DE2824117A1 - Verfahren zum herstellen eines anisotropen sinterverbundwerkstoffes mit richtgefuege - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines anisotropen sinterverbundwerkstoffes mit richtgefuegeInfo
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Description
'I-
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 7 5 14 QRD
Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Sinter- verbundwerkstoffes ait Richtgefüge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines anisotropen Sinter-Verbundwerkstoffes mit
Richtgefüge für elektrische Kontaktstücke für Niederspannungsschaltgeräte der Energietechnik aus einem
Silber-Unedelmetalloxid-Verbundpulver (AgMeO), das aus
Legierungspulver aus Silber mit einem Unedelmetall durch Oxidation hergestellt wird, zu einem Formkörper
verdichtet, gesintert und dieser umgeformt wird.
Kontaktstoffe des Systems AgMeO und Verfahren zu ihrer Herstellung sind bekannt (DE-PS 1 029 571). Wegen ihrer
günstigen EigenschaftsSpektren werden sie als Kontaktstücke in Niederspannungsschaltgeräten der Energietech
nik eingesetzt. Es gibt Silberlegierungen mit einem Unedelmetall, die sich bei der Oxidation im Inneren der
Silbermatrix nicht feinteilig ausscheiden lassen. In diesen Fäir.en erfolgt die Oxidation überwiegend als
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Deckschicht an der Oberfläche von Blechen bzw. von Pulverteilchen.
Für die pulvermetallurgische Herstellung von Formteilen aus Verbundpulver sind bisher Fällungsmischpulver
oder inneroxidierte Legierungspulver, d.h. Pulver mit feinen mit Oxidausscheidungen im Silbergitter
verwendet worden. Für die pulvermetallurgische Herstellung von Kontaktstücken wurden bisher ausschließlich
inneroxidierte Verbundpulver verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren
für Werkstoffe der genannten Art als Material für elektrische Kontaktstücke mit noch weiter
verbesserten Kontakteigenschaften zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch geeignete Wahl des Legierungszusatzes bei der
Oxidation der Pulverteilchen der Silber-Unedelmetall-Legierung um diese überwiegend eine äußere Deckschicht
aus Unedelmetalloxid gebildet wird und daß der Formkörper durch Warmstrangpressen mit einem Umformgrad von
mindestens 50 % umgeformt wird.
Als unedle Legierungszusätze werden bevorzugt mindestens eines der Metalle Zink oder Kupfer verwendet.
Bisher wurden Silberlegierungen, die eine Deckschichtoxidation aus dem Unedelmetalloxid ergeben, deshalb
nicht für die Herstellung von Kontaktstücken eingesetzt,
da eine ungleichmäßige Oxidverteilung befürchtet wurde.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß auch
deckschichtoxidierte Metallpulver, z.B. AgZnO, mit einer ZnO-Schicht, AgSnO2 mit einer SnO2-Schicht bzw. AgCuO
mit einer CuO-Schicht an der Silberpulverteilchenoberfläche zu kantenfesten Preßkörpern verdichtet und durch
Sintern verfestigt werden können. Überraschend tritt beim Warmumformen bei einem Umformgrad von mehr als 50 % z.B.
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durch Strangpressen eine durchgreifende Gefügeveränderung
auf. Bei der Umformung reißen die Oxiddeckschichten an den Pulverteilchen auf und werden zu perlenschnurartigen
Gebilden umgeformt, die parallel zur Strangpreßrichtung liegen. Die dabei auftretenden Gefügeänderungen
wirken sich sehr positiv auf die Eigenschaftsspektren dieser Kontaktwerkstoffe aus. Es handelt sich hierbei
um die Schweißkraft, Abbrand- und Kontaktwiderstandswerte .
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Anhand der Zeichnung und der Ausführungsbeispiele wird die Erfindung noch näher beschrieben.
In den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 sind die Mikrogefüge
eines AgSnO2 10,5 bzw. eines Ag 93,5 Zn 6,5 Kontaktwerkstoffes
dargestellt, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden. In Fig. 1 und 3 ist
das Mikrogefüge jeweils parallel zur Strangpreßrichtung geschnitten dargestellt. In Fig. 2 und 4 ist das Mikrogefüge
senkrecht zur Strangpreßrichtung geschnitten dargestellt.
Herstellung des Kontaktwerkstoffes AgSnO2I0,5 (Gew.-90
entsprechend 15,3 Vol.-96 SnO2. Aus den Metallen Silber
und Zinn wurde eine Legierung der Zusammensetzung Ag91,5Sn8,5 (Gew.-96) hergestellt. Die schmelzflüssige
Legierung wurde wie in Beispiel 1 zu Metallpulver druckverdüst. Nach Absieben des Legierungspulvers <0,15 mm
wurde es an Luft während 8 h bei 800 0C wärmebehandelt.
Um ein stärkeres Zusammenkleben des Pulvers zu vermeiden, wurde anfangs öfter, später im Halbstunden-Abstand
umgerührt. Die Vollständigkeit der Oxidation wurde an der Gewichtszunahme kontrolliert. Das eingebettete PuI-ver
wurde für einen metallographischen Schliff präpariert. Das Zinnoxid bedeckt als Schicht praktisch aus-
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schließlich die Pulverteilchenoberflächen. Eine innere Oxidation, d.h. Feinausscheidungen im Inneren der Pulverteilchen, ist kaum nachweisbar. Das AgSnO9IO,5
(Gew.-#) - Pulver wurde mit 800 MN/m zu zylindrischen
Formkörpern vom Durchmesser 38 mm verdichtet. Nach Sinterung während 1 h bei 850 0C an Luft wurden die
Sinterkörper bei einer Temperatur oberhalb 600 0C
stranggepreßt. Der Strangdurchmesser von 10 mm ergab einen Umformgrad von 93,1 %* Auch hier liegt die Poro
sität des Preßstranges bei
< 1 %, Das Kontaktmaterial zeigt ein ganz charakteristisches GefUge und unterscheidet sich von den bekannten stranggepreßten Kontaktwerkstoffen. In Fig. 1 (200:1), mit der Schliffebene parallel zur Strangpreßrichtung sind die langge-
streckten Silberkörper mit den SnO2-ZwIschenschichten
deutlich zu erkennen. In Fig. 2 (200:1), mit der Schliffebene senkrecht zur Strangpreßrichtung, ist das
Gefüge relativ gleichmäßig, da hierbei die langgestreckten Silberkristall!te senkrecht zu ihrer Längsausdeh-
nung geschnitten sindr Auf einem Prüfschalter (vgl. Z.f. Werkstofftechnik/J. of Materials Technology 7,
381-389 (1976)) wurden Prüfschalterwerte mit gleich zusammengesetztem stranggepreßtem AgSnOg-Werkstoff, der
aus der Pulvermischung hergestellt wurde, verglichen.
Bei Einsatz des Kontaktwerkstoffes parallel zur Strangpreßrichtung liegt der Abbrandwert um 15 % günstiger
als bei der Pulvermischung, beim Einsatz mit der Kontaktebene senkrecht zur Strangpreßrichtung liegt er um
ca. 30 % günstiger. Die entsprechenden Schweißkraft
werte liegen bei beiden Werkstoffen um 100 N, d.h. der
Werkstoff hat ein sehr gutes Einschaltvermögen. Die Kontaktwiderstände RR1 (RKqq g-Wert in mft) liegen bei
dem erfindungsgemäßen Werkstoff mit 0,26 etwas höher als bei einem vergleichbaren AgZn08-Werkstoff.
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"■ "It
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Aus den Metallen Silber und Zink wurde eine Legierung der Zusammensetzung Ag93,5Zn6,5 Gew.-# hergestellt. Die
Legierung wurde durch Druckverdüsung in ein gleich zusammengesetztes Legierungspulver Überführt. Als Druck
medium kann Wasser oder Luft bzw. ein Gemisch beider verwendet werden. Die VerdUsungsbedingungen sind so gewählt, daß über 90 % alt einer Teilchengröße
<0,2 mm anfallen. Nach dem Trocknen wird das Pulver abgesiebt
(Siebgröße 0,2 mm). Das Pulver wurde an Luft während
6 h bei 800 0C wärmebehandelt, wobei es in Kästen aus
hitzebeständigem Stahl bei einer Füllhöhe von 20 mm anfangs öfter, später alle halben Stunden umgerührt
wurde. Die Vollständigkeit der Oxidation wurde an der
Größe der Gewichtszunahme ermittelt und kontrolliert.
Nach der Oxidation hat das Verbundpulver die Zusammensetzung AgZnO 8 Gew.-S, entsprechend 14,2 Vol.-% ZnO.
Das Pulver wurde in Kunststoff eingebettet und ein metallographischer Schliff für ein Gefügebild angefer
tigt. Es zeigte sich überwiegende äußere Oxidation
indem jedes einzelnen Pulverteilchen von einer ZnO-Deckschicht umgeben ist. Nur ein kleiner Teil (weniger
als 10 56) ist im Inneren der Pulverteilchen in Form von
ZnO-Ausscheidungen vorhanden. Das Pulver wurde mit
800 MN/m zu zylindrischen Formkörpern vom 0 33 mm verdichtet. Nach Sinterung während 1 h bei 850 0C an Luft
wurde es nach Abkühlung und erneuter Erwärmung auf Strangpreßtemperatur oder unmittelbar nach der Sinterung
bei einer Temperatur oberhalb 600 0C stranggepreßt. Der
Strangdurchmesser betrug 10 mm, der dabei aufgetretene Umformgrad 93,1 %. Die Porosität des stranggepreßten
Werkstoffes liegt bei < 1 %. Das Kontaktmaterial zeigt
die in Figuren 3 und 4 (100:1) gezeigte Ausrichtung in Strangpreßrichtung. Bei der Umformung sind die ZnO-
Hüllen um die einzelnen Pulverteilchen aufgerissen und
parallel zur Strangpreßrichtung ausgerichtet. Das Kon-
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-ϊ-
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taktmaterial kann parallel oder senkrecht zur Strangpreßrichtung eingesetzt werden. Am Beispiel Kontaktebene parallel zur Strangpreßrichtung soll die Eigenschaftsverbesserung des beschriebenen Werkstoffes gegenüber einem gleichzusammengesetzten Werkstoff, der aus
der AgZnO-PuIVermischung durch die gleichen Verfahrensschritte Pressen, Sintern und Strangpressen hergestellt
ist, aufgezeigt werden. Auf einem Prüfschalter (Z. f. Werkstofftechnik/J. of Materials Technology 7, 381-389
(1976)) wurden die auf Messingträger gelöteten Kontaktstücke der Größe 10 χ 10 mm unter Standard-Prüfbedingungen schaltbelastet. Ia Vergleich zu de» aus der
Pulvermischung hergestellten gleich zusammengesetzten AgZnO8-Werkstoff hatte der erfindungsgemäße Kontakt
werkstoff einen um 30 % kleineren Abbrandwert bei
etwa gleicher Schweißkraft und etwa gleichem Kontaktwiderstand ΚνΛ (nach dem Einschalten gemessen). Der
Volumenabbrandwert betrug 29 mnr gegenüber 41 mnr. Die Schweißkraftwerte Fggg g lagen in beiden Fällen zwischen
100 und 160 N. Der Kontaktwerkstoff ist vor allem für hochbelastete Niederspannungsschaltgeräte der Energietechnik, wie z.B. Schütze, von besonderem Vorteil.
Kontaktwerkstoff AgCuO9,7 Gew.-96 entsprechend 15 Vol.-96
CuO.
Aus den Metall Silber und Kupfer wurde eine Legierung der
Zusammensetzung Ag92,2Cu7,8 Gew.-% hergestellt. Wie in
den oben genannten Beispielen wurde die Legierung zu
einem entsprechenden Legierungspulver druckverdüst. Das
abgesiebte Pulver l 0,2 mm wurde an Luft während 6 h bei 700 0C wärmebehandelt. An der Gewichtszunahme wurde
die Vollständigkeit der Oxidation kontrolliert. Nach der Oxidation wird ein Verbundpulver aus AgCuO9,7 Gew.-96
erhalten. Der metallographische Schliff des Verbundpulvers zeigt überwiegende Deckschichtoxidation und nur
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vereinzelt CuO-Ausscheidungen im Inneren der Pulverteilchen. Das Pressen des Pulvers erfolgte mit 800 MN/«2
zu zylindrischen Formkörpern vom Durchmesser 38 hub, die Sinterung der Preßkörper erfolgte während 1 h bei
8^0 0C an Luft. Das Strangpressen zu einem Strangdurchmesser von 10 mm erfolgte bei 600 0C. Die Porosität des
stranggepreßten Werkstoffes liegt bei <£ 1 %, Die
charakteristischen GefUgebilder dieses Werkstoffes stimmen in ihren Merkmalen mit den beiden oben genannten
Beispielen gut Uberein. Im Vergleich zu den Kontaktwerkstoffen nach Beispielen 1 und 2 liegt der Abbrand-Mittelwert zwar bis um den Faktor 2 höher, beim direkten Vergleich mit der gleich zusammengesetzten, aus der
Pulvermischung hergestellten stranggepreßten Qualität
liegt er jedoch Über 25 # besser. Die Schweißkraftwerte
des erfindungsgemäßen AgCuO-Werkstoffes liegen im Vergleich zu AgZnO und AgSnO günstiger. Der Kontaktwiderstand RK1(99 g\ liegt etwa gleich wie AgZnO8. Für
besondere Anwendungsfälle, bei denen es auf niedrige
Schweißkraftwerte ankommt, ist der genannte erfindungsgemäße Kontaktwerkstoff günstig.
Da die AgMeO-Kontaktwerkstoffe vom flüssigen Hartlot nur schlecht benetzt werden, ist zur Erzielung einer guten
Verbindung mit dem Trägermetall eine Oberflächenbehandlung der zu lötenden Fläche vorzunehmen. Diese Oberflächenbehandlung kann z.B. mit einer reduzierenden
Flamme oder durch Herauslösen der Oxidkomponente aus einer Oberflächenschicht mittels einer Säure erfolgen.
Kontaktwerkstoffe zeichnen sich durch günstige Schweißkraft, Abbrand- und Kontaktwiderstandswerte aus. Die
normierten Einzelwerte liegen unter denen der dafür geforderten Grenzwerte. Außerdem liegt der normierte
Summenwert aller drei Eigenschaften (Schweißkraft +
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Abbrandwerte + Kontaktwiderstandswerte) im Vergleich zu anderen Kontaktwerkstoffen bei günstigeren Werten.
3 Patentansprüche
4 Figuren
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen eines anisotropen:· Sinter-Verbundwerkstoffes
mit Richtgefüge für elektrische
Kontaktstücke für Niederspannungsschaltgeräte der
Energietechnik aus einem Silber-Unedelmetalloxid-Verbundpulver (AgMeO), das aus Legierungspulver aus Silber mit einem Unedelmetall durch Oxidation hergestellt wird, zu einem Formkörper verdichtet, gesintert und dieser
Energietechnik aus einem Silber-Unedelmetalloxid-Verbundpulver (AgMeO), das aus Legierungspulver aus Silber mit einem Unedelmetall durch Oxidation hergestellt wird, zu einem Formkörper verdichtet, gesintert und dieser
umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete
Wahl des Legierungszusatzes bei der Oxidation der Pulverteilchen der Silber-Unedelmetall-Legierung
(AgMe) um diese überwiegend eine äußere Deckschicht aus Unedelmetalloxid gebildet wird und daß der Formkörper durch Warmstrangpressen mit einem Umformgrad von
mindestens 50 % umgeformt wird.
(AgMe) um diese überwiegend eine äußere Deckschicht aus Unedelmetalloxid gebildet wird und daß der Formkörper durch Warmstrangpressen mit einem Umformgrad von
mindestens 50 % umgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungszusatz Zink verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungszusatz Kupfer verwendet wird.
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ORIGINAL INSPECTED
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