DE2442212A1

DE2442212A1 - Verfahren zur haftfesten galvanischen beschichtung von kontaktwerkstoffen mit rhodium

Info

Publication number: DE2442212A1
Application number: DE2442212A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Rer Nat Jostan; Walter Ing Grad Mussinger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-09-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1976-03-25

Description

Verfahren zur haftfesten galvanischen Beschichtung von Kontaktwerkstoffen mit Rhodium Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Rhodiumschicht auf die Oberfläche elektrischer Kontakte durch galvanisches Abscheiden und anschließende Temperaturbehandlung.
8 Die hohen Lebensdauererwartungen von 10 - 109 Schaltungen, die an sog. Schutzrohrkontakte oder Schutzgasfederrelais gestellt werden, können nur durch Anwendung geeigneter Schichtkombinationen an der eigentlichen Kontaktgabestelle befriedigend gelöst werden. Zur 9 wendung gelangt vor allem das Edelmetall Rhodium, und zwar in Verbindung mit einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf den weichmagnetischen Kontaktteilen. Diese Schichtkombination gewährleistet die erforderlichen guten Kontakteigenschaften, wie hohe Zuverlässigkeit, durch geringen Verschleiß und niedrigen Durchgangswiderstand.
Die galvanische Abscheidung dünner Rhodiumschichten ist bekannt, jedoch ist die haftfeste Beschichtung von weichmagnetischen Werkstoffen, wie beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung mit 3 - 5 /um dicken Rhodiumschichten, bisher noch nicht befriedigend gelöst. Insbesondere bereiten die geringe Haftung, hohe innere Spannungen, die Mikrorissigkeit und die Neigung der Rhodiumschicht zur Bläschenbildung große Schwierigkeiten, da diese Mängel die Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektrischer Kontakte verringern bze. den Durchgangswiderstand erhöhen. Auch durch Anwendung der erwähnten Zwischenschicht aus Gold, deren Haftung auf dem Nickel-Eisen-Basiswerkstoff durch eine Diffusionsglühung bekanntlich verbessert werden kann, lassen sich diese negativen Effekte nicht ausschalten, wenn Rhodiumschichten mit Dicken > 2 /um aufgalvanisiert werden müssen. Solch dicke Rhodiumschichten sind jedoch unbedingt erforderlich, wenn hohe Schaltleistungen und mehr als 107 Schaltspiele ohne merkliche Erhöhung des Durchgangswiderstands gefordert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur haftfesten galvanischen Beschichtung von insbesondere Nickel-Eisen-Legierungen mit Rhodiumschichten, insbesondere dicker als 2 /um, anzugeben, die hinsichtlich der erwähnten Mängel, wie hohe Eigenspannungen, Blasenbildung, Mikrorissigkeit und schlechte Haftung, verbessert sind. Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren durch einen zwei- oder mehrstufigen galvanischen Aufbau der Rhodiumschicht mit Zwischenglühungen.
Bei einem zweistufigen Aufbau der auf einer Goldzwischenschicht abgeschiedenen Rhodiumauflage ist das bevorzugte Dikkenverhältnis etwa Au : Rh 1 : Rh 2 - 1 : 5 : 10, wobei zwischen der Abscheidung der Rhl-Schicht und der Rh2-Schicht bei ca. 8000 C unter Schutzgas zwischengeglüht wird.
Anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Verfahren wird die Erfindung näher erklärt.
Beispiel 1 Die mit Rhodium zu veredelnden Kontaktteile aus einer weichmagnetischen Nick69Eisen-Legierung werden zunächst in reduktiver Atmosphäre (H2-Atmosphäre) bei 10000 C homogen geglüht.
Anschließend werden diese Teile in einer alkalischen Entfettungslösung elektrolytisch entfettet, gespült, dekapiert in 10 zeiger Schwefelsäure und zur Entfernung evtl. Passivschichten in verdünnte Salzsäure getaucht und erneut gespült.
Nach dieser Vorbehandlung wird eine haftvermittelnde Goldschicht galvanisch aufgebracht. Dazu wird aus einem sauren handelsüblichen Vorvergoldungsbad eine 0,2 /um dicke Feingoldschicht in bekannter Weise galvanisch abgeschieden. Nach der Vorvergoldung wird aus einem handelsüblichen Rhodiumbad, das 10 g/l Rhodium enthält, eine 1 /um dicke Rhodiumschicht niedergeschlagen. Der außergewöhnlich hohe Rhodiumgehalt des Elektrolyten ist von großer Bedeutung für die Brauchbarkeit des Bades und der daraus resultierenden Niederschläge für Kontaktanwendungen, da bekanntlich der Metallionengehalt zusammen mit dsr Elektrolyttemperatur und der Stromdichte einen entscheidenden Einfluß auf die kathodische Stromausbeute ausübt. Eine hohe Stromausbeute hat eine geringe Wasserstoffmitabscheidung zur Folge, was zu spannungs- und rißarmen duktilen Rhodiumschichten führt. Die optimale kathodische Stromdichte beträgt 1 A/dm2, die günstigste Elektrolyttemperatur 500 C.
Erfindungsgemäß wird anschließend eine Diffusionsglühung zwischengeschaltet, um eine feste Verankerung der Gold- und Rhodiumschichten mit dem Grundmaterial zu erzielen. Dazu werden die Kontaktteile im Wasserstoffstrom (180 l/h) auf maximal 8000 C erhitzt. (Einfahrzeit 10 min, Verweilzeit im Ofen 6 min, Ausfahrzeit 15 min). Anschließend wird unter den oben beschriebenen Bedingungen eine zweite Rhodiumschicht aufgebracht, die in der Schichtdicke so gewählt wird, daß die gewünschte Endschichtdicke erreicht ist. Als optimales Schichtdickenverhältnis von Gold zu Rhodiumschicht 1 bzw. Rhodiumschicht 2 wurde 1 : 5 : 10 ermittelt.
Beispiel 2 Anstelle des Rhodiumschichtaufbaus aus zwei Schichten mit einer Zwischenglühung kann die Rhodiumschicht aus drei Einzelschichten mit zwei Zwischenglühungen oder allgemein aus n Einzelschichten mit (n - 1) Zwischenglühungen aufgebaut werden.
Der Verfahrensablauf entspricht dabei dem in Beispiel 1 beschriebenen Gang. Die Dicke der normalerweise 0,2 /um dicken Goldzwischenschicht soll dabei mit der Zahl der Zwischenglühungen n zuehmen, und zwar etwa um den Faktor n/2 bis n, um ein völliges Eindiffundieren des Goldes in das Nickel-Eisen der Unterlage (bzw. umgekehrt) durch die insgesamt längere Glühzeit zu verhindern.

Claims

Patentansprüche

0 Verfahren zum Aufbringen einer Rhodiumschicht auf die Oberfläche elektrischer Kontakte durch galvanisches Abscheiden und anschließende Temperaturbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rhodiumschicht in wenigstens zwei Galvanisierungsschritten aufgebracht wird, die durch wenigstens einen zwischengeschalteten Glühprozeß unterbrochen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rhodiumschicht auf eine federnde Kontaktzunge aufgebracht wird, die vor Aufbringen der Rhodiumschicht mit einer Edelmetallschicht, insbesondere Goldschicht, versehen wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis von Au-Schicht zur ersten Rhodiumteilschicht zur zweiten Rhodiumteilschicht etwa 1 : 5 : 10 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschichtdicke 0,1 bis 0,3, vorzugsweise 0,2 /um, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglühung(en) unter Wasserstoffatmosphäre bei etwa 8000 C durchgeführt wird (werden).
6. Verwendung eines nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Rhodiumschicht versehenen Kontaktes in einem Schutzrohrkontaktrelais als Kontakt an einer aus weichmagnetischem Material bestehenden Kontaktfeder.