DE2540956B2

DE2540956B2 - Goldlegierung als werkstoff fuer elektrische kontakte

Info

Publication number: DE2540956B2
Application number: DE19752540956
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl -Ing Dr 6450 Hanau Harmsen Nils Dipl -Ing Dr 6454 Bruchkobel Sperner
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1975-09-13
Filing date: 1975-09-13
Publication date: 1977-09-22
Also published as: US4069370A; DE2540956C3; DE2540956A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Goldlegierung als Werkstoff für elektrische Koniakie, insbesondere für Steckverbindungen oder Abgreifkontakte in der Schwachstromtechnik, die neben Palladium, Silber, Zinn, Kupfer und Indium noch mindestens ein weiteres Platinmetall, wie z.B. Iridium, enthält.

Eine derartige Goldlegierung ist aus der DT-OS 2 019 790 bekannt.

Um die Aufgabe zu lösen, einen optimalen Werkstoff für elektrische Kontakte bereitzustellen, muß man notwendigerweise Kompromisse eingehen. Einerseits soll der Werkstoff hohen Anforderungen an die Sicherheit der Kontaktgebung erfüllen, andererseits muß der Werkstoff verschleißfest sein und rauscharm arbeiten. Ferner sind Oxidhaut- oder Sulfidhautbildung oder sonstige Veränderungen auf der Oberfläche unerwünscht, weil sich hierdurch der Kontaktwiderstand erhöht.

Im 11 inblickauf die genannten Anforderungen an den Kontaktwerkstoff werden dafür vorzugsweise Edelmetall-Legierungen verwendet. So ist aus der DT-AS 1 764 233 ein elektrischer Schwachstromkontakt für Betrieb unter Vakuum oder Schutzgas bekannt, bei dem als Werkstoff für die Kontaktschicht eine binäre Edelmetall-Legierung verwendet wird, die 5 bis 35% (Gewichtsprozent) Palladium, Rest Gold enthält. Mehrkomponentige Goldlegierungen als WerkstolT für elektrische Schwachstromkontakte sind beispielsweise aus der CH-PS 457 870 bekannt. Neben Gold enthält die Legierung noch 10 bis 40% Kupfer und Silber sowie 0,5 bis 3% Nickel; außerdem können noch bis zu 10% Metalle der Platingruppe zugesetzt sein.

Die Verwendung indiumhaltiger Legierungen als Werkstoff für niedrig belastete elektrische Kontakte ist aus der DT-PS 1 106 967 bekannt. Dabei werden zur

20	bis	30	Gew.-%	Palladium,
15	bis	25	Gew.-%	Silber,
2,5	bis	5	Gew.-%	Zinn,
0,05	bis	0,5	G ew. -%	Iridium,
0,05	bis	0,5	Gew.-%	Ruthenium,
0,05	bis	0,5	Gew.-%	Kupfer,
0,1	bis	2	Gew.-"/,	Indium,

Rest Gold.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Es hat sich bei den erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffen als überraschend erwiesen, daß sich selbst bei den hohen Palladium- und Silbergehalten weder die Bildung des bekannten braunen Puders oder Staubes (brown powder effect), noch die von Sulfidschichten zeigt, selbst bei sehr langen Betriebszeiten auch in Schadgasatmosphären. Selbst bei einem Verhältnis von Zinn zu Indium, wie 3 bis 5 : I, wurde durch geringen Zusatz von Ruthenium und Iridium eine sehr feinkömige Legierung erzielt. llärtewerte von etwa 2254 N/mm² (230 kp/mnr) wurden erreicht, woraus sich ergibt, daß Deformationen und mechanischer Abrieb als vernachlässigbar anzusehen sind. Die Härtewerte können durch Wärmebehandlung bei Temperaturen von 500 bis 600 C noch erhöht werden. Trotz der hohen Härtewerte sind aber die erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffe noch duktil, also gut verarbeitbar. Die erfindungsgemäßen Werkstoffe werden vorteilhafterweise als Kontaktschicht auf einem geeigneten Trägerwerkstoffeines elektrischen Kontaktes verwendet, insbesondere bei Steckverbindungen oder Abgreiferkontakten.

In einem Reibverschleißversuch wurden AuAg 20 Cu 10 Niete mit einer Kraft von 15OcN gegen ein fest eingespanntes Probenblech aus erfindungsgemäßem Werkstoff gedrückt. Bei einem Reibweg von 1,5 cm, einer mittleren Reibgeschwindigkeit von 2,3cm/sec wurde selbst nach 500maliger Hin- und Herbewegung kein meßbarer Verschleiß festgestellt und keine mit dem bloßen Auge deutlich sichtbare Verschleißspuren beobachtet.

In einem Vergleichstest wurde der erfindungsgemäße Werkstoff mit zwei für den gleichen Anwendungszweck seit Jahren bewährten, bekannten Goidlegierungen folgenden Prüfungen unterzogen, um ihr Korro ■ sionsverhalten zu ermitteln:

1. Tempern in !.LiIl bei 25(1 C wiihrend einer Dauer son 5, K) und 15 Minuten,

2. Auslagerung in simmenden Schadgasatmosnhären während einer Dauer von 1 bis 21 Tagen, wobei die Schadgasatmosphären wie folgt --harakterisierl sind:

a) 10 ppm HiS bei 40 C und 51) ¹V.. relativer Luftfeuchtigkeit,

h) 10 ppm SiO bei 40 C und 50"/,, relativer Luftfeuchtigkeit.

c) 1 ppm IhS + 2,5 ppm SOi und 1 ppm NO> bei 25 C und 75X relativer Luftfeuchtigkeit.

Diese Prüfungen zeigten, daM die erfindungsgemäße i gegen Oxidation genau so beständig ist wie

die Legierung AuAg 30, jedoch in ilen Schadgasatmosphären beständiger gegen Anlaufen ist als tlie beiden Vergleiclislegierimgen AuAg 30 und AuAg 20 Cu 10.

linisprechendes gilt bezüglich der Legierungen .1 (Au 40, I'd K), Ag 24, Cu 24, In 1, Sn I) und X (Au 42, Pd K), Ag 24, Cu 24) der eingangs genannten ArI, und /war unbeschadet dessen, daß dort höhere L'esligkeilswerte erreicht weiden.

In der nachfolgenden Tabelle sind einige wesentliche physikalische und technische Daten des erlmdungsgemäßen Kontaktwerkstoff« und der für den gleichen Λ η wc ncl u ngs/weck bekannten Vergleichslegierungen aufgeführt.

	liiTmüungs- gemiiße Legierung	AuAg 30	AuAgiOCulO	X	J
Dichte g/cnr'	14,3	15,7	15,1	12,5	12,3
Spe/. el. Widerstand in ti mnr/m	0,29	0,11	0,14	0,15	0,19
Härte HV
hart weich vergütet	280 120 320	110 35	240 130 310	290 180	295 210
Festigkeit in N/mnr
hart weich vergütet	900 550 1030	370 220	860 490 1020	1100 660	1200 690
Dehnung in %
hart weich	2 38	2 35	1 32	3 14	2 14
Kontaktwiderstand (50-%-Werte) in mti ')
Neuzustand H₂S-KMmU-) SO₂-KIiITIa-¹) 3-KoniD.-Klima⁴)	<13 <18 <30 <30	<5 <60 <20 <55	<5 <25O S80 S25	<9	<8

Tempern 250 C/5 min/Luft

<20

>1000

') Gegen Au-Gegenkontakt bei 5cN und 1OmA/10mV gemessen.

²) 10ppm H₂S, 40 C, 50% rel. Feuchte, 7Tage.

■') 10 ppm SO₂, 40 C, 50% rel. Feuchte, 7 Tage.

⁴) 1 ppm IhS,"l ppm NO₂, 2,5ppm SO₂, 25 C, 75% rel. Feuchte, 1 Tag.

<700

Aus den angegebenen Werten des Kontaktwidcrstandcs vor und nach Schadgasauslagerung ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Kontaktwerkstoff seinen Kontaktwiderstand nur unwesentlich ändert, während er bei den Vergleichslegierungen doch zum Teil erheblich ansteigt. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Werkstoff hervorragend für den beanspruchten Zweck geeignet und den Vergleichslegierungen überlegen ist, weil seine übrigen technischen Daten, wie aus der Tabelle ersichtlich, mindestens denen der Vergleichslegierungen entspricht, sie teilweise s.ogar noch über-

55 ti i ITt.

In der Figur ist schematisch, teilweise im Vertikalschnitt, eine Steckverbindung aus einem Stecker 1 und einer Steckerbuchse 2 dargestellt, wobei jeweils die Kontaktschicht 3 aus erfindungsgemäßem Werkstoff

do auf einem Träger 4 aufgebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Goldlegierung als Werkstoff I'm elektrische Kontakte, insbesondere Tür Steckverbindungen oder Abgreifkontakte in der Schwachstromtechnik, die neben Palladium, Silber, Zinn, Kupier und Indium noch mindestens ein weiteres Platinmetall, wie /. B. Iridium, enthält, ge k e η η ζ e ic h η e t durch die folgende Zusammensetzung:

20 bis 30 Ciew.-% Palladium,
15 bis 25 Gew.-% Silber,

2,5 bis 5 (icvv.-% Zinn,

0,05 bis 0,5 Gcw.-% Iridium,

0,05 bis 0,5 Gew.-% Ruthenium,

0,05 bis 0,5 Gcw.-% Kupier,

0,1 bis 2 Gew.-% Indium,
Rest Gold.

2. Goldlegierung mich Anspruch I, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:

50 bis

24 bis

15 bis

2,5 bis

0,08 bis

0,1 bis

0,6 bis

55 Gevv,
28 Gevv.
20 Gew.

3 Gew.

0,15 Gew.

0,3 Gew.

1 Gew.

-% Gold,
-% Palladium,
-% Silber,
-% Zinn,
-% Iridium,
-% Ruthenium,
-% Kupfer und
-% Indium.

Unterdrückung der mechanischen Deformierung der Kontaktflächen, besonders der Metallstaubbildung durch mechanischen Abrieb und der Bildung von Polierschichlen auf den Kontaklllächcn, einer Legierung auf der Basis Silber, GoIiI, Platin, Rhodium, Iridium, Osmium, Kupfer oder Nickel 1 bis ^l)";, Indium zugesetzt.

Der Hrfindung liegt die .Aufgabe zugrunde, eine Gold-Legierung der eingang.; genannten Art mit homogenem Ciefügeaulliau als Werkstoff für elektrische Kontakte, insbesondere Steckverbindungen oder Ahgreiferkontakle für Schwachstromtechnik bereitzustellen, die llärtewerte von wenigstens etwa 1%() N/ninr' (200 kp/mnr), niedrigen, spezifischen, elektrischem Widerstand sowie niedrigen konstanten Kontaktübergangswidersland aufweist und in schwefelhaltiger, leuchter und/oder organische Dämpfe enthaltender Atmosphäre korrosionsbeständig und zusätzlich noch preisgünstig ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Zusammensetzung der Goldlegierung: