DE3205857A1

DE3205857A1 - Material fuer elektrische kontakte aus innen oxidierter ag-sn-bi-legierung

Info

Publication number: DE3205857A1
Application number: DE19823205857
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1983-08-25

Description

Material für elektrische Kontakte aus innen oxidier-
ter Ag-Sn-Bi-Legierung Die Erfindung betrifft ein Material für elektrische Kontakte aus einer Silberlegierung umfassend Sn und Bi, wobei die Legierung innen oxidiert ist.
Es sind bereits Stoffe der erwähnten Art aus der DE-OS 24 28 146 bekannt. Es ist ferner bekannt, daß eine Silberlegierung mit einem vergleichsweise hohen Anteil an Sn, d. h. mit mehr als 5 Gew.-Sn nicht gut innen oxidiert werden kann und kein brauchbares innen oxidiertes Material für elektrische Kontakte ergibt, und zwar wegen seiner schlechten kristallinen Struktur. Gemäß der angezogenen DE-OS war es möglich, ein hochwärmebeständiges, innen oxidiertes Material für Kontakte aus einer Silberlegierung mit mehr als 5 Gew.-% Sn herzustellen, indem der Legierung Bi zugegeben wurde.
Die Zugabe einer geringen Menge Bi zu einer solchen Silberlegierung ergibt das Phänomen, daß hierdurch das Wachstum von Silberkristallkörnern verlangsamt werden kann, wodurch die Silberkristallkörner klein werden, und daß keine Metalloxide innerhalb des kristallinen Silberkorns ausfallen, sondern daß vielmehr der Ausfall von Metalloxiden rund um die Silberkorngrenzen herbeigeführt wird. Dieses Phänomen ergibt sich aus der Tatsache, daß Bi eine feste Lösung mit Sn bei einer hohen Temperatur eingehen kann, wobei jedoch deren feste Löslichkeit mit Sn und mit Ag bei normaler Temperatur extrem niedrig liegt, und ferner aus der Tatsache, daß die Sauerstoff-Diffusionsgeschwindigkeiten rund um die Silberkorngrenzen gegenüber derjenigen innerhalb des Kernes hoch sind.
Obgleich solche innen oxidierten Ag-Sn-Bi-Legierungen als Material für elektrische Kontakte mârktfähig und industriell herstellbar sind, erweist es sich als ungünstig, daß Zinnoxide, welche rund um die Silberkorngrenzen ausgefällt sind, die Legierung insgesamt brüchig machen, und twar aufgrund von deren hoher Härte, und daß sie eine höhe Hitzebeständigkeit aufweisen, (Zersetzungstemperatur etwa 2,0000C), wobei der Kontaktwiderstand nicht stets stabil bleibt, so daß sich bisweilen ein anormaler Verbrauch oder Abbrand ergibt, wenn eine Anwendung in Verbindung mit Schaltern erfolgt, die einen geringen Kontaktdruck aufweisen.
Aufgabe der in der D-OS 29 32 375.6 beschriebenen Erfindung ist demzufolge die Schaffung eines Materials für elektrische Kontakte aus einer innen oxidierten Ag-Sn-3iLegierung mit einem stabileren Kontaktwiderstand und einer geringeren Verschleißgeschwindigkeit, indem der Legierung ein Hilfsmetallelement, d. h. Cu zugegeben wird, welches die mechanischen Kennwerte des Materials, beispielsweise Zugfestigkeit, Längung bzw. Dehnung usw. verbessern kann.
Während die Zugabe von Kupfer die Zugfestigkeit und die Längungs- bzw. Dehnungsrate des Kontakte materials verbessert, wurde demgegenüber festgestellt, daß bei einer Verbindung aus Silber und 3 bis weniger als 5 Gew.-°% Zinn und 0,01 - 1,0 Gew.-°h Wismut der Kontaktwiderstand ausreichend stabil ist, ohne daß Kupfer zugegeben wird. Darüber hinaus zeigte siot auch, daß, obwohl eine Silberverbindung mit weniger als 5 Gew.-% von Zinn ohne Zugabe von Wismut innen oxidiert werden kann, die Zugabe von Wismut die innere Oxidation beschleunigen kann. Dabei beträgt die Zeit für die Oxidation ungefähr die Hälfte der erforderlichen Zeit, die für die Durchführung der inneren Oxidation bei der gleichen Verbindung ohne Wismut benötigt wird, wobei eine gleichmäßige und feine Verbindungsstruktur erzeugt und der Kontaktwiderstand vermindert wird.
Der minimale Anteil von Sn beträgt erfindungsgemäß 3 Ges.%, da eine Silberlegierung mit weniger als 3 Gew.% Sn mit stabilen Strukturen, sogar ohne Zugabe von Bi, innen oxidierbar ist. Hinsichtlich Bi soll dessen Maximalanteil, obgleich seine feste Löslichkeit mit Ag bei hoher Temperatur etwa 5,1 Gew.-% beträgt, 1,0 Gew.-% betragen, um der Legierung eine annehmbare Längungsrate zu verschaffen. Die Minimalmenge beträgt 0,01 Gew.-%, sodaß die vorangehend erwähnte Funktion zur Ausfällung der oxidierten Lösungsmetalle rund um die Silberkorngrenzen erreichbar ist.
Um Brüche oder Rißbildungen in der Verbindung zu vermeiden, die manchmal erzeugbar sind, wenn diese der inneren Oxidation unterzogen wird, wird eine Zugabe von weniger als 0,5 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen der Eisenfamilie beigegeben.
Der maximale Anteil dieser Elemente beträgt 0,5- Gew.-%, da deren Löslichkeit mit Silber bei hohen Temperaturen diesem Anteil entspricht. Eine Zugabe von weniger als 0,01 Gew.-% dieser Elemente der Eisenfamilie zu der Legierung kann kaum die Rekristallisationsgeschwindigkeit der Legierung beeinflussen, Von daher ist es Aufgabe der Erfindung ein elektrisches Kontaktmaterial aus einer Silberlegierung zu schaffen, die 3 bis weniger als 5 Gew.-% Zinn, und 0,01 bis 1,0 Gew.-% Wismut enthält, wobei diese Silberverbindung durch innere Oxidation hergestellt wird.
Nachfolgend werden Beispiele für die Erfindung näher erläutert.
Nachfolgende Verbindungen wurden hergestellt, in denen die angegebenen Prozentzahlen Gewichtsprozente bedeuten.
(1) Silber mit 3 % Zinn, (2) Silber mit 3 % Zinn und 0,1 % Wismut, (3) Silber mit 3 % Zinn, 0,1 % Wismut und 0,01 % Eisen.
Diese Verbindungen wurden geschmiedet und zu Platten von o,4 mm Dicke gerollt und unter einer Sauerstoffatmosphäre bei 65000 der inneren Oxidation unterzogen. Die erforderliche Zeit für die innere Oxidation betrug im Fall der oben erwähnten 1. Verbindung 48 Stunden, d. h. bei einer konventionellen und bekannten Verbindung, und betruglediglich 30 Stunden bei den erfindungsgemäßen Verbindungen (2) und (3).
Die durch innere Oxidation erhältlichen Platten wurden gestanzt, um scheibenförmige Kontakte mit einem Durchmesser von 4 mm zu erhalten. Die so erzeugten scheibenförmigen Kontakte wurden mit Silber in einer Dicke von 0,1 mm hinterlegt.
Der Kontaktwiderstand wurde jeweils 20 mal gemessen (Spannungsabfall bei : Spannung bei 200 V Wechselstrom, Strom 10 A, Kontaktdruck 400 g, Rückstellkraft 600 g). Die Durchschnitts- und Höchstwerte werden nachfolgend wiedergegeben.
Durchschnittswert höchster Wert (m Q) (m Q) (1) 1,1 2,8 (2) 0,8 1,4 (3) 0,78 1,4 Wie durch diese Ergebnisse gezeigt ist, erfordern die erfindungsgemäß hergestellten Kontaktmaterialien eine geringere Zeit für die innere Oxidation, wodurch ihre Herstellgeschwindigkeit erhöht und somit ihre Herstellkosten verringert werden, wobei die Kontakte geringere Kontaktwiderstände aufgrund ihrer gleichförmigen feinen Oxidationsstrukturen aufweisen.

Claims

Material für elektrische Kontakte aus innen oxidierter Ag-Sn-Bi-Legierung Patentansprüche: S Material für elektrische Kontakte aus innen oxidierter Ag-Sn-Bi-Legierung, gekennzeichnet durch 3 bis weniger als 5 Gew.-% Sn und 0,01 -1,0 Gew.-% Bi.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberlegierung ferner 0,01-0,5 Gew.% von einem oder mehreren Elementen aus der Eisenfamilie umfaßt.