DE2413402A1

DE2413402A1 - Sliding contact - is provided with a sintered tin coating contg crystalline graphite

Info

Publication number: DE2413402A1
Application number: DE2413402A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Heck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1975-10-02

Abstract

Sliding contacts are produced by applying a Sn or Sn-Pb coating to the metal substrate which is electrically conducting. The Sn coating is given a low friction coefficient, good solderability and resistance to oxidation by incorporating crystalline graphite in the coating by using a polishing medium (tumbling polishing) containing graphite powder, whereby the surface is at the same time strain hardened. Pref. the Sn coating is sintered before applying the tumbling polishing step. The Sn coating is applied by electrodeposition and in the presence of a fluxing agent, sintered at max. 150 degrees C. The metal substrate, which is pref. brass, is provided with a Pb or Sn-poor Pb coating either by electrode-position or be weld deposition prior locating with Sn. The substrate contact faces may be coated with a layer of 60/40 SnPb (simplex) by weld-deposition, or in two steps (Pb coating followed by Sn coating) using Duplex with pure Sn (simplex) after which the surface is roughened by using corundum and tumble-polishing using a medium contg. graphite powder, whereby graphite is incorporated in the coating, and strain hardened. Pref. 0.15-0.20 per mille graphite are incorporated, and in addn. Ni-carbonyl and/or Ag.

Description

Gleitfähige Zinnschichten für elektrische Gleitkontakte Die Erfindung befaßt sich mit dem Verfahren zur Herstellung von gleitfähigen Zinnschichten für elektrische Gleitkontakte an Steckelementen mit niedrigem Reibungsbeiwert, hoher Oxydationsbeständigkeit und guter Lötfähigkeit auch nach langer Lagerung.Slidable tin layers for electrical sliding contacts The invention deals with the process for the production of lubricious tin layers for electrical sliding contacts on plug-in elements with low coefficient of friction, high Oxidation resistance and good solderability even after long storage.

Gleitmetalle für diesen Zweck sind bekanntlich reine Metalle wie Gold, Silber, Platin Rhodium und andere oder auch Verbindungen dieser Metalle mit anderen.Sliding metals for this purpose are known to be pure metals such as gold, Silver, platinum, rhodium and others or compounds of these metals with others.

Für hochwertige Kontakte mit geringem Ubergangswiderstand werden meist Edelmetalle oder deren Verbindungen gewählt, jedoch ist neben den physikalischen Schichteigenschaften auch der Preis von Bedeutung. Edelmetall schichten überziehen sich nicht mit Oxydhäuten und sie bilden in seltenen Fällen Sulfidschichten. Bei Silber allerdings können sich an schwefelhaltiger Industrieatmosphäre Sulfidschichten ausbilden.For high-quality contacts with low transition resistance are usually Noble metals or their compounds are chosen, however, in addition to the physical Layer properties also matter the price. Coating layers of precious metal do not come into contact with oxide skins and in rare cases they form sulphide layers. at However, silver can build up sulphide layers in a sulphurous industrial atmosphere form.

Weniger wertvolle Kontaktmetalle wie Zinn, Kupfer oder Messing sind ebenfalls- der Korrosion ausgesetzt.Less valuable contact metals such as tin, copper or brass are also - exposed to corrosion.

Aber auch wenn Edelmetallüberzüge auf anderen Metallen nicht einwandfrei aufgebracht sind, kann es durch die tberzüge hindurch zur Korrosion kommen. Sehr häufig müssen die Kontaktteile auch gelötet werden, was dann aber infolge korrodierter Oberflächen oft nicht möglich ist. Außerdem wird von den Gleitkontaktmaterialien ein niedriger Reibungsbeiwert verlangt, um beim Einstecken von z.B. Messerleisten oder auch beim Trennen keine großen Kräfte anwenden zu müssen. Außerdem wird von einer guten Metallpaarung verlangt, daß der notwendige Metallkontakt nicht zum Fressen (zum Verschleiß) führt.But even if precious metal coatings on other metals are not flawless are applied, corrosion can occur through the coatings. very often the contact parts also have to be soldered, which is then due to corroded Surfaces is often not possible. In addition, the sliding contact materials a low coefficient of friction is required in order to be able to use e.g. or even when separating not having to use great forces. aside from that a good metal pairing requires that the necessary metal contact is not leads to seizure (wear).

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, galvanisch aufgetragene Reinzinnschichten zu sintern und anschließend in die Zinnoberfläche kristallinen Grafit einzurollen.According to the invention, it is proposed galvanically applied pure tin layers to sinter and then roll crystalline graphite into the tin surface.

In poröse Zinnoberflächen eingearbeiteten Kristallgrafit (hexagonal) mindert in auffälliger Weise den Reibungsbeiwert von Zinn gegen Zinn, in vorteilhafter Weise auch dadurch, daß beim Kugelpolierverfahren ein eingerollter Grafit auch eine mechanische Verformung der Zinnkristalle einhergeht, wodurch die Zinnoberfläche kaltverfestigt wird, was den Reibungsbeiwert weiter herabsetzt.Crystal graphite (hexagonal) worked into porous tin surfaces noticeably reduces the coefficient of friction between tin and tin, in an advantageous manner Way also by the fact that in the ball polishing process a rolled graphite also has a mechanical deformation of the tin crystals is accompanied, causing the tin surface is work-hardened, which further reduces the coefficient of friction.

Das Sintern der galvanischen Zinnschicht hat den Vorteil, daß hierdurch die Zinnschicht duktiler wira. Sie entspricht also eher der aufgeschmolzenen Kristallstruktur, was die Lötfähigkeit erheblich verbessert. Bekanntlich haben die aufgeschmolzenen Zinnschichten beste Lötfähigkeiten.Sintering the galvanic tin layer has the advantage that this the tin layer is more ductile. So it corresponds more to the melted crystal structure, which significantly improves the solderability. It is well known that the melted Tin layers best soldering capabilities.

Steckverbindungen aus galvanischem Zinn gegen galvanisches Zinn zeigen Reibbeiwerte von ca. 0,8 - 0,9, ihre Verbindungen fressen miteinander. Dagegen haben nach der Erfindung grafitierte und kaltmechanisch verdichtete Zinnoberflächen Reibbeiwerte von bis max. 0,25. Beachtlich ist, daß die Reibbeiwerte schon beim ersten Steckvorgang so niedrig liegen.Show plug connections made of galvanic tin against galvanic tin Coefficients of friction of approx. 0.8 - 0.9, their connections seize with one another. Have against it According to the invention graphitized and cold-mechanically compacted tin surfaces coefficients of friction from to max. 0.25. It is noteworthy that the coefficients of friction already occur during the first plugging process lie so low.

Es wurde festgestellt, daß ein Fressen auch nach häufigen Steckvorgängen nicht eintrat, auch dann nicht, wenn nur ein Teil der Steckverbindung eine grafitierte Zinnoberfläche aufwies.It was found that seizure even after frequent plugging operations did not occur, not even if only part of the connector was graphitized Tin surface.

Die Verwendung feinen hexagonalen Grafitpulvers hat auch den Vorteil, daß beim Rollpolieren eine mechanisch sehr festhaftende Verbindung sowohl in der vor dem Rollpolieren rauhen Oberfläche und auch auf der rollpolierten Oberfläche eintritt.The use of fine hexagonal graphite powder also has the advantage of that when roll polishing a mechanically very strong bond in both the rough surface before roll polishing and also on the roll polished surface entry.

Bei Verwendung hexagonalen Gleitgrafites mit verhältnismäiig leicht trennbaren Schichtebenenh wird also eine - wenn auch sehr dünne - vollkommene Bedeckung der Metall oberfläche erreicht, wodurch nun wiederum auch eine gegen Oxydation geschützte Kontaktfläche entsteht.When using hexagonal sliding graphite with relatively light separable layer planes become a perfect covering, albeit a very thin one reaches the metal surface, which in turn now also protects against oxidation Contact surface arises.

Grafit zeigt bekanntlich eine sehr hohe Stabilität gegen Oxydation. Hexagonaler Grafit zeigt auch außerdem eine an die Beitfähigkeit von Metallen heranreichende Deitfähigkeit, weshalb sich seine Verwendung als leitfähige Gleiteigenschaft geradezu anbietet.It is known that graphite shows a very high stability against oxidation. Hexagonal graphite also shows a capability that comes close to that of metals Deitigkeit, which is why its use as a conductive sliding property is downright offers.

Die Kaltverfestigung der Zinnoberfläche durch Rollpolieren - Kugelpolierverfahren - und der gleichzeitigen Einbringung von feinem.Grafitpulver hat außerdem den Vorteil, daß eine Rekristallisation der Zinnstruktur im Bereich der kontaktfähigen Oberfläche unterdrückt wird, wodurch eine höhere Oberflächenhärte auch dauerhaft erhalten bleibt. In weiterer Verbesserung der Erfindung wird vorgeschlagen auf Messingteilen, vor der Verzinnung erst eine galvanisch oder im Schmelzwege aufzubringende Bleischicht aufzutragem, die erfahrungsgemäß als Trennschicht zwischen dem Messinggrundmetall und er Zinnschicht auch hinsichtlich der allgemein gefürchteten Whisker eine bereits bewährte Verwendung findet.The work hardening of the tin surface by roll polishing - ball polishing process - and the simultaneous introduction of fine graphite powder also has the advantage of that a recrystallization of the tin structure in the area of the contactable surface is suppressed, whereby a higher surface hardness is also permanently retained. In a further improvement of the invention, it is proposed to use brass parts after tinning, a lead layer to be applied galvanically or in the melting path applied, which experience has shown as a separating layer between the brass base metal and he tin layer also with regard to the generally feared whisker an already proven use.

Durch die erfindungsgemäße Sinterung der Zinnschicht selbst tritt auch eine metallurgische Verbindung mit der Bleischicht ein, die die Lötfähigkeit solcher Schichten in ganz besonderer Weise erhöht.The sintering according to the invention of the tin layer itself occurs also a metallurgical bond with the lead layer one that the solderability of such layers is increased in a very special way.

Grafitierte Reinzinnoberflächen schmelzen nämlich nicht in der Weise auf, wie das bei geschmolzenen sonst unbehandelten Zinnfilmen der Fall ist. Der Grafitfilm hindert das Zinn etwas beim Aufreißen, es schwimmt nicht so leicht beiseite". Aber bei der Duplex-Beschichtung (Warenoberfläche-Bleischicht-Zinnschicht-Grafitoberfläche) sorgt das bei niederen Temperaturen schon flüssige Eutektikum des Blei/Zinns (37/63) für das Aufschmelzen von innen her, daß jetzt in leichter Weise die Lötschmelze der erfindungsgemäßen Kombination für die Lötverbindung freigelegt wird.Graphitized pure tin surfaces do not melt in that way as is the case with molten, otherwise untreated tin films. Of the Graphite film prevents the tin from tearing open, it doesn't swim aside as easily ". But with the duplex coating (product surface-lead layer-tin layer-graphite surface) the lead / tin eutectic, which is already liquid at low temperatures (37/63) for melting from the inside, that now the solder melt in a lighter way the combination according to the invention is exposed for the soldered connection.

Das Verfahren eignet sich vorzugsweise für schüttfähige Warenteile nach einem Ausführungsbeispiel. Nach einem Ausführungsbeispiel kann wie folgt vorgegangen werden: Die Messerteile aus beispielsweise Messing werden entweder galvanisch oder im Schmelzwege nach bekannten Verfahren verbleit.The method is particularly suitable for loose parts of goods according to an embodiment. According to one embodiment, the procedure can be as follows are: The knife parts made of brass, for example, are either galvanized or leaded in the melting path according to known methods.

Die Dicke kann ca. 2-3 my betragen. Danach werden die verbleiten Teile galvanisch mit Reinzinn in Bädern verzinnt. Es ist vorteilhaft die Verzinnung auch im galvanischen Bädern vorzunehmen, die keine organischen Badkomponenten mit in die Zinnschicht einbauen können, um die nachfolgende Sinterung und damit die Rekristallisation nicht zu stören.The thickness can be approx. 2-3 my. After that, the leaded parts galvanically tinned with pure tin in baths. Tinning is beneficial too in galvanic baths that do not contain any organic bath components with in the tin layer can incorporate the subsequent sintering and thus the recrystallization not to bother.

Die Sinterung wird erfindungsgemäß im Anschluß an den Galvanoprozeß bei Temperaturen von ca. 1500 C. vorgenommen. Dies geschieht zweckmäßig bei rollender Warenbewegung in heizbaren Trommeln. Erfindungsgemäß wird während der Sinterung die galvanische Zinnschicht chemisch aktiviert, um Oxyde und chemische Badreste von der Oberfläche zu entfernen. Das geschieht zweckmäßig mit Flußmittellösungen auf Zinkchloridbasis u.a.m. Die Sinterung erfordert max. nur 5-8 Minuten Zeit. Danach wird die gespülte und getrocknete Ware mit oder auch ohne bekannte Polierkugeln in achteckigen Trommeln mit Grafit - zweckmäßig mit feinstem Naturgrafitpuder - in Mengen bis ca. 0,15-0,20-pro Mille ca. 10 - 30 Minuten gerollt.According to the invention, sintering is carried out following the electroplating process made at temperatures of approx. 1500 C. This is useful when rolling Movement of goods in heated drums. According to the invention, during sintering the galvanic tin layer is chemically activated to remove oxides and chemical bath residues to remove from the surface. That is expediently done with flux solutions based on zinc chloride, etc. The sintering requires a maximum of only 5-8 minutes. Thereafter the rinsed and dried goods with or without known polishing balls in octagonal drums with graphite - useful with the finest natural graphite powder - Rolled in amounts up to approx. 0.15-0.20 per mille for approx. 10 - 30 minutes.

Die Teile sind also so als Kontaktelemente verwendungsfähig.The parts can thus be used as contact elements.

Es ist denkbar, daß anstelle von Grafit oder neben Grafit auch andere Materialien wie Carbonylnickel oder reduktive Silberkomponenten mit eingerollt werden können.It is conceivable that instead of graphite or in addition to graphite, other Materials such as carbonyl nickel or reductive silver components can also be rolled up can.

Es ist hervorzuheben, daß die Behandlungen in allen Fällen nur auf Oberflächenschichten im Bereich bis ca. max. 0,5-1 my D cke sich erstrecken. Es ist auch denkbar, daß im Wege des Aufschmelzens erzielte Zinnschichten oder Zinn-Blei-Schichten (60/40) anschließend etwas aufgerauht und dann mit Grafit kugelpoliert werden. Die Verfahrensgänge sind dann 1. nach bekannten Verfahren Simplex-oder Duplexschichten auf Messingteile aufschmelzen.It should be emphasized that the treatments in all cases are based only on Surface layers in the range up to a maximum of 0.5-1 my thickness extend. It it is also conceivable that tin layers or tin-lead layers obtained by melting (60/40) are then slightly roughened and then ball polished with graphite. the Process steps are then 1. Simplex or duplex layers according to known processes melt on brass parts.

2. die verzznten Teile mit Korund oder Quarz in Trommeln rollen, wodurch die Oberfläche zur Aufnahme der Inkorporationsmittel geöffnet wird.2. Roll the galvanized parts with corundum or quartz in drums, thereby the surface is opened to receive the incorporation means.

3. die aufgerauhte Ware anschließend mit den angegebenen Mengen Naturgrafit mit oder ohne Polierkugeln oder ähnlichem rollen.3. then the roughened goods with the specified amounts of natural graphite roll with or without polishing balls or the like.

Der Grafit oder andere Zugabekomponenten werden dabei in die vorher aufgerauhte Struktur eingedrückt und es wird eine Metall-Nichtmetall-Kombination mit gleit-, löt- und kontaktfähigen Eigenschaften erwartet, die auch eine gute Resistenz gegen Oxydation hat. The graphite or other components are added to the previously roughened structure and it becomes a metal-non-metal combination expected with sliding, solderable and contactable properties that also have good resistance against oxidation.

Claims

Cl Process for the production of lubricious tin layers or tin-lead layers on electrical contact surfaces with low coefficients of friction, good solderability and surface resistant to oxidizable influences, characterized in that the tin or tin-lead layers in a vacuum polishing process with the addition of the Slip-conducive substances such as graphite powder incorporated in the boundary area of the surface and work hardened at the same time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tin layer is electroplated.

3. The method according to claim 1 - 2, characterized in that the galvanic applied layer sintered before incorporation and smoothly with flux is treated up to temperatures of max. 1500C.

4. The method according to claim 1-3, characterized in that the brass contact surfaces before the galvanic tin coating, first with a galvanic or in the melting path applied lead or low-tin lead layer.

5. The method according to claim 1, characterized in that the coating of the contact surfaces only in the melting path with 60/40 SnPb (Simplex) or in two passages (first remain then tin-tin) Duplex with pure tin (simplex) takes place, with subsequently the surface is mechanically roughened by scrubbing with corundum and then with Graphite incorporated and work hardened by means of ball polishing processes.

6. The method according to claims 1-5, characterized in that the tinned contact parts in the ball polishing process with approx. 0.15 - 0.20 per mille natural graphite be rolled.

7. The method according to claims 1-6, characterized in that in addition to Graphite carbonylnickel and / or silver substrates can also be rolled up.