DE2519257B2

DE2519257B2 - Elektrischer Kontakt, der gegen das Aufkriechen von Fremdstoffen geschützt ist, vorzugsweise Edelmetallverbundkontaktniet

Info

Publication number: DE2519257B2
Application number: DE19752519257
Authority: DE
Inventors: Walter 6101 Weiterstadt Betz; Heinrich Dipl.- Ing. 6100 Darmstadt Schmidt-Bruecken
Original assignee: DEUTSCHE BUNDESPOST VERTRETEN DURCH DEN PRAESIDENTEN DES FERNMELDETECHNISCHEN ZENTRALAMTES 6100 DARMSTADT
Current assignee: DEUTSCHE BUNDESPOST VERTRETEN DURCH DEN PRAESIDENTEN DES FERNMELDETECHNISCHEN ZENTRALAMTES 6100 DARMSTADT
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2519257C3; DE2519257A1

Description

Durch die DE-AS 12 95 734 ist es bekannt, die Kontaktoberfläche von elektrischen Kontakten, insbesondere in Fernmeldevermittlungsanlagen, gegen Aufkrieuhp.n von Fremdstoffen zu schützen, welche sonst den elektriüchen Obergangswiderstand störend erhöhen würden.

Da die angestrebte Schutzwirkung der schon früher gegen Aufkriechen von Fett oder öl erfolgreich angewendeten dünnen Fettsäureüberzüge gegenüber silikonhaltigen flüssigen Substanzen versagte, weil aus diesen durch jeden Schaltfunken Siliziumoxid an der Kontaktoberfläche entsteht, werden beim Stand der Technik nach der DB-AS 12 95 734 die die eigentlichen Kontaktoberflächen zumindest unmittelbar umgebenden Oberflächen der die Kontakte aufweisenden Konstruktionselemente mit einem Schutzbelag aus einer an sich bekannten, festen polymeren Verbindung überzogen, welche Siliziumoxid-Bindungen enthält Vorzugsweise wird dabei der Schulzbelag, aus einem an sich bekannten Silikonharz gebildet Dessen Siliziumoxid-Bindungen und die der silikonhaltigen flüssigen Substanz gehen nach katalytischer Aufspaltung miteinander neue gemischte Siliziumoxid-Bindungen ein und verhindern somit ein Weiterkriechen der silikonhaltigen flüssigen Substanz.

Die dünne Silikonharzschicht ist ferner durch viele flüssige organische Verbindungen nicht benetzbar und

ίο verhindert so deren Aufkriechen auch dann, wenn sie nicht silikonhaltig sind.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Aufkriechen von Metallsulfid zu verhindern, daß sich zufolge von aus der

H Umgebungsatmosphäre adsorbierten Schwefelwasserstoff- und Wasserteilen bilden kann.

Für elektrische luftoffene Kontakte — insbesondere in der Schwachstromtechnik und in der Nachrichtentechnik — wäre an sich Silber wegen seiner guten Leitfähigkeit und auch vom Preis her gesehen ein ideales Kontaktmaterial, wenn es nicht von dem in der ümgebungsatmosphäre gelegentlich vorkommenden Schwefelwasserstoff so leicht angegriffen würde. Die sich hierbei bildende Deckschicht aus Silbersulfid ist elektrisch schlecht kitend und kann dadurch den Obergangswiderstand des Kontaktes so stark vergrößern, daß dieser für seine Funktion unbrauchbar wird.

Deshalb werden bekanntlich solche, insbesondere in der Schwachstromtechnik verwendete Kontakte, deren

so Obergangswiderstand ja nicht wesentlich anwachsen darf, aus Gold oder aus Platinmetall hergestellt, also aus Metallen, die zwar nicht ganz so gut leiten wie Silber, die aber gegen Reaktionen mit Schwefelwasserstorf völlig beständig sind. Da Gold und Platinmetalle aber teuer

ΐϊ sind, ist damit möglichst sparsam umzugehen; deshalb wird meist nur die eigentliche Kontaktoberfläche des Kontaktnietes — also beispielsweise der Nietkopf oder auch nur dessen Oberzug — aus Gold oder Platinmetall hergestellt Zumindest der Schaft des Kontaktnietes

ίο wird hingegen weiterhin aus Silber als Trägermaterial gefertigt

An sich wäre es auch möglich, auch noch billigeres Trägermetall als Silber zu verwenden — beispielsweise das ebenfalls gut leitende Kupfer oder Nickel. Diese

4"> Metalle sind aber gegen Schwefel ebenfalls unbeständig. Da sie außerdem unter dem Einfluß des Luftsauerstoffes und der Feuchtigkeit korrodieren, wird Silber trotz seines höheren Preises als Trägermetall für Kontaktniete mit Gold- oder Platinmetallkontaktköpfen oder

v> -plattierung bevorzugt. Bei solchen sogenannten Edelmetallverbundkontakten, bei denen zumindest der Nietschaft aus Silber als Trägermetall besteht, kann die Bildung von Silbersulfid auf der der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten freien Oberfläche des Trägermate-

« rials Silber primär an sich keinen Schaden verursachen. Das Silbersulfid hat aber wie auch andere Metallsulfide die lästige Eigenschaft, von der Oberfläche, auf der es entstanden ist, auf die angrenzende edlere Kontaktoberfläche aus Gold oder Platinmetall aufzukriechen. Dies

«ο beeinträchtigt die Kontaktfunktion erheblich und macht die Anwendung von Edelmetallen als Kontaktwerkstoff zum Teil illusorisch.

Ebenso wandern auch Sulfide des als Trägermaterial verwendeten Kupfers, Zinks oder Zinns beispielsweise von der Messing- oder Bronzekontaktfeder auf die edlere Kontaktoberfläche. Ursache hierfür ist in allen Fällen eine elektrolytische Transportreaktion.
Silbersulfid ist nämlich wie andere Metallsulfide eine

halbleitende Substanz, welche neben einer überwiegenden Elektronenleitfähigkeit auch eine hohe Kationenleitfähigkeit aufweist, weil im (X-Ag₂S das Silber über das stöchiometrische Verhältnis hinaus löslich ist Die überschüssigen und leicht beweglichen Silberkationen bewirken nun die Leitfähigkeit sowohl durch ihre Beweglichkeit im trockenen Silbersulfid als auch gelöst in der von der SilbersulHdschicht adsorbierten Feuchtigkeit, ähnlich wie bei der Elektrolyse in einer wäßrigen Lösung. Für die Leitfähigkeit der Ionen in der adsorbierten Feuchtigkeit gelten die Regeln der Elektrolyse in einer wäßrigen Lösung. Demnach erzeugen die adsorbierte Feuchtigkeit und der gleichfalls adsorbierte Schwefelwasserstoff die EMK eines galvanischen Elements. Dieses Element wird aus der edlen Kontaktoberfläche und dem weniger edlen Trägermetall, also beispielsweise aus Gold einerseits und Silber andererseits als metallischen Elektroden gebildet, während die adsorbierte Feuchtigkeit und der in ihr gelöste Schwefelwasserstoff als Elektrolytlösung wirken. Da die; beiden Metalle Gold und Silber miteinander in Kontakt sind, ist das Element in sich kurzgeschlossen, so daß ein Strom fließt. Hierbei ist daran zu erinnern, daß die Wanderung der Ionen in einem galvanischen Element in umgekehrter Richtung verläuft, als in einer Elektrolysezelle, an die eine äußere Spannung angelegt ist Durch den Strom werden die Silberionen zur Goldanode transportiert, wo sie — unter Abgabe ihrer positiven Ladung an die Anode — durch den Schwefelwasserstoff als Silbersulfid abgeschieden werden.

2Ag⁺ + H₂S^O₂ -Ag₂Si+H₂O + 2( + )i.

Durch diese Fällung als Ag₂S tritt eine Verarmung an gelösten Silberionen ein, so daß von der Silberelektrode des Elements neue Silberionen nachgeliefert werden können, die wiederum auf dem Gold als Sulfid gefällt werden. Auf diese Weise bilden sich auf der Goldoberfläche festhaftende dichte Silbersulfidschichten, die den Übergangswiderstand der Goldkontakte noch stärker vergrößern, als das die primären Sulfidschichten auf den Silberkontakten tun.

Es ist an sich bekannt, die Sulfidierung des Silbers durch Zulegieren anderer Metalle zu verhindern — oder wenigstens zu verlangsamen.

Beispielsweise benutzt man als anlaufbeständigere Kontaktwerkstoffe Legierungen des Silbers mit Gold oder Palladium.

Durch die DE-AS 2222 309 ist es ferner bekannt, Kontaktniete aus Silber, die zur Passivierung beispielsweise durch Hauchvergoldung mit einer dünnen Goldschicht versehen sind, zusätzlich mit einer extrem dünnen nicht deckenden Schicht aus Platinmetallen, insbesondere aus Rhodium zu versehen. Hierdurch kann das an den Goldporen gebildete Silbersulfid nicht weiterkriechen. Diese extrem dünne Schutzschicht ist trotz der Härte und Sprödigkeit von Platinmetallen mit dem Kontaktniet in geringem Umfang verformbar, ohne zu brechen und außerdem auch ausreichend lötbar. An den mechanisch oder elektrisch nicht direkt beanspruchten Stellen ist diese dünne Schutzschicht ebenso gut anwendbar, wie die sehr dünnen Schichten aus Aluminium- oder Berylliumoxid, die in dem Buch »Werkstoffe für elektrische Kontakte« von Keil (1960) auf Seite 202 und 203 erwähnt sind, wo es heißt, nicht mit anderen Edelmetallen legiertes Silber für Kontaktzwekke sei nur durch (dünne) Überzüge z. B, aus Palladium; Rhodium oder Gold wirksam gegen Sulfidbildung schützbar.

ϊ Hierher gehört auch der durch die DE-PS 7 20 500 bekannte elektrische Kontakte mit einem dünnen Überzug aus Ruthenium, einem der härtesten Platinmetalle.
Gegenüber dem vorerwähnten Stand der Technik,

ι» Edelmetalle zuzulegieren oder als vorzugsweise dünne Überzüge aufzubringen, um elektrische Kontakte gegen Silbersulfid zu passivieren, geht die Erfindung einen andersartigen Weg, indem sie den elektrischen Kontakt mit aus Edelmetall bestehender Kontaktoberfläche auf

r· einem Träger aus unedlerem Metall gegen das Aufk'iechen von fremdem Metallsulfid dadurch schützt, daß dem Trägermetall so viel Aluminium zulegiert ist, daß eine sonst auftretende elektrolytische Transportreaktion von Ionen des weniger edlen Metalls des Trägers

jo (Schaft, Feder) zur edleren Kontaktoberfläche verhindert ist

Dieses nach Erfindung vorgesehene Zulegieren von Aluminium zum weniger edlen Trägermetall bezweckt und bewirkt eine materielle Unterbrechung des an dessen Oberfläche sich sonst zur edleren Kontaktoberfläche hin ausbildenden elektrolytischen Stromkreises, dessen Wirkungsweise in der Einleitung näher erläutert wurde.
Die Erfindung und bevorzugte Weiterbildungen

m werden nachfolgend näher erläutert

Bei Silber als Trägermetall ist die Bildung einer Silbersulfid-Deckschicht in Abhängigkeit von der Legierungskomponente Aluminium sehr stark behindert, da Aluminium selbst nicht sulfidierL Als Werkstoff

r> für schaltende Kontaktoberflächen ist eine Silber/Aluminium-Legierung hingegen ungeeignet Das Aluminium einer solchen Legierung würde — besonders bei feuernden oder funkenden Kontakten — mit dem Luftsauerstoff reagieren und das sehr stabile und hoch isolierende Aluminiumoxid bilden. Dt'ies würde im Kontaktbereich verbleiben und isolierende Deckschichten bilden.

Erfindungsgemäß läßt sich aber diese — für die eigentliche Kontaktfunktion ungeeignete — Legierung

•r> sehr vorteilhaft als Trägermetall wenigstens für den Schaft von Kontaktnieten mit Kontaktköpfen bzw. Auflagen aus Gold oder Platinmetallen verwenden. Eine die Kontaktfunktion störende Oxidation des einlegierten Aluminiums ist dann nicht gegeben, weil es nicht

v) dem Feuern und Funken des schaltenden Kontaktmaterials ausgesetzt ist. Der gute Dauerkontakt den der Schaft in seinem Sitz nach dem Einnieten haben muß, ist durch den Preßsitz der Nietung immer gewährleistet und kann durch das zulegierte Aluminium nicht

r, verschlechtert werden. Das einlegierte Aluminium bringt aber den Vorteil, daß diese Silberlegierung auf ihrer der Luft mit ihren Schwefelverunreinigungen ausgesetzten freien Oberfläche nicht sulfidiert und daß von hier aus kein primäres Silbersulfid auf die edlere

M) Kontaktoberfläche aus Gold oder Platinmetall aufkriechen kann.

Versuche haben gezeigt daß for diese günstige Wirkung schon geringe Zugaben an einlegiertem Aluminium wirksam sind, so daß man sich auf

bi Aluminiumzugaben beschränken kann, durch welche die metallurgischen und elektrischen Eigenschaften des Silbers noch nicht wesentlich verändert werden. Das metallische Gefüge des Silbers wird aber erst durch

Zugaben von mehr als 20 Atomprozent Aluminium ( = 6 Gewichtsprozent) wesentlich verändert Mit einer Legierung von etwa 18 Atomprozent Aluminium (=5 Gewichtsprozent) hält man von der kritischen Grenze einen ausreichenden Sicherheitsabstand und hat damit die antisulfidische Wirkung des Aluminiums wirksam ausgenützt Versuche haben außerdem gezeigt, daß diese Legierung in mit Schwefel beladener Luft gegen die Sulfidierung besonders beständig ist, wenn sie zuvor mehrere Stunden lang einer Temperatur bei etwa 400° C ausgesetzt war.

Eine weitere Verbesserung des Schutzes gegen Aufkriechen von fremden Metallsulfiden, die wie bereits erwähnt beispielsweise etwa auf der Oberfläche der den Kontakt oder Kontakt niet tragenden Kontaktfeder aus Messing oder Bronze als primäres Kupfer-, Zink- oder Zinnsulfid entstehen können, wird nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht daß die edle Kontaktoberfläche längs ihrer Grenze zum weniger edlen Trägermetall zusätzlich mit einer hydrophen, elektrisch isolierenden Sperrschicht abgedeckt ist

Diese Sperrschicht wirkt auch im Sinne Jer Erfindung als materielle Unterbrechung einer sonst von unedleren Metall der Kontaktfeder zur edieren Kontaktoberfläche hin auftretenden elektrolytischen Transportreaktion zufolge von auf der Kontaktfeder primär gebildeten Metallsulfiden, die auf die luftoffene Oberfläche des Kontaktnietkopfes gelangen können; dieser besteht zwar aus an sich passiviertem Trägermetall wie z. B. Silber, von ihm aus würden jedoch die primären Kupfer-, Zink- oder Zinnsulfide dann sonst auf die noch edlere Kontaktoberfläche kriechen.

Die dies verhindernde Sperrschicht hat nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung satten mechanischen Kontakt zur Kontaktoberfläche hin, damit sie durch Feuchtigkeit auch nicht unterkriechbar ist

Diese Sperrschicht kann das primäre Metallsulfid

auch nicht unterkriechen, weil die positive Ladung der

s elektrolytischen Reaktion nicht an das edlere Metall der

Kontaktoberfläche abgegeben werden kann. Die

elektrisch isolierende Sperrschicht kann vorzugsweise in Form eines Kunststofflacks aufgestrichen sein.

Solche Lacke sind an sich, nämlich als Vernierlacke

in zum Anlaufschutz des Silbers in der Schmuckwarenhersteilung, seit langem bekannt

Die Sperrschicht kann ferner ebenso gut auch in Form einer A^Oj-Haut durch Eloxieren aufgebracht sein.

Die Sperrschicht muß nicht aus solchen selbst sehr fest haftenden hydrophoben, elektrisch isolierenden Oberzügen bestehen. Sie kann vielmehr vorzugsweise auch in Form einer Folie oder Ringscheibe aus schlagfestem Isolierstoff an die edle Kontaktoberfläche längs ihrer Grenze zum weniger,-idlen Trägermetall hin angepreßt sein.

In einfacher Weise ist dies dadurch realisierbar, daß die Folie oder Ringscheibe beim Einnieten des Kontaktnietes wenigstens längs der Grenze der edlen Kontaktoberfläche des Kontaktniets zum Trägermetall der Feder von dieser gegen die Unterseite des Nietkopfes gepreßt wird.

Der Kriechweg wenigstens für Sulfide — gleichgültig ob für primäres Silbersulfid vom ggf. schwächer

jo legierten Silber des Nietschaftes oder ob für primäres Kupfer-, Zink- oder Zinnsulfid vom Trägermetall der Feder aus — wird dann durch die miteingenietete Folie oder Ringscheibe aus Isolierstoff gesperrt. Zumindest Fremdsulfide können somit nicht mehr auf die

ν, Kontaktoberfläche aus Edelmetall aufkriechen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kontakt, der gegen das Auf kriechen von Fremdstoffen geschützt ist, mit aus Edelmetall bestehender Kontaktoberfläche auf einem Träger aus unedlerem Metall, vorzugsweise Edelmetallverbundkontaktniet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trägermetall so viel Aluminium zulegiert ist, daß eine elektrolytische Transportreaktion von Ionen des weniger edlen Metalls des Trägers (Schaft, Feder) zur edleren Kontaktoberfläche hin verhindert ist.

2. Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermetall Silber ist.

3. Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Silber maximal 6 Gew.-% Aluminium zulegiert ist

4. Kontakt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber 5 Gew.-% Aluminium enthält

5. Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberfläche iängs ihrer Grenze zum Trägermetall zusätzlich mit einer hydrophoben, elektrisch isolierenden Sperrschicht abgedeckt ist

6. Kontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobe Sperrschicht satten mechanischen Kontakt zur Kontaktoberfläche hat

7. Kontakt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht in Form eines Kunststofflackes aufgestrichen ist

8. Kontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht in Form einer AljOyHaut durch Eloxieren aufgebracht ist

9. Kontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht in Form einer Folie oder Ringscheibe aus schlagfestem Isolierstoff an die ed!e Kontaktoberfläche Iängs ihrer Grenze zum weniger edlen Trägermetall hin angepreßt ist

10. Kontakt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie oder Ringscheibe beim Einnieten des Kontaktnietes wenigstens Iängs der Grenze der Oberfläche des Kontaktniets zum Trägermetall der Feder gegen die Unterseite des Nietkopfes gepreßt wird.