhalb der der Legierung entsprechenden Solidustemperatur oxidiert und nach vollständiger Oxydation der ünedelmetallkomponente bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Edel-Tnetallkomponente gesintert wird.

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