DE2540956C3 - Goldlegierung als Werkstoff für elektrische Kontakte - Google Patents

Goldlegierung als Werkstoff für elektrische Kontakte

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DE2540956C3 DE2540956A DE2540956A DE2540956C3 DE 2540956 C3 DE2540956 C3 DE 2540956C3 DE 2540956 A DE2540956 A DE 2540956A DE 2540956 A DE2540956 A DE 2540956A DE 2540956 C3 DE2540956 C3 DE 2540956C3
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    • Y10T428/12889—Au-base component

Description

Die Erfindung betrifft eine Goldlegierung als Werkstoff für elektrische Kontakte, insbesondere jur Steckverbindungen oder Abgreifkontakte in der Schwachstromtechnik, die nt:ben Palladium, Silber, Zinn, Kupfer und Indium noch mindestens ein weiteres Platinmetall, wie /..B. Iridium, enthält.
Fine 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 Sulfidhiiutbildung oder sonstige Veränderungen auf der Oberfläche unerwünscht, weil sich hierdurch der Kontaktwiderstand erhöht.
Im Hinblick auf die genannten Anforderungen an den Kontaktwerkstoff werden dafür vorzugsweise Edelmetall-Legierungen verwendet. So ist aus der DE-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 Werkstoff 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 indiunihultiger Legierungen als Werkstoff für niedrig belastete elektrische Kontakte ist aus der DE-PS 1 106 967 bekannt. Dabei werden zur
20 bis 30 •jew.-% Palladium,
15 bis 25 Gew.-% Silber,
2,5 bis 5 Gew.-% Zinn,
0,05 bis 0,5 Gew.-% Iridium,
0,05 bis 0,5 Gew.-% Ruthenium,
0,05 bis 0,5 Gew.-% Kupfer,
0,1 bis 2 Gew.-% Indium,
Rest Gold.
Unterdrückung der mechanischen Deformierung der Kontaktflächen, besonders der Metallstaubbildung durch mechanischen Abrieb und der Bildung von Polierschichten auf den Kontaktflächen, einer Legies rung auf der Basis Silber, Gold, Platin, Rhodium, Iridium, Osmium, Kupfer oder Nickel 1 bis 9% Indium zugesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gold-Legierung der eingangs genannten Art mit homogenem Gefügeaufbau als Werkstoff für elektrische Kontakte, insbesondere Steckverbindungen oder Abgreiferkontakte für Schwachstromtechnik bereitzustellen, die Härtewerte von wenigstens etwa 1960 N/mm" (2OOkp/mm2), niedrigen, spezifischen, elektrischem Widerstand sowie niedrigen konstanten Kontaktübergangswiderstand aufweist und in schwefelhaltiger, feuchter und/oder organische Dämpfe enthaltender Atmosphäre korrosionsbeständig und zusätzlich noch preisgünstig ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Zusammensetzung der Goldlegierung:
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Es hat sich bei den erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffen als überraschend erwiesen, daß sich selbst
_15 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
\o Zinn zu Indium, wie 3 bis 5:1, wurde durch geringen Zusatz von Ruthenium und Iridium eine sehr feinkörnige Legierung erzielt. Härtewerte von etwa 2254 N/mm2 (230 kp/mm2) wurden erreicht, woraus sich ergibt, daß L>eformationen 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 gedruckt. Bei einem Reioweg von 1,5 cm, einer mittleren Reibgeschwindigkeit von 2,3 cm/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 erfindungsgemäl.k Werkstoff mit ?wei für den gleichen Anwendungszweck seit Jahren bewährten, bekannten Goldlegierungen folgenden Prüfungen unterzogen, um ihr Korrosionsverhalten zu erm.tte'n:
1. Tempern in Luft bei 250 C während einer Dauer von 5, 10 und 15 Minuten,
2. Auslagerung in strömenden Schadgasatmosphären während einer Dauer von 1 bis 21 Tager;, wobei die Schadgasatmosphären wie folgt charakterisiert sind:
a) ΙΟρρ,η H2S bei 40 C und 50"' relativer Luftfeuchtigkeit,
b) 10 ppm S2O bei 40 C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit.
c) 1 pp;ii H2S + 2,5 ppm SO2 und 1 ppm NO2 bei 25 C und 75% relativer Luftfeuchtigkeit.
Diese Prüfungen zeigten, daß die erfindungsgemäße Legierung gegen Oxidation genau so beständig ist wie die Legierung AuAg 30, jedoch in den Schadgasatmosphären beständiger gegen Anlaufen ist als die beiden Vergleichslegierungen AuAg 30 und AuAg 20 CuIO.
Entsprechendes gilt bezüglich der Legierungen J (Au 40, Pd 10, Ag 24, Cu 24, In 1, Sn 1) und X (Au 42, Pd 10, Ag 24, Cu 24) der eingangs genannten Art, und zwar unbeschadet dessen, daß dort höhere Festigkeitswerte erreicht werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind einige wesentliche physikalische und technische Daten des erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffes und der für den gleichen Anwendungszweck bekannten Vergleichslegierungen aufgeführt.
Erfindungs
gemäße
Legierung		 AuAg 30 AuAg20Cul0 X J
Dichte g/cm3 14,3 15,7 15,1 12,5 12.3
Spez. el. Widerstand in ti mmVm 0,29 0,11 0,14 0,15 0,19
Härte HV
hart
weich
vergütet		 280
i:o
3:j 		110
35		 240
130
310		 290
180		 295
210
Festigkeit in N/mm2
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 ml] ')
Neuzustand
H2S-Klima2)
SO2-Klima3)
3-Komp.-Klima'1)		 =£13
=£18
=£30
<30		 55
^60
<20
<55		 <5
<250
<80
<25		 <9
Tempern 250 C/5 min/Luft
<20
>1000
) Gegen Au-Gegenkontakt bei 5cN und lOmA/lOmV gemessen. 2) 10 ppm M2S, 40 C, 50% rel. Feuchte, 7 Tage.
') 10 ppm SO2, 40°C, 50% rel. Feuchte, 7 Tage.
4) 1 ppm H2S, 1 ppm NO2, 2,5 ppm SO2, 25 C, 75% rel. Feuchte, 1 Tag.
>1000
<700
Aus den angegebenen Werten des Kontaktwiderstandes 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, co weil seine übrigen technischen Daten, wie aus der Tabelle ersichtlich, mindestens denen der Vergleichslegierungen entspricht, sie teilweise sogar noch über-
trirrt.
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 auf einem Träger 4 aufgebracht ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Goldlegierung als Werkstoff für elektrische Kontakte, 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, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:
20
15
bis 30
bis 25
Gew.
Gew.
2,5 bis
0,05 bis
0,05 bis
0,05 bis
0,1 bis
5 Gew.
0,5 Gew.
0,5 Gew.
0,5 Gew.
2 Gew.
.-% Palladium,
-% Silber,
.-% Zinn,
-% Iridium,
-% Ruthenium,
.-% Kupfer,
-% Indium,
ilest Gold.
2. Goldlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:
50 bis 55
24 bis 28
15 bis 20
2,5 bis
0,08 bis
0,08 bis
0,1 bis
0,6 bis
Gew.
Gew.
Gew.
3 Gew.
0,15 Gew.
0,15 Gew.
0,3 Gew.
1 Gew.
-% Gold,
.-% Palladium,
-% Silber,
-% Zinn,
-% Iridium,
-% Ruthenium,
-% Kupfer und
-% Indium.
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