DE2303050B2

DE2303050B2 - Metallegierung für elektrische Kontakte

Info

Publication number: DE2303050B2
Application number: DE2303050A
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Shibata (Japan)
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1978-04-06
Also published as: US3880777A; DE2303050A1; JPS4883392A; DE2303050C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallegierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits Metallegierungen der erwähnten Art nach dem Buch »Werkstoffe für elektrische Kontakte« von Dr. A. Keil, Springer-Verlag, 1960, Seiten 152 bis 154 und 184/185 bekannt, mit welchen angestrebt wird, eine Lichtbogenbildung beim Öffnen elektrischer Kontakte zu vermindern bzw. weitgehend zu unterdrücken. Nach der Theorie soll durch die zur Dissoziation des CdO aufzuwendende Energie das schnelle Zusammenbrechen des Lichtbogens bewirkt werden. Jedoch bleibt das CdO in der Legierung selbst nicht unverändert, sondern es tritt vielmehr ein Wandern, eine Diffusion und eine Korngrößenänderung auf, was zur Verschlechterung der Ursprunglieh angestrebten Eigenschaften hinsichtlich Abschmelzverlusten und Bogenlöscheigenschaften führt.

Nach DE-OS 19 20412 ist eine ähnliche Metallegierung für elektrische Kontakte mit Ag/CdO als wesentlicher Bestandteil bekannt, wobei jedoch in der vorliegend betrachteten Druckschrift die Problemstellung dahin geht, eine solche Metallegierung zuverlässig mit einem Trägermaterial durch Löten zu verbinden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Metallegierung, welche bei den auftretenden Beanspruchungen im Betrieb weitgehend unverändert bleibt und die günstigen Eigenschaften auch über eine lange Betriebsdauer beibehält. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Durch Vergleichsversuche, deren Ergebnisse nachstehend noch näher erläutert werden, konnte festgestellt werden, daß die vorangehend erwähnte Problemstellung in einer technisch einwandfreien Weise gelöst werden konnte. Die im Patentanspruch angegebene Oxidationstemperatur im Bereich von 700 bis 750 C erwies sich aus dem Grund als wichtig, weil bei einer Unterschreitung die ausgefällten Oxidteilchen zu fein werden und somit zu einer Steigerung der zulässigen Temperatur nebst erhöhter Nichtschmelzbarkeit beitragen, während die Silberkristal Ic bei einer Überschreitung zu groß werden, wodurch infolge Diffusion von gelöstem Metall in die Korn

40 grenzen eine gesteigerte Silberkonzentration dort selbst entsteht, was zur Beseitigung der Oxidgrenzen und zu größeren Unterscheiden der Oxide an der Oberfläche und den inneren Bereichen führt. Die Zugabe von jeweils zwei Elementen aus der Zn, Sn und Sb umfassenden Gruppe erfolgt deshalb, weil die Verdampfungs- und Verschmelzungsenergien der zugeordneten Oxide (also z. B. ZnO, SnO und SbO) sowie die Hochtemperaturbeständigkeit unterschiedlich sind, wobei CdO die niedrigsten Werte aufweist, so daß die Verdampfung von CdO bei der niedrigsten Temperatur auftritt. Daher ist es günstig, diese Stoffe als Eutektikum oder Zwischenmetallverbindungen hiervon zu oxidieren und auszufällen. Dies führt dazu, daß die Änderung der Oberflächenkonzentration der verschiedenen Oxide zum Zeitpunkt der Unterbrechung eines größeren Stromes eliminiert wird. Die Verdampfung von CdO tritt bei 760 C auf, während die Verdampfungstemperaturen oder die Schmelzpunkte von beispielsweise ZnO, SnO und SbO darüber liegen. Daraus ergibt sich, daß eine Metallegierung, welche aus Ag/CdO und lediglich einem der Stoffe beispielsweise ZnO, SnO und SbO besteht, eine erhöhte Schmelzbarkeit über einengewissen Zwischenstrombereich aufweisen würde. Im Gegensatz hierzu weist die Metallegierung nach der Erfindung eine verbesserte Beständigkeit gegenüber einem solchen Temperaturbereich auf und besitzt ferner gute Kennwerte als Kontaktmaterial für Stromunterbrecher bzw. Schaltschütze, welche häufig zu öffnen und zu schließen sind.

Wenn ausschließlich gute Stromunterbrechungskennwerte gefordert werden, verwendet man vorteilhaft SnO und SbO als Bestandteile der Metallegierung. Für Hochspannungsleitungen wird zusätzlich zu ZnO SnO noch SbO verwendet, weil der letztgenannte Stoff in günstiger Weise eine Zwischenmetallverbindung mit SnO und ZnO herstellt.

Versuchsbericht

Nichtoxidierte Silberlegierungen (nachfolgend als Proben 1 bis 4 bezeichnet) wurden mit einer Zusammensetzung entsprechend der nachfolgenden Tabelle hergestellt.

b^r> Ag

Cd

Probe 1 86,8 11

Probe 2 85,7 12

Probe 3 86,4

Probe 4 87,4

11

Zn,	Sn	1,0	Zwischenmetallische
oder Sb	0,5	Verbindung der
	0,5	Gruppe der 2 A-EIe-
	1,5	mente mit Ni oder
	0,5	Co
Zn	1,5	Mg-Ni (50: 50 in
Sn	1,0	Atomproz.) 0,2
Sb	1,0
Sn	0,5	Ca-Co (50: 50 in
Sb	Atomproz.) 0,3
Zn	Be-Ni (50: 50 in
Sn	Atomproz.) 0,1
Zn	Mg-Ni (50:50 in
Sb	Atomproz.) 0,1

Die obigen Proben wurden einer inneren Oxidation bei einer Temperatur von 730 C ± K) C sowie unter einem Druck von 3 Bar einer Saucrstoflatmosphärc unterworlcn.

Ferner wurden Vergleichsproben 5, 6, 7, 8 gemäß der nachfolgenden Tabelle hergestellt.

1 Ui nc

Lcit-

Oxidkon/en-

	5	Zusammensetzung	ZnO	Oxi-
	6			dalions-
	7		SnO	tcmpc-
				ratur
Probe	8	Ag + CdO (15%)	700 C
Probe		Ag+ CdO (15%)	800 C
Probe	Ag+ CdO (13%) +	700 C
	(2%) + NiO (0,2%)
Probe	Ag+ CdO (13%) +	700 C
	(2%)+ CoO (0,2%)

Alle Proben 1 bis 8, welche 6 mm Durchmesser und 2 mm Dicke aufwiesen, wurden hinsichtlich ihrer physikalischen und elektrischen Eigenschaften geprüft, wobei die Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt sind, in der die Härtewerte nach der Rockwell-F-Skala angegeben sind (vgl. das Buch »Werkstoffbegriffe« von H. Christen, Verlag von Huber u. Co. AG_? Frauenfeld, 4. Auflage 1955, Seiten 56 bis 59).

Härte

Leitfähigkeit
in
m

il mm²

Oxidkonzentrationsdifferenz
zwischen der
gemessenen
Oxidkonzentration an der
Oberfläche und
in 0,5 mm Tiefe

Probe 1	100-110	95	59	0,05	C
Probe 2	go	92	59	0,07	(mg)
Probe 3	ss-	83	60	0,06	5,2
Probe 4	70-	46	60	0,05	6,8
Probe 5	42-	43	68	1,8	4,5
Probe 6	38-		69	2,1	5,0
Probe	Pos.				22,0
	Λ		B	25,0
	(mm)		(mg)	7,5
Nr. 1	0,07		15	15,0
Nr. 2	0,03		18
Nr. 3	0,08		11
Nr. 4	0,05		12
Nr. 5	1,2		42
Nr. 6	2,1		56
Nr. 7	0,4		32
Nr. 8	0,2	25

40

4^r> lahigkeit iralion.sdilTcrcn/
in /wischen der

in gemessenen
ι, |_llnl- Oxidkon/entralion an der
Oberfläche und
in 0.5 mm Tiefe

ίο Probe 7
Probe 8

68- 72 65 63- 73 62

0,6
1,0

Alle Proben 1 bis 8 wurden ferner auf Hochtemperaturbeständigkeit durch Messung der folgenden Werte geprüft:

Pos. A: Die Abnahme dej außenseitigen Durchmessers gemäß Beobachtung, wenn die Proben bei lOOO'C über zehn Minuten in der Atmosphäre gehalten wurden.

Pos. B: Die Gewichtsabnahme gemäß Beobachtung, wenn die Proben als Kontakte in einem Stromkreis von 200 V und 5000A verwendet wurden, wobei der Stromkreis zehnmal geschlossen und geöffnet wurde.

Pos. C: Die Gewichtsabnahme gemäß Beobachtung, wenn die Proben als Kontakte in einem Stromkreis von 200 V und 50 A verwendet wurden, wobei der Stromkreis lOOOOOmal geöffnet und geschlossen wurde.

Pos. D: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 300 A.

Pos. E: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 500 A.

Pos. F: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 1000 A.

Pos. G: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 2000 A.

Pos. H: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 5000 A.

Pos. I: Die Anzahl der Verschweißungen bei zehnmaliger Anlegung von 200 V und 10000 A.

Die gemessenen Werte gemäß der obigen Zusammelstellung sind in der folgenden Tabelle niedergelegt.

Aus den vorangehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die innere Struktur eines aus der erfindungsgemäßen Metallegierung zusammengesetzten Kontaktes (Proben 1 bis 4) keiner wesentlichen Änderrng als Folge der elektrischen Prüfungen unterworfen ist, daß jedoch die Oxide der Vergleichsproben (Proben 5 bis 8) eine Vergröberung der Struktur erfahren und Agglomcrationsvorgüngen unterworfen sind. Im Ergebnis sind beim Erfindungsgegcnstand die Gewichtsabnahme und die Neigung zum Verschweißen wesentlich geringer als bei den Vcrgleichsproben.

Claims

Patentanspruch:

Metallegierung für elektrische Kontakte mit einem Ag-Anteil von rr.ehr als 80Gew.-% und > einem Anteil an Cd, wobei nach der Formung das Cd durch innere Oxidation bei Temperaturen bis zu etwa 800 C in CdO verwandelt wurde, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 84 bis 90Gew.-% Ag, 1 bis 4Gew.-% von jeweils i< > zwei Elementen aus der Zn, Sn und Sb umfassenden Gruppe und von weniger als 0,5 Gew.-% einer Metallverbindung aus einem der Elemente Be, Mg und Ca mit Ni oder Co, Rest Cd, wobei der Korndurchmesser des Ag weniger als 500 μιη und r> derjenige des CdO 1 bis 3 μηι beträgt, und dadurch, daß die Oxidationstemperatur im Bereich von 700 bis 750 C gehalten wird.