DE2360458C2 - Schaltkontakt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt für ein Schutzgasrelais. Er weist einen Kontaktträger aus einem Nickel und/oder Eisen enthaltenden Werkstoff, insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie einer Eisen-Nickel-Legierung auf. Die Kontaktschicht besteht aus Molybdän, Wolfram oder Rhenium mit darin eingelagertem Edelmetall.

Molybdän, Wolfram und Rhenium snd für Schaltvorgänge, bei denen Lichtbögen auftreten, geschätzte Kontaktwerkstoffe, weil sie hohe Verdampfungswärme mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit und geringer Schweißneigung verbinden. Es handelt sich hierbei jedoch um polykristalline Werkstoffe, bei denen clic interkristalline Bindung sehr viel weniger ist als die intrakristallinc Bindung, und deren Härte infolge Bearbeitung zunimmt.

Schaltvorgänge stellen häufige, sich widcrholendc Schlag- und Reibbewegiingcn des Schaltkontaktes dar. Durch sie wird ein allmähliches Zerbröckeln des Kontaktwerkstoffes an der Oberfläche der Kontaktschicht zu mehr oder weniger feinem Pulver verursacht. Es bilden sich Spitzen und Löcher aus, und Pulverteilchen haufen sich zwischen den Kontaktflächen an. Das führt

S zu verlängerten Lichtbogenbrenndauern und erhöhtem Kontaktwiderstand während des Sclmltvorganges und letztlich zu vorzeitiger Zerstörung des Schaltkontaktes.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 18.02 932 ist

ein elektrischer Schaltkontakt bekannt. Hierbei ist auf

ίο einen Kontaktträger aus einer Eisen-Niekel-Legicrung unter Vakuum eine Kontaktschicht unter anderem aus Molybdän. Wolfram oder Rhenium durch Hochfrequenz-Plasma-Zerstäubung dieser Metalle niedergeschlagen. Auf die Kontaktschicht ist dann noch eine zusötzliche, bei Kontaktgabe nicht klebende und nicht verschweißende Schicht aus einem Edelmetall aus der Gruppe Gold. Silber, einem Metall der Platingruppe oder aus einer Edelmetallbasis-Legierung eines Metalls dieser Gruppe — das ist eine Legierung, deren Hauptbestandteil ein Edelmetall dieser Gruppe ist — aufgetragen, um die Reibung und damit verbundene Erosion herabzusetzten. Diese Maßnahme hat aber, wie sich gezeigt hat, nur einen relativ kurzzeitigen Erfolg, weil die zusätzliche Schicht aus Edelmetall bzw. einer Edelmetallbasis-Legierung nur sehr dünn ist und damit bald ab- bzw. durchgerieben ist.

Bekannt sind aus der deutschen Patentschrift 6 81 403 elektrische Kontaktwerkstoffe, bei denen feinkristallines Pulver aus Molybdän oder Wolfram mit Gold, Silber oder Platin vergossen ist. Hierbei kommt es auf die bloße mechanische Einlagerung des harten Metalls in das weiche bzw. die Verbindung des harten Metalls durch das weiche nach Art eines Bindemittels an. Die feinkristallinen Molybdän- oder Wolframpulverteilchen sind vollständig mit weichem Metall umhüllt. Diese Kontaktwerkstoffe besitzen zwar einen niedrigen Kontaktwiderstand, jedoch kann damit die Lichtbogenbrenndauer, das Kleben und Verschweißen nicht wirksam verhindert werden.

Aus der deutschen Patentschrift 9 07 205 sind aus Wolfram- und Platinpulver gesinterte Kontaktwerkstoffc bekannt. Bei ihnen wird die Kontaktschichtoberfläche durch die häufigen Schlag- und Reibbeanspruchungen während der Schaltvorgänge pulverisiert.

Außerdem besitzen solche gesinterten Kontaktwerkstoffe ein nicht unbeachtliches Porenvolumen und enthalten infolgedessen eine Menge eingeschlossener Gase, die die Zerstäubung des Kontaktwerkstoffes durch Lichtbogen begünstigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schaltkontakt der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß ein Pulverisieren der Oberfläche der Kontaktschicht durch Schlag- und Reibbeanspruchungen auch für lange Dauer wirksam vermieden wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Kontaktschicht aus durch Kondensation aus der Gasphase unter vermindertem Druck gebildeten Kristallsäulen aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, einer Wolfram-Rheniumoder Molybdän-Rhenium-Legieriing besteht, die nebeneinander liegen und sich im wesentlichen in senkrechter Richtung zu der der Kontaktschicht zugekehrten Kontaktlrägcrobcrfläche erstrecken, und längs der Kristallsäulen von der Kontaktfliiche her ein Edelmetall oder eine Edelmetallbasis·Legierung eindiffundiert ist. Sehaltkontakte, bei denen das Fidelmetall oder die Edelmctallbiisis-Legierung mindestens bis /ur Hälfte.

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vorzugsweise mehr als dreiviertel der Dicke der Kon- zuordnen.

taktschjcht durchsetzen, haben sich als vorteilhaft er- In der Figur ist im Vertikalschnitt ein Ausführungs-

_wjesen. beispiel eines erfindungsgemäßen Schaltkontaktes dar-

Die erfindungsgemäße Kontaktschicht des elektri- gestellt.

sehen Sehaltkoniaktes weist ein fadenförmiges Gefüge 5 Über einem vorgegebenen Oberflächenbereich des auf, das aus nebeneinanderliegcnden Kristallsäulen aus Kontaktträgers 1 ist eine Kontaktschicht 2 angeordnet. Molybdän, Wolfram, Rhenium. Wolfram-Rhenium- Zwischen beiden ist die Sperrschicht 3 vorgesehen, die oder Molybdän-Rhenium-Legierungen besteht und bei eine Diffusion von Nickel und/oder Eisen aus dem dem feine Fädin aus Edelmetall oder einer Edelmetall- Kontaktträger in die Kontaktschicht wirksam verhinbasis-Legierung längs der Korngrenzen, also längs der 10 den. Die Kontaktschicht 2 besteht aus nebeneinander-Kristallsäulen verlaufen. Die Löslichkeit des Edelme- liegenden Kristallsäulen 4 aus Molybdän, Wolfram, tails bzw. der Edelmetallbasis-Legierung in Molybdän, Rhenium, einer Wolfram-Rhenium- oder Molybdän-Wolfram oder Rhenium ist sehr gering, so daß die Kri- Rhenium-Legierung. Sie wird in der Weise hergestellt, Stallsäulen durch das Edelmetall im wesentlichen unge- daß die genannten Werkstoffe unter vermindertem stört bleiben. Es tritt keine Legierungsbildung zwischen 15 Druck durch Kondensation aus der Gasphase auf der dem Edelmetall bzw. der Edelmetallbasis-Legierung Sperrschicht niedergeschlagen werden. Entlang den und dem Molybdän, Wolfram oder Rhenium ein. Krislallsäulen ist ein Edelmetall 5 oder eine Edelmetall-

Durch die erfindungsgemäße Kontaktschicht ist basis-Legierung eindiffundiert. Dazu wird die aus den sichergestellt, daß einerseits an der Kontaktfläche stets Kristallsäulen bestehende Kontaktschicht eine Schicht die vorteilhaften Eigenschaften von Molybdän, Wolf- 20 aus Edelmetall oder einer Edelmr v.llbasis-Legierung ram und Rhenium, nämlich hohe Verdampfungswärme aufgebracht und der Schaltkontakt bei einer Tempera- und geringe Schweißneigung, erhalten bleiben und an- tür von mehr als 850⁰C so lange gehalten, bis das Edeldererseits während der gesamten Lebensdauer des metall eindiffundiert ist. Es verbleibt dann nur noch Schaltkontaktes an dessen Kontaktfläche immer eine eine sehr dünne Restschicht 6 aus Edelmetall. Von einer genügende Menge, aber nicht im Überschuß, an Edel- 25 2 μΐη dhken Goldschicht, die auf eine 10 μηι dicke, aus metall oder einer Edelmetallbasis-Legierung vorliegt, Molybdän-Kristallsäulen bestehende Kontaktschicht um als Schmiermittel die Reibung und die damit ver- aufgebracht wurde, ist nach einer Zeit von 30 Minuten bundene Erosion herabzusetzen. So ist eine lange Le- bei Aufrechterhaltung einer Temperatur von 1000⁰C bensdauer des Schaltkontaktes bei gleichbleibend nied- Gold etwa 8 um tief in die Kontaktschicht eindiffunrigem elektrischen Widerstand gewährleistet. Außer- 30 dien. Von einer zum Vergleich auf ein gewalztes Modem ist sichergestellt, daß der Edelmetallverbrauch ge- lybdän-Blech aufgebrachten, 2 μιη dicken Goldschicht ring und damit der Schaltkontakt kostensprarend her- diffundierte unter gleichen Bedingungen Gold kaum stellbar ist. merklich in das Molybdän-Blech hinein. Hierdurch wird

Kontaktschichten, bei denen die Kristallsäulen aus deutlich, daß die Säulenstruktur der Kontaktschicht

einer Wolfram-Rhenium- oder einer Molybdän-Rheni- 35 wesentlich mit zu ihrer erfindungsgemäßen Ausbildung

um-Legierung bestehen, haben sich ebenfalls als vor- beiträgt; denn nur dadurch ist die beanspruchte Vertei-

teilhaft erwiesen. Dabei haben sich Legierungen be· lung des Edelmetalls oder der Edclmetallbasis-Legie-

währt. die zwischen 10 und 50 Gewichtsprozent Rheni- rung in der Kontaktschicht gewährleistet,

um. Rest Wolfram, oder zwischen 5 und 50 Gewichts- Es hat sich besonders bewährt, eine Sperrschicht aus

prozent Rhenium, Rest Molybdän, enthalten. 40 Molybdän auf den Kontaktträger durch Walzplattieren

Als Edelmetalle haben sich vor allem Gold, Silber au-zubringen. Dies hat den Vorteil, daß auf Grund der

oder ein Metall der Platingruppe oder Basislegierungen Textur der walzplattieren Sperrschicht parallel zur

der genannten Metalle bewährt. Kontakttrageroberfläche die Diffusion von Edelmetall

Um eine Diffusion von Nickel und/oder Eisen aus oder der Edelmetallbasis-Legierung in den Kontaktträ-

dem Kontaktträger in die Kontaktschicht zu verhin- 45 ger wirksam verhindert wird. Ebenso werden Diffusio-

dern. hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen bei- ncn von Kontaktträger-Werkstoff in die Kontakt-

den eine diese Diffusion hemmende Sperrschicht an- schicht hierdurch vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schaltkontakt für ein ScnuUgasrelais, der einen Kontaktträger aus einem Nickel und/oder Eisen enthaltenden Werkstoff, insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie einer Eisen-Nickel-Legierung und einer Kontaktschicht aus Molybdän, Wolfram oder Rhenium mil darin eingelagertem Edelmetall, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2) aus durch Kondensation aus der Gasphase unter vermindertem Druck gebildeten Kristallsäulen (4) aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, einer Wolfram-Rhenium- oder Molybdän-Rhenium-Legierung besteht, die nebeneinander liegen und sich im wesentlichen in senkrechter Richtung zu der der Kontaktschicht (2) zugekehrten Kontaklträgeroberfläche (1) erstrecken, und längs dec Kristallsäulen (4) von der Kontaktflächc her ein Edelmetall (5) oder etne Edelmetaübasis-Legierung eindiffundiert ist

2. Schaltkontakt nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall (5) oder die Edelmetallbasis-Legierung mindestens bis zur Hälfte, vorzugsweise mehr als dreiviertel der Dicke der Kontaktschicht (2) durchsetzen.

3. Schaltkontakt nach den Ansprüchen I und/oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen der Kontaktschicht (2) aus einer Wolfram-Legierung bestehe·· die zwischen 10 und 50% Rhenium Rest Wolfram enthält.

4. Schaltkontakt nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen der Kontaktschicht (2) aus eine. Molybdän-Legierung bestehen, die zwischen 5 und 30% Rhenium Rest Molybdän enthält.

5. Schaitkontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktträger (1) und der Kontaktschicht (2) eine die Diffusion von Nickel und/oder Eisen in die Kontaktschicht (2) hemmende Sperrschicht (3) angeordnet ist.

6. Schaltkontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (3) aus einer auf den Kontaktträger (I) walzplattierten Molybdän-Schicht besteht.