DE3206262C2 - Verfahren zur Herstellung von galvanisch selektiv mit Edelmetall beschichteten Bändern als Halbzeug für elektrische Kontakte - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von galvanisch selektiv mit Edelmetall beschichteten Bändern als Halbzeug für elektrische KontakteInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von auf galvanischem Wege selektiv mit Edelmetall oder einer Edelmetallegierung sowie mit einer diffusionshemmenden Zwischenschicht, insbesondere aus Nickel, beschichteten Bändern aus Unedelmetall zur Verwendung als Halbzeug für elektrische Kontakte beschrieben, in welchem die Bänder nach dem galvanischen Beschichten einer Rekristallisationsglühung und einem Walzvorgang, insbesondere einem Kaltwalzvorgang unterzogen werden.
Description
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmalen.
Es ist bekannt, Bänder aus einem unedlen Trägermetall, ζ. B. aus Kupfer, Messing, Bronze, Neusilber oder
aus anderen für Träger von elektrischen Kontakten geeigneten Metallwerkstoffen, auf galvanischem Wege
mit einem Edelmetall oder mit einer Edelmetallegierung, zumeist mit Feingold oder mit einer hochkarätigen
Goldlegierung zu beschichten. Die Beschichtung erfolgt aus Gründen der Edelmetalleinsparung selektiv,
nämlich flächendeckend nur auf einer Seite des Bandes oder nur in Form von Streifen oder Flecken auf dem
Trägerband,
Es ist auch bekannt, vorgestanzte Bänder galvanisch zu beschichten; es handelt sich dabei um Bänder, bei
denen Bereiche, welche bei der nachfolgenden Formung zu einzelnen Kontaktteilen ohnehin fortfallen würden,
zu einem Teil schon vor der galvanischen Beschichtung durch Stanzen entfernt wurden; auf den durch Stanzen
entfernten Bereichen kann sich kein Edelmetall mehr niederschlagen, stattdessen aber u.U. an den durch
Stanzen erzeugten Schnittflächen, wodurch sich die Qualität der Edelmetallauflage insbesondere hinsichtlich
seiner Haftfestigkeit verbessern läßt.
In der Regel sind die Bänder, welche die Edelmetallauflage tragen, stark kupferhaltig. Unter Wärmeeinwirkung — also auch im Schaltbetrieb — neigt Kupfer dazu, durch Edelmetallauflagen, insbesondere durch solche aus Gold oder Silber oder deren Legierungen hindurch bis zur Oberfläche der Edelmetallauflage zu wandem und dort Kupferoxid zu bilden, welches den Kontaktübergangswiderstand erhöht. Umgekehrt neigen auch die Edelmetalle dazu, in den Träger hinein zu diffundieren. Um dies zu vermeiden ist es bei Kontaktbimetallen bekannt, zwischen der Edelmetallauflage und dem Träger eine Diffusionsbarriere vorzusehen. Meistens besteht die Diffusionsbarriere aus einer dünnen Nickelzwischenschicht, doch sind auch schon andere Materialien für eine solche Zwischenschicht untersucht worden, z. B. Chrom und Kobalt. Eine solche diffusionshemmende Zwischenschicht kann das Trägerband vollständig bedecken, bedeckt es aber wenigstens selektiv an jenen Stellen, an denen die Edelmetallauflage aufgebracht wird. Die Zwischenschicht kann galvanisch aufgetragen werden.
In der Regel sind die Bänder, welche die Edelmetallauflage tragen, stark kupferhaltig. Unter Wärmeeinwirkung — also auch im Schaltbetrieb — neigt Kupfer dazu, durch Edelmetallauflagen, insbesondere durch solche aus Gold oder Silber oder deren Legierungen hindurch bis zur Oberfläche der Edelmetallauflage zu wandem und dort Kupferoxid zu bilden, welches den Kontaktübergangswiderstand erhöht. Umgekehrt neigen auch die Edelmetalle dazu, in den Träger hinein zu diffundieren. Um dies zu vermeiden ist es bei Kontaktbimetallen bekannt, zwischen der Edelmetallauflage und dem Träger eine Diffusionsbarriere vorzusehen. Meistens besteht die Diffusionsbarriere aus einer dünnen Nickelzwischenschicht, doch sind auch schon andere Materialien für eine solche Zwischenschicht untersucht worden, z. B. Chrom und Kobalt. Eine solche diffusionshemmende Zwischenschicht kann das Trägerband vollständig bedecken, bedeckt es aber wenigstens selektiv an jenen Stellen, an denen die Edelmetallauflage aufgebracht wird. Die Zwischenschicht kann galvanisch aufgetragen werden.
Nach dem galvanischen Beschichten werden aus den beschichteten Bändern durch Stanz- und Biegevorgänge
einzelne Kontaktteile hergestellt. Die galvanisch abgeschiedenen Überzüge, insbesondere die diffusionshemmenden
Zwischenschichten, sind jedoch relativ spröde. Ihre mangelnde Duktilität hat zur Folge, daß sie
bei den erforderlichen Stanz- und Biegevorgängen dazu neigen, zu reißen oder gar vom Träger abzublättern.
Außerdem ist die Abriebfestigkeit der galvanisch aufge-
brachten Edelmetallschichten geringer als die Abriebfestigkeit von solchen Edelmetallschichten, welche durch
Kalt- oder Warmwalzplattieren mit einem Träger aus Unedelmetall verschweißt wurden. Bei auf solche Weise
erzeugten Kontaktbimetallbändern ist die aufplattierte Beschichtung zwar hinreichend duktil und abriebfest,
wegen der hohen Verformungsgrade beim Walzen unterliegt sie jedoch beträchtlichen Schwankungen ihrer
Dicke und ggfs. auch ihrer Breite und Lage auf dem Trägerband. Diese Schwankungen müssen bei der Bemessung
der Edelmetallauflage berücksichtigt und dessen Dicke und Breite deshalb verhältnismäßig groß gewählt
werden, und zwar deutlich größer als dies bei einer galvanisch aufgebrachten Edelmetallschicht nötig
wäre. Walzpiattierte Kontaktbimetallbänder erfordern also einen höheren Edelmetalleinsatz als galvanisch beschichtete
Kontaktbimetallbänder.
Aus der DE-AS 17 71 459 ist es bekannt, Runddrähte
galvanisch zunächst zu vernickeln, dann zu vergolden und anschließend in mehreren Ziehstufen dünner zu ziehen,
danach flach zu walzen und zuletzt thermisch zu altern. Das Walzen geschieht nicht zum Zwecke der
Verfestigung und Vergleichmäßigung der Beschichtung, sondern zum Umformen des runden Drahtes in ein
Band, und weil die Wärmebehandlung erst nach dem mechanischen Umformen durchgeführt wird, können in
der Plattierung vorhandene Fehlstellen nicht behoben werden.
Aus der AT-PS 1 22 706 ist es zur Herstellung von Tafelsilber bekannt, galvanisch abgeschiedenes Silber
durch Glühen, gegebenenfalls nach vorausgegangenem Walzen in die Oberfläche des Tafelgerätes bzw. Besteckteiles
einzudiffundieren. Die Aufbringung des Silbers erfolgt jedoch nicht selektiv und nicht in einer dünnen,
hochkonstanten Schicht, sondern vorzugsweise in mehreren Schichten übereinander und eine diffusionshemmende
Zwischenschicht ist nicht vorgesehen.
Aus der DL-PS 2 05 188 ist es zur Herstellung von Relaiskontakten bekannt, den Kontaktträger erst galvanisch
zu vernickeln, dann galvanisch zu vergolden und anschließend zur Verfestigung und Haftverbesserung
der Kontaktschicht eine Diffusionsglühung durchzuführen. Die Verfahrensschritte werden jedoch nicht an einem
bandförmigen Material durchgeführt, sondern an den vorgefertigten Kontaktteilen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von
Kontaktbimetallbändern anzugeben, bei dessen Anwendung man fest haftende duktile und abriebfeste
Edelmetallauflagen mit hoher Konstanz der Schichtdikke und Auflagenbreite erhält.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die Anwendung sowohl einer Wärmebehandlung als auch eines Walzvorgangs wird erreicht, daß die
diffusionshemmende Zwischenschicht und die Edelmetallauflage
so duktil werden, daß Stanz- und Biegevorgänge, weiche zur Herstellung von fertigen Kontaktteilen
aus dem Band üblicherweise erforderlich sind, die Güte der Beschichtung nicht beeinträchtigen. Zugleich
wird die Edelmetallauflage verfestigt und weist im Schaltbetrieb weniger Verschleiß auf als eine gleich zusammengesetzte,
galvanisch abgeschiedene Edelmetallschicht, welche nicht durch Wärmebehandlung und
Walzen nachbehandelt wurde. Ferner wird beobachtet, daß die Haftfestigkeit der Edelmetallauflage auf der
Zwischenschicht sowie der Zwischenschicht auf dem Trägerband deutlich verbessert ist
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt beim Herstellen von KontaktbimetaUbändern die Vorteile
des Walzplattieren (gut haftende und duktile Auflagen) mit den Vorteilen des galvanischen Aufbringens der Beschichtungen
(hohe Maßgenauigkeit, gleichmäßige Schichtdicken, sparsamer Edelmetalleinsatz, Herstellbarkeit
praktisch beliebiger Auflagemuster auf beliebig langen Bändern). Die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigen sich insbesondere bei der Herstellung von Bändern mit Auflagen aus Gold
oder Goldlegierungen über einer Zwischenschicht aus Nickel.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß nach dem galvanischen Abscheiden
der Auflagen diese zunächst einer Wärmebehandlung unterzogen und anschließend durch Walzen kalt
verformt werden. Es ist jedoch auch denkbar, diese beiden Verfahrensschritte zu einem Warmwalzvorgang zusammenzufassen.
Der Verformungsgrad durch das Walzen hängt von der Zusammensetzung und vom Aufbau der Edelmetallauflage
und der Art der Zwischenschicht sowie von der angestrebten Verfestigung der Edelmetallauflage, der
Zwischenschicht und des Trägermaterials ab. Der Verformungsgrad (angegeben als Dickenabnahme des Bandes
bezogen auf seine Dicke vor Beginn der Verformung) soll zwischen 10% und 50%, vorzugsweise zwischen
20% und 40% liegen. Dieser Verformungsgrad läßt sich u. U. durch einen einstufigen Walzvorgang erreichen,
soll aber bevorzugt durch einen drei- oder vierstufigen Walzvorgang, am besten kalt und ohne Zwischenglühungen,
erreicht werden.
Beim Vorgang der Wärmebehandlung werden die Behandlungstemperaturen
und die Behandlungsdauer nicht unabhängig voneinander gewählt, sondern so aufeinander
abgestimmt, daß binnen einer angemessenen Zeitspanne (ca. 5 bis 15 Minuten) die angestrebte Duktilitätssteigerung
eintritt. Je höher die Temperatur gewählt wird, desto kürzer kann die Behandlungsdauer
sein. Die Obergrenze der Temperatur wird so festgelegt, daß die Temperatureinwirkung in dem umgebenden
Medium weder das Trägerband noch die Edelmetallauflage nachteilig verändert.
Sofern nicht die Materialauswahl für das unedle Trägerband eine tiefere Behandlungstemperatur erfordert,
werden bei Verwendung der gebräuchlichsten Edelmetallauflagen (Feingold, Goldlegierungen, Silber, Palladiumlegierungen)
Behandlungstemperaturen zwischen 4000C und 7500C, insbesondere zwischen 5500C und
650° C bevorzugt.
Die galvanisch aufgebrachte Zwischenschicht wird vorzugsweise gemeinsam mit der Edelmetallauflage
durch Wärmeeinwirkung und einen Walzvorgang, insbesondere einen Kaltwalzvorgang nachbehandelt. Es ist
jedoch auch möglich, die Zwischenschicht bereits vor dem Aufbringen der Edelmetallauflage einer Wärmebehandlung
und ggfs. auch einem Walzvorgang zu unterziehen (Ansprüche 8 bis 10). Sofern das Trägermaterial
dies zuläßt, kann die Nickelschicht bei der gesonderten Wärmebehandlung einer höheren Temperatur ausgesetzt
werden als die Edelmetallauflage und daher ein höheres Maß an Duktilität erreichen, als wenn sie nur
gemeinsam mit der Edelmetallauflage einer Wärmebehandlung unterzogen würde.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit ihrer Hilfe auch Edelmetallauflagen aus Legierungen
hergestellt werden können, die sich aus einem gal-
vanischen Legierungsbad nicht oder nur schwierig abscheiden lassen; dies gilt insbesondere für niederkarätige
Goldlegierungen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Bestandteile der Legierung
schichtweise übereinander abgeschieden und im Verlauf der nachfolgenden Wärmebehandlung läßt man die
schichtweise abgeschiedenen Me'alle zur Legierungsbildung ineinander eindiffundieren. Um die zur Legierungsbildung
erforderliche Zeitspanne kurz zu halten, kann es von Vorteil sein, die Bestandteile der zu bildenden
Legierung nicht in nur je einer Schicht, sondern in mehreren Schichten abzuscheiden, weiche mit Schichten
der anderen Legierungsbestandteile abwechseln. Auf diese Weise werden die Diffusionswege verkürzt
Nachfolgend werden noch einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:
1. Auf ein 0,55 mm dickes Trägerband aus der Bronze CuSne wird zunächst ein 3 mm breiter, in Längsrichtung
verlaufender Streifen aus Nickel in einer Schichtdicke von 3 μΐη galvanisch abgeschieden.
Anschließend wird auf den Nickelstreifen ein ebenfalls 3 mm breiter Streifen aus Feingold mit einer
Schichtdicke von 2 μπι galvanisch abgeschieden.
Anschließend wird das Band einer Wärmebehandlung unterzogen und dabei ca. 5 Minuten lang bei
einer Temperatur von ca. 600° C geglüht. Nach der Wärmebehandlung wird das Band in vier Walzstichen
auf eine Enddicke von 0,4 mm kalt herabgewalzt, wobei der vierte Walzstich die geringste Dikkenabnahme
des Bandes bewirkt.
2. Auf ein 0,7 mm dickes Trägerband aus CuNi9Sn2
wird zunächst einseitig eine 4 mm breite streifenförmige Nickelschicht mit einer Dicke von 5μηι
galvanisch abgeschieden. Anschließend wird das vernickelte Band einer Wärmebehandlung unterzogen
und dabei für die Dauer von ca. 5 Minuten bei einer Temperatur von ca. 65O0C geglüht. Danach
wird das Band in 3 Walzstichen kalt auf eine Dicke von 0,55 mm herabgewalzt.
Auf das derart vorbereitete Band wird nun aus einem Legierungsbad eine 3 μηι dicke Schicht aus
der Legierung AuecAg2o in Form eines 3 mm breiten
Streifens auf die Nickelschicht abgeschieden. Anschließend wird das Band einer Wärmebehandlung
unterzogen und dabei für die Dauer von ca.
8 Minuten bei einer Temperatur von ca. 63O0C geglüht.
Danach wird das Band wie im 1. Beispiel kalt auf eine Enddicke von 0,4 mm herabgawalzt.
3. Auf ein 0,4 mm dickes Trägerband aus Neusilber CuNii2Zn24 wird zunächst eine 3 μπι dicke Nickelschicht
in Form eines 3 mm breiten Streifens galvanisch abgeschieden. Zur Erzeugung einer Edelmetallauflage
aus 70 Gew.-% Gold, 25 Gew.-% Silber und 5 Gew.-°/o Kupfer werden über der Nickelschicht
in Form von 2 mm breiten Streifen die entsprechenden Mengen an Gold, Silber und Kupfer in
Schichten übereinander gesondert galvanisch abgeschieden, und zwar in der Schichtenfolge beginnend
mit Silber auf der Nickelschicht gefolgt von Gold-Kupfer-Silber-Kold-Kupfer und zuoberst
noch einmal Gold. Diese sandwichartige Edelmetallauflage wird durch eine nachfolgende Glühbehandlung,
bei der das Band für die Dauer von etwa 8 Minuten einer Temperatur von ungefähr 63O0C
ausgesetzt wird, unter Bildung einer Au-Ag-Cu-Legierung durch Diffusion der Legierungskomponenten
ineinander homogenisiert. Anschließend wird das Band in 3 Walzstichen kalt auf eine Enddicke
von 0,3 mm herabgewalzt
4. Anstelle einer Zwischenschicht aus Nickel kann in den Beispielen 1 bis 3 auch eine solche aus Kobalt
oder Chrom verwendet wurden.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von auf galvanischem Wege selektiv mit Edelmetall oder einer Edelmetallegierung
sowie mit einer diffusionshemmenden Zwischenschicht, insbesondere aus Nickel, beschichteten
Bändern aus Unedelmetall zur Verwendung als Halbzeug für elektrische Kontakte, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bänder nach dem galvanischen Beschichten in an sich bekannter
Weise einer Wärmebehandlung, welche eine Rekristallisation der galvanisch aufgebrachten
Schichten sowie des unedlen Trägermaterials ermöglicht, unterzogen werden, und daß die Bänder
gleichzeitig oder anschließend einem Walzvorgang unterzogen werden, in dessen Verlauf das galvanisch
beschichtete Band mit einer Dickenabnahme zwischen 10% und 50% bezogen auf seine ursprüngliche
Dicke auf Endmaß verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei Temperaturen
zwischen 4000C und 7500C, vorzugsweise zwischen
55O0C und 65O0C über eine Verweildauer zwischen
5 und 15 Minuten vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Walzvorgang ein Warmwalzvorgang
vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Walzvorgang ein Kaltwalzvorgang
vorgenommen wird, welcher auf die Wärmebehandlung folgt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzvorgang
in drei bis vier Walzstichen, insbesondere durch Kaltwalzen ohne Zwischenglühung vorgenommen
wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dickenabnahme
des Bandes infolge des Walzens zwischen 20% und 40%, vorzugsweise ca. 30% eingestellt
wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung
für die Zwischenschicht und für die Edelmetallauflage gemeinsam vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch aufgebrachte
Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Edelmetallauflage einer gesonderten Wärmebehandlung
unterzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht gleichzeitig mit
ihrer gesonderten Wärmebehandlung warm gewalzt, vorzugsweise jedoch anschließend an diese
gesonderte Wärmebehandlung kalt gewalzt wird, wobei das mit der Zwischenschicht versehene Band
eine Dickenabnahme zwischen 10% und 50%, vorzugsweise ca. 30% bezogen auf seine ursprüngliche
Dicke erfährt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Nickel
oder Kobalt besteht und die Wärmebehandlung vor dem Aufbringen der Edelmetallauflage bei Temperaturen
zwischen 5500C und 6500C vorgenommen
wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Bandes mit einer Auflage aus einer Edelmetallegierung,
deren Bestandteile sich nicht gemeinsam aus einem Bad galvanisch abscheiden lassen,
die verschiedenen Metaiie dieser Edelmetallegierung schichtweise nacheinander galvanisch abgeschieden
und anschließend gemeinsam einer Wärmebehandlung unterzogen werden, in deren Verlauf
die abgeschiedenen Metalle ineinander eindiffundieren.
Priority Applications (4)
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