DE2712555C3

DE2712555C3 - Verfahren zum Herstellen eines Durchdringungsverbundmetalles aus Wolfram, Silber und Kupfer

Info

Publication number: DE2712555C3
Application number: DE19772712555
Authority: DE
Inventors: Bernhard Rothkegel; Horst Prof. Dr. Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2712555A1; DE2712555B2; JPS53117606A; JPS6043894B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Durchdringungsverbundmetalles aus Wolfram, Silber und Kupfer mit einem heterogenen Gefüge aus drei verschieden zusammengesetzten, über das Verbundmetall gleichmäßig verteilten Phasen, insbesondere zur Verwendung als Kontaktstücke in der Energietechnik.

Die bekannten heterogenen metallischen Sinterwerkstoffe bestehen aus zwei verschiedenen Metallen, z. B. Wolfram/Kupfer oder Wolfram/Silber und können nach verschiedenen Verfahren mit verhältnismäßig gleichmäßiger Konzentrationsverteilung der Komponenten, d. h. mit verhältnismäßig gleichmäßigem Gefüge, hergestellt werden. Bei dreikomponentigen heterogenen metallischen Sinterwerkstoffen kommt es jedoch häufig zu ungleichmäßiger Konzentrationsverteilung der Komponenten, z. B. bedingt durch Lösungsvorgänge, Ausscheidungen und Ausseigerungen. Dies trifft insbesondere für Kontaktwerkstoffe zu, die drei verschieden zusammengesetzte metallische Phasen aufweisen.

Aus der DE-OS 19 17 159 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktstückes bekannt, bei dem ein Wolfram-Sintergerüst mit Silber getränkt wird und dem Silber-Kupfer zugesetzt wird, um eine gleichmäßige Benetzung und Infiltration des Gerüstes zu erreichen. Zur weiteren Veroesserung der Benetzung kann das Gerüst bis zu 1 Gew.-% Eisen, Nickel oder Kobalt enthalten. Eine dreikomponentige heterogene Struktur, die neben dem Gerüst und dem Tränksilber noch eine kupferreiche Phase enthält, ist dabei nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen heterogenen Kontaktwerkstoff aus drei verschieden zusammengesetzten metallischen Phasen herzustellen, der über das gesamte Werkstück ein gleichmäßiges Gefüge aufweist. Bei heterogenen Sinterwerkstoffen führen Ungleichmäßigkeiten im Gefüge dazu, daß die Kontakteigenschaften stark streuen. So kann z. B. der Fall auftreten, daß eine der metallischen Phasen an der Oberfläche stärker angereichert ist, während tiefer liegende Schichten, die z. B. nach Abbrand der ursprünglichen Kontaktfläche an die Oberfläche treten, eine andere Zusammensetzung und somit andere Kontakteigenschaften aufweisen. Durch die Erfindung soll ein Werkstoff insbesondere für Kontaktstücke mit über dem gesamten Volumen gleichmäßigen Kontakteigenschaften bereitgestellt werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein Pulvergemisch aus Wolfram, Silber und Kupfer mit einem Silber/Kupfer-Gewichtsverhältnis zwischen 1:10 und 10:1 zu einem Gerüst gesinter. wird und daß dieses Gerüst mit einer Silber-Kupfer-Legierung getränkt wird, wobei das Silber/Kupfer-Verhältnis in der Tränklegierung gleich dem Verhältnis im Gerüst ist.

Der auf diese Weise erhaltene Werkstoff besteht aus einem Gerüst aus einander berührenden Wolframteilchen, einer kupferreichen Phase und einer silberreichen Phase, wobei das Volumenverhältnis der beiden letztgenannten Phasen überall ungefähr das gleiche ist Die beiden Phasen sind praktisch in jedem Bereich, der etwa die mittlere Porengröße aufweist, in ungefähr dem gleichen Volumenverhältnis verteilt Dadurch wird eine über den ganzen Werkstoff gleichbleibende Güte erreicht

2^r> Gemäß der Erfindung kann man vorteilhaft so vorgehen, daß zunächst eine Pulvermischung aus Wolfram, Silber und Kupfer durch Pressen und Sintern zu einem porösen Gerüst verdichtet und verfestigt wird. Die Menge des zu verwendenden Wolframs kann

jo hierbei vorteilhaft so bemessen werden, daß der Raumerfüllungsgrad des Wolframs zwischen 0,4 und 0,7 liegt Bevorzugt beträgt der Durchmesser der Poren im Gerüst zwischen 10 und 50 μηι. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß Wolframpulverteilchen mit einer

r> mittleren Teilchengröße zwischen 5 und 100 μπι verwendet werden. Der Silber-Kupfer-Anteil in der Ausgangstnischung wird vorteilhaft auf bis zu 50% des Anteils im fertigen Verbundmetall, vorzugsweise mindestens 5%, bemessen. Der Preßdruck zum Verdichten der Pulvermischung kann zwischen 100 und 600 MN/m² betragen. Gesintert kann bei Temperaturen zwischen 800 und 1200⁰C während 15 bis 120 Minuten werden; bevorzugt wird etwa 45 Minuten lang bei etwa 1100⁰C gesintert. Anschließend wird das Gerüst mit einer Legierung (Schmelze) aus Silber und Kupfer in dem Mengenverhältnis getränkt, in dem Silber und Kupfer auch in der Pulvermischung zur Herstellung des Gerüstes verwendet werden. Die Tränkung erfolgt unter Schutzgasatmosphäre, z. B. Wasserstoff, Formier-

^r>o gas oder Ammoniak-Spaltgas.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Pulvermischung und/oder der Tränkschmelze eine benetzungsfördernde Komponente wie Nickel, Kobalt und/oder Eisen beigefügt ist. Diese Komponente findet sich beim fertigen Verbundmetall in der kupferreichen Phase wieder. Der Gehalt des Verbundmetalls an dieser benetzungsfördernden Komponente beträgt vorteilhaft unter 1 Gew.-%.

Bereits bei der Herstellung des Gerüstes kann die

bo Pulvermischung im Preßwerkzeug auf die gewünschte Form eines Kontaktstücks gebracht werden. Die Tränkung kann erfolgen, indem das Gerüst auf eine Ag/Cu-Tablette aufgelegt wird, die ausreicht, um die Poren des Sintergerüsts zu füllen.

b5 Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung noch näher erläutert.

Reduktionswolframpulver, Elektrolysesilberpulver und Elektrolysekupferpulver, die jeweils eine Teilchen-

größe unter 63 μΐη besitzen, werden im Gew.-Verhältnis 80:9,8:10,2 miteinander gemischt Dieser Mischung wird noch etwa 0,5Gew.-% Carbonylnickelpulver (Teilchengröße < 10 um) beigemischt In einer Stahlmatrize, die für die Großstückzahlherstellung durch eine Hartmetallmatrize ersetzt werden kann, wird das Pulver mit einem Preßdruck von 500MN/m² zu einem kantenfesten Preßkörper in Form des gewünschten Kontaktstückes verdichtet Anschließend wird der Preßkörper bei HOO⁰C in Ammoniakspaltgas eine Stunde lang gesintert

Aus Silber- und Kupferpulver im Gewichtsverhältnis 9,8:10,2 (d.h. 49:51%) wird durch Pressen eine Tablette hergestellt, die etwa die gleiche Preßfläche wie der Preßkörper aufweist Diese Tablette wird unter den Preßkörper oder darauf gelegt Die Masse des Preßkörpers ist dabei ausreichend, um die Poren des Sintergerüstes bei der Tränkung zu füllen. Die Tränkung selbst erfolgt während 20 Minuten bei 1100° C Anschließend wird das getränkte Kontaktstück im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt Das erhaltene Durchdringungsverbundmetall weist einen Wolframgehalt von 65 Gew.-% (etwa 40 Vol.-%) auf und zeigt praktisch keine Poren mehr.

Die Eigenschaften des Kontaktstückes nach dem Ausführungsbeispie! wurden Kontaktstücken der Bruttozusammensetzung WAgl7Cul8NiO,2 gegenüber ge stellt

En durch Drucksintern erzeugtes Wolframgerüst wurde mit einer AgCu-Legierung getränkt die das gesamte zu verwendende Silber und Kupfer enthielt In einem Prüfschalter wurden bei Einschaltströmen i_m - 1000 A und Ausschaltströmen L - 1500 A beide Werkstoffe getestet Dabei zeigte sich beim Vergleichsstück ein Lichtbogenabbrand, der sowohl beim Neustück wie nach Abtragen von '/3 bzw. ²Z₃ der Kontaktstückhöhe etwa 30% über dem Abbrandwert des Kontaktstückes nach dem Ausführungsbeispiel lag und starke Schwankungen aufwies.

Ähnlich waren die Ergebnisse bei einem Vergleichsstück, das aus einer Pulvermischung der Endzusammensetzung durch Sintern hergestellt wurde. Die Restporosität sowie der Abbrandwert lagen dabei über den Werten des Kontaktstückes nach der Erfindung. Das letztgenannte Kontaktstück zeichnet sich besonders auch durch enge Toleranzen für den Abbrandwert und die Schweißkraft aus, d. h. auch wenn die Oberfläche des Kontaktstückes schichtweise abgetragen wurde, zeigten die jeweils neu gebildeten Oberflächen in guter Näherung die gleichen Eigenschaften. Dies rührt daher, daß im oberen, mittleren und unteren Bereich des Kontaktstückes jeweils das gleiche Gefüge vorliegt wie auch das Schliffbild zeigt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Durchdringungsverbundmetalles aus Wolfram, Silber und Kupfer mit einem heterogenen Gefüge aus drei verschieden zusammengesetzten, über das Verbundmetall gleichmäßig verteilten Phasen, insbesondere zur Verwendung als Kontaktstücke in der Energietechnik, dadurch gekenazeichnet, daß ein Pulvergemisch aus Wolfram, Silber und Kupfer mit einem Silber/Kupfer-Gewichtsverhältnis zwischen 1 :10 und 10:1 zu einem Gerüst gesintert wird und daß dieses Gerüst mit einer Silber-Kupfer-Legierung getränkt wird, wobei das Silber/Kupfer-Verhältnis in der Tränklegierung gleich dem Verhältnis im Gerüst ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silber-Kupfer-Anteil in dem Pulvergemisch auf bis zu 50% des Anteiles im fertigen Verbundmetall bemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulvergemisch und/Oder der Tränklegierung in an sich bekannter Weise eine Benetzungskomponente, wie Eisen, Nickel oder Kobalt, zugesetzt wird.