DE2251670B2

DE2251670B2 - Verfahren zur Herstellung von karbidhaltigen Verbundmetall-Kontakten hoher mechanischer und elektrischer Verschleißfest igkeit

Info

Publication number: DE2251670B2
Application number: DE19722251670
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7530 Pforzheim Heinzel; Guenter 7535 Koenigsbach Stempel; Eduard Dipl.-Phys. 7530 Pforzheim Vinaricky
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2251670A1

Description

30 rens in überraschender Weise eine bedeutende Qualitätsverbesserung hinzu. Zur Durchführung des Ver-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur fahrens der Erfindung geht mau im einzelnen wie

Herstellung von karbidhaltigen Verbundmetall-Kon- folgt vor:

takten hoher mechanischer umd elektrischer Ver- Das später zu karburierende Metall wird in Form

schleißfestigkeit. 35 von feinen Metall- oder Metalloxidpulvern mit

Seit langem sind Silber-Wolframkarbid-, Kup- einem, wenn erforderlich, die Sinterung fördernden fer-Wolframkarbid-, Silber-Molybdänkarbid und Zusatz, wie z. .B Nickelpulver, zu einem gut riesel-Kupfer-Molybdänkarbid-Kontaktwerkstoffe bekannt. und preßfähigen Ansatz gemischt und in bekannter Sie werden besonders dann eingesetzt, wenn eine Weise in die Form der gewünschten Kontakte gehohe Verschleißfestigkeit sowie bei extremer Schalt- 40 preßt. Um die Preßfähigkeit zu verbessern, können leistung eine hohe Abbrandfestigkeit und geringe noch preßerleichternde Zusätze, wie z. B. Metallstea-Schweißneigung verlangt werden. Während z.B. ein rate, Metallseifen, Wachse oder Paraffine, zugesetzt handelsübliches Silber-Wolfram-Verbundmetall mit werden. Die Preßkörper werden — in Graphitpulver 5O°/o Wolfram eine Härte HV von 1300 bis 1500N/ eingebettet — während des Sinterns oder während mm² aufweist, wird diese auf Werte von 1400 bis 45 einer nachfolgenden Wärmebehandlung in reduzie-1600 N/mm* erhöht, wenn statt des Wolframs Wolf- render und CO-haltiger Atmosphäre sowohl zu Meramkarbid eingesetzt wird. Außerdem wird z. B. bei tall reduziert, wenn vom Oxid ausgegangen wird, als Silber-Wolframkarbid die bei Silber-Wolfram im auch zu einem stabilen, porösen Gerüst gesintert und Schaltlichtbogen auftretende Silber-Wolframatbil- über die Gasphase bzw. Kontaktdiffusion in stabiles dung stark eingeschränkt, so daß der Anstieg des 50 Karbid umgewandelt. Die Sinterung kann durch den Kontaktwiderstandes mit zunehmender Schaltzahl Zusatz von für die Sinteraktivierung bekannten Megeringer ist als bei Silber-Wolfram. tallen schon bei 1000° C einsetzen, so daß die not-

Diese bekannten Werkstoffe werden als Einlage- wendige Gerüststabilität schon vor dem Beginn des rungs- und Durchdringungsverbundwerkstoffe durch Aufkohlungsprozesses, der ab etwa 125O⁰C einge-Pressen und Sintern hergestellt. Dabei werden ent- 55 setzt, erreicht wird. Die Karburierung verläuft um so sprechende Mengen der Komponenten als Pulver zu- schneller, je höher die Reaktionstemperatur liegt. sammengemischt, gemeinsam verpreßt und dann ge- Praktisch reichen leicht zu beherrschende Temperasintert. Bei den Durchdringungsverbundwerkstoffen türen von ca. 1300 bis 1500° C aus, um in wirtwird im allgemeinen der Anteil der Komponente mit schaftlich vertretbaren Zeiten gute Aufkohlungserhoher elektrischer Leitfähigkeit oder ein Teil davon 60 gebnisse zu erzielen. Bei der Karburierung ist die Poauf dem Tränkwege durch Infiltration in ein Gerüst rosität von großem Nutzen, weil dadurch auch das des harten Werkstoffs eingebracht. Innere der Preßkörper über die Gasphase aufgekohlt

Bei der Hertellung dieser Kontaktwerkstoffe ist die wird. Daß aber auch die Kontaktdiffusion eine we-

hohe Härte und die Verschleißfestigkeit der Wolf- sentliche Rolle spielt, ist daran zu erkennen, daß die

ram- und Molybdänkarbide ein hemmender Produk- 65 Härte des Werkstoffes von der Oberfläche in Rich-

tionsfaktor. Preßmatrizen und Preßstempel werden tung Kern allmählich abnimmt. Sollte es jedoch not-

von diesen notwendigerweise sehr feinen Pulvern wendig sein, die Kontaktstücke ganz durchzukarbu-

während des Preßvorganges stark angegriffen, und es rieren, so kann man dies durch eine entsprechende

Ausdehnung der Reaktionszeit erreichen. Es ist aber auch möglich, den Prozeß der inneren Karburierung zu beschleunigen, indem der zu verprsssenden Metallpulvermischung Anteile von Graphitpulver in möglichst feiner Verteilung, beispielsweise als Ruß, zugesetzt werden, um während des Reaktionsablaufes auch im Inneren des Körpers Kontaktdiffusion zu erhalten. Dabei ist der Graphitzusatz so gering zu wählen, daß er restlos in Karbid umgewandelt wird, weil Graphitreste die nachfolgende Tränkung erschweren. Nach Sinterung und Karburierung des Gerüstes aus hochschmelzendem und daher abbrandfestem Material wird es mit dem üblichen Tränkprozeß mit dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit infiltriert. iS

Um Werkstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung in bezug auf das Verhältnis der hochwannfesten zur besonders gut elektrisch leitfähigen Komponente herstellen zu können, ist es erforderlich, beim Aufbau des Karbidgerüstes das Porenvolumen zu ao steuern. Hierzu gibt es verschiedene Wege.

Bei den Werkstoffen mit hohem Wolfram- oder Molybdängehalt und geringem Silber- oder Kupfergehalt ist man in der Lage, den gewünschten Porenraum durch die Höhe des Preßdruckes bei der Form- as gebung sowie durch Temperatur und Dauer der Sinterung vor der Karburierung zu steuern. Auch Temperatur und Reaktionsdauer beim Karburieren üben noch einen gewissen Einfluß auf den Porenanteil aus. Will man das Porenvolumen auf mehr als 50 Volumprozent erhöhen, so ist dies in an sich bekannter Weise durch Zugabe porenbildender Füllstoffe zur zu verpressenden Pulvermischung möglich. Diese Füllstoffe werden während des Erwänmmgsprozesses zersetzt oder verflüchtigt und entweichen unter Zurücklassung zusätzlichen Porenraumes. Als Füllstoffe kommen Salze, wie z. B. leichtflüchtiges Ammoniumkarbonat, Zelluloseprodukte, wie z.B. das rückstandslos verbrennende Zeliacol, Stearate, Metallseifen und Kohlwasserstoffe, wie z.B. Paraffin, in Frage. Auch Metallsalze, wie z.B. Natriumchlorid, sind grundsätzlich geeignet, jedoch müssen diese nach dem Vorsintern ausgewaschen werden.

Ausführungsbeispiele

1. Ein mit 100 N/mm² verpreßter Körper aus Mo-Pulver wurde in Graphitpulver eingebettet, in !!,-Atmosphäre 90 Minuten auf 1300° C erwärmt und anschließend bei 1100⁰C mit Cu infiltriert. Es ergab sich ein dichter Durchdringungsverbundwerkstoff aus 65 ⁰Zo MoC und 35 °/oCu. Die Vickershärte HV 10, gemessen auf der Kontaktoberfläche, beträgt 4000 bis 4500 N/mm,, die elektrische Leitfähigkeit 14 bis 18 m/Qmm^s7

2. Ein mit 100N/mm^ä verpreßter Körper aus W-Pulver mit 0,01 % Ni wurde in Graphitpulver eingebettet, in Η,-Atmosphäre 60 Minuten auf 1400° C erwärmt"und anschließend mit Cu infiltriert. Der entstandene Durchdringungs-Verbundkörper besteht aus 70 °/o WC und 30 °/o Cu. Die Härte HV 10 auf der Oberfläche beträgt 4000 bis 4500 N/mm², die elektrische Leitfähigkeit 18 bis 22 m/ßmm^!.

3. Ein mit 100 N/mm² verpreßter Körper aus Mo-Pulvern mit l°/oC und 5 %> Zinkstearat wurde in Graphitpulver eingebettet und in Hä-Ataosphäre 60 Minuten auf 1300⁰C erwärmt und anschließend bei 1050° C mit Ag infiltriert. Der entstandene Durchdringungsverbundwerkstoff besteht aus 5O°/o MoC und 50% Ag. Die Härte HVlO auf der Oberfläche beträgt 2500 bis 3000 N/mm², die elektrische Leitfähigkeit 20 bis 24 m/Qmm².

4. Ein mit 100 N/mm² verpreßter Körper aus W-Pulver mit 3%C, O_:Ol°/oNi und 5°/oZinkstearat wurde in Graphitpulver eingebettet, in H²-Atmosphäre 60 Minuten auf 1500⁰C erwärmt und anschließend bei 1100⁰C mit Ag infiltriert. Der entstandene Durchdringungsverbundwerkstoff besteht aus. 6OVoWC und 40 °/o Ag. Die Härte HVlO auf der Oberfläche beträgt 2000 bis 2500 N/mm², die elektrische Leitfähigkeit 24 bis 28 m/Qmm².

Claims

ist folglich mit hohem Werkzeugverschleiß zu rech- Patentansprüche: nen. Aufgabe der Erfindung ist es nun, diesen Werk-

1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen zeugverschleiß zu vermindern. Diese Aufgabe wird Kontakten aus durch Infiltrieren hergestellten 5 erfindungsgemäß durch Verzicht auf die Verwen-Durchdringungsverbundwerkstoffen mit Karbid- dung von Karbidpulvern gelöst Statt dessen werden anteilen, dadurch gekennzeichnet, 'laß erfindungsgemäß die reinen, viel weicheren Metalldie Karbidphasen erst nach dem Pressen der kar- pulver verpreßt und die Karbide erst in einem dem bidfreien Metall- oder Metalloxid-Pulvenni- Pressen nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahren schlingen während oder nach der Sinterung durch io gebildet. Während Karburierungsverfahren in der Karburierung über Direktkontakt mit Graphit Stahlvergütung seit langem Stand der Technik sind, und über die Gasphase gebildet werden. sind solche Verfahren bei der Herstellung von Sinter-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kontakten auf Wolfram- oder Molybdänbasis bisher kennzeichnet, daß die Größe des für den Infil- unbekannt.

tränten notwendigen Porenraiomes durch Zusätze 15 Werden die Werkstoffe erfindungsgemäß nach von Füllstoffen, wie z.B. Salze, Zellulosepro- dem Verpressen durch eine Wärmebehandlung kardukte, Stearate, Metallseifen oder Paraffine, ein- buriert, so erhält man überraschenderweise Kontaktgestellt wird. werkstoffe mit gegenüber den bekannten, von vorn-

3. Anwendung des Verfahrens nach An- herein karbidhakigen, Werkstoffen wesentlich versprach 1 oder 2 auf die Metalle Wolfram und/ *> besserten Eigenschaften hinsichtlich ihres Ver- oder Molybdän, die anschließend mit Silber und/ schleiß- und Abbrandverhaltens. So erleiden z. B. auf oder Kupfer infiltriert werden. herkömmliche Art aus 65 % WC und 35 · Ό Ag herge-

4. Anwendung nach Ansprach 1 bis 3 auf Pul- stellte Kontakte bei kurzzeitiger Lichtbogeneinwirvermischungen, die bereits vor dem Pressen einen kung 7 kV, 95 kA) einen um 10 bis 30 °/o höheren geringen Teil an hochleitfäih^em Metallpulver as Abbrandverlust als erfindungsgemäß durch Karbuenthalten. rierung eines W-Gerüsts und anschließende Infiltration hergestellte.

Bei der Durchführung der Erfindung tritt also zu

der erstrebten Verbesserang des Herstellungsverfah-