DE3213481A1

DE3213481A1 - Composite material as semifinished product for an electrical contact point and method of producing it

Info

Publication number: DE3213481A1
Application number: DE19823213481
Authority: DE
Inventors: Dieter Prof. Dr.rer.nat. Dipl.-Ing. 7534 Birkenfeld Stöckel
Original assignee: Rau G GmbH and Co
Current assignee: Rau G GmbH and Co
Priority date: 1982-04-10
Filing date: 1982-04-10
Publication date: 1983-10-13
Also published as: FR2525023A1

Description

Anmelder: G. Sau GmbH & Co., PforzheimApplicant: G. Sau GmbH & Co., Pforzheim

Verbundwerkstoff als Halbzeug für ein elektrisches Kontaktstück und Herstellungsverfahren hierzuComposite material as a semi-finished product for an electrical contact piece and manufacturing process for this

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff als Halbzeug für ein elektrisches Kontaktstück, welcher eine Anordnung von durch Warmumformung verbundenen inneroxidierten Schichten enthält, bei der jede einzelne Schicht im Ausgangszustand weniger als 2 mm dick ist. Außerdem wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung dieses Verbundwerkstoffes angegeben.The invention relates to a composite material as a semi-finished product for an electrical contact piece, which contains an arrangement of internally oxidized layers joined by hot forming, in which each individual Layer in the initial state less than 2 mm is thick. In addition, an advantageous method for producing this composite material is specified.

Aus der DE 25 30 704 Al ist ein Verbundwerkstoff als Halbzeug für elektrische Kontaktstücke bekannt, welcherFrom DE 25 30 704 Al is a composite material as Semi-finished product known for electrical contact pieces, which

aus einem inneroxidierten Silber-Metalloxid besteht, das durch Walzplattierung mit einer lötfähigen Auflage verbunden ist und der mindestens drei durch Walzplattierung verbundene vollständig inneroxidierte Bleche enthält, wobei jedes einzelne dieser Bleche im Ausgangszustand weniger als 2 mm dick ist. Auf diese Weise läßt sich ein lamelliertes Halbzeug für elektrische Kontaktstücke von jeder gewünschten Dicke mit quasi homogener Verteilung des Silber-Metalloxids herstellen. Der Querschnitt zeigt einen laminaren Aufbau mit periodisch gering schwankender Teilchengröße. Dieser Mehrschichtverbundwerkstoff enthält als inneroxidiertes Silber-Metall oxid C.admiumoxid.consists of an internally oxidized silver metal oxide that is roll-clad with a solderable overlay is connected and the at least three connected by roll cladding completely internal-oxidized Contains sheets, each of these sheets being less than 2 mm thick in the initial state. To this Way can be a laminated semifinished product for electrical contact pieces of any desired thickness with Produce a more or less homogeneous distribution of the silver metal oxide. The cross-section shows a laminar structure with periodically small fluctuations in particle size. This multilayer composite material contains as internally oxidized Silver metal oxide C.admium oxide.

Silber-Cadmiumoxid hat bei den Kontaktwerkstoffen die weiteste Verbreitung gefunden. Es dient im großen Umfang zur Herstellung von abbrandfesten und oxidationsbeständigen Kontakten bis zu hohen Schaltleistungen. Derartige Silber-C.admiumoxide zeigen .neben der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit eine sehr geringe Scbweißneigung beim Schalten. Durch die Dissoziation des Cadmiumoxids, die bei etwa 1000 - 1500° C eintritt, wird unter dem Einfluß des Schaltlichtbogens zusätzlich eine Selbstreinigung der Kontaktflächen erzielt. Durch diese Selbstreinigung läßt sich der Kontaktwiderstand niedrig halten. Die lichtbogenlöschende Wirkung dieses Kontaktwerkstoffes bietet weitere Vorteile für das Kontaktver-Silver-cadmium oxide has the following in contact materials found widespread. It is used to a large extent for the production of non-erosive and oxidation-resistant Contacts up to high switching capacities. Such silver-C.admium oxides show, in addition to the very good electrical conductivity a very low tendency to weld when switching. Through the dissociation of the cadmium oxide, which occurs at around 1000 - 1500 ° C, under the influence of the switching arc also becomes a Self-cleaning of the contact surfaces achieved. This self-cleaning allows the contact resistance to be low keep. The arc-extinguishing effect of this contact material offers further advantages for contact

halten, insbesondere hinsichtlich der Abbrandfestigkeit. hold, especially with regard to the erosion resistance.

Wegen der gegebenenfalls in Erscheinung tretenden toxischen Wirkung des Cadmiums wird angestrebt, cadmiumfreie Kontaktwerkstoffe zu verwenden. Die Suche nach solchen alternativ verwendbaren Werkstoffen konzentriert sich auf andere Silber-i-fetalloxid-Verbundwerkstoffe, im wesentlichen auf SiIber-Zinnoxid. Diese Werkstoffe sind zunächst jedoch nicht inneroxidierbar, da sich beispielsweise bei der Wärmebehandlung einer Silber-Zinn-Legierung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre sofort passivierende Zinnoxid-Deckschichten bilden. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, der Süber-Zinn-Legierung einen Indiumzusatz zuzugeben, wodurch die Legierung inneroxidierbar wird. Dabei handelt es sich jedoch um einen relativ teueren und nur beschränkt verfügbaren metallenen Zusatzstoff, dessen Einsatz als Legierungsanteil in Kontaktwerkstoffen ebenfalls unzweckmäßig erscheint. Andere mögliche Legierungselemente zeigen nicht die gleiche Wirkung.Because of the toxic effects of cadmium that may appear, efforts are made to be cadmium-free Use contact materials. The search for such alternatively usable materials is concentrated other silver-i-fetal oxide composites, essentially on silver-tin oxide. These At first, however, materials cannot be oxidized internally because, for example, during heat treatment, a Silver-tin alloy in an oxygen-containing atmosphere Immediately form passivating tin oxide top layers. To avoid this disadvantage, it is known to add indium to the Süber-tin alloy, whereby the alloy becomes internally oxidizable. However, this is a relatively expensive one and only Limited availability of metallic additive, its use as an alloy component in contact materials also seems inexpedient. Other possible alloying elements do not show the same effect.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Verbundwerkstoff als Halbzeug für elektrische Kontaktstücke zu schaffen, der die Verwendung von nicht toxischen, zunächst nicht inneroxidierbaren Silberlegierungen ermöglicht und der ohne seltene Legie-The invention is based on the object of providing a composite material as a semi-finished product for electrical contact pieces to create the use of non-toxic, initially non-internal oxidizable silver alloys made possible and without rare alloy

rungszusätze erzeugt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabenstellung besteht darin, daß der Verbundwerkstoff aus abwechselnden Schichten aus einer zunächst nicht inneroxidierbaren Silber-Legierung und aus einer inneroxidierten Silber-Legierung besteht. Ein solcher Mehrschichtenverbundwerkstoff kann zweckmäßig in Blechform oder auch Drahtform hergestellt werden. Bei der Blechform ist im allgemeinen eine lötfähige Auflage mit dem MehrSchichtenverbundwerkstoff verbunden. Die zunächst nicht inneroxidierbaren Schichten enthalten vorteilhaft eine Silber-Zinn-Legierung bzw. bestehen vollständig aus dieser Legierung.rungs additives can be generated. The solution to this problem is that the composite material of alternating layers of a silver alloy that cannot initially be oxidized internally and of a internally oxidized silver alloy. Such a Multi-layer composite material can expediently in Sheet metal form or wire form can be produced. The sheet metal form generally has a solderable overlay connected to the multi-layer composite material. The layers which cannot initially be oxidized internally advantageously contain a silver-tin alloy or consist entirely of this alloy.

Sin zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines blechförmigen Verbundwerkstoffes läßt sich dadurch ausführen, daß mindestens ein Blech mit einer Dicke unterhalb von 2 mm aus einer inneroxidierten Silber-Legierung mit einem Blech mit einer Dicke unterhalb von 2 mm aus einer zunächst nicht inneroxidierbaren Silber-Legierung nach Oberflächenreinigung übereinandergeschichtet und gegebenenfalls mit der.lötfähigen Auflage durch Walzplattieren zu einem Kalbzeug verbunden wird, und daß das Halbzeug einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre unterworfen wird, bis ein in allen Schichten inneroxidierter Hehr schichtenverbundwerkstoff entsteht. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffes in Drahtform kann in der Weise ausgeführt werden, daß die SchichtungSin an expedient method of making a sheet-metal Composite material can be carried out in that at least one sheet with a thickness below of 2 mm from an internally oxidized silver alloy with a sheet with a thickness below 2 mm made of an initially non-oxidizable silver alloy, after surface cleaning, layered on top of one another and optionally connected to the solderable support by roll cladding to form a calfskin is, and that the semi-finished product is subjected to a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere until a multi-layer composite material that is internally oxidized in all layers arises. An advantageous method of making the composite material in wire form can be carried out in such a way that the layering

durch Aufwickeln von Bändern aus einer inneroxidierten Silo er-Legierung und einer zunächst nicht inneroxidierbaren Silber-Legierung gebildet und anschließend durch Warmstrangpressen zu einem Halbzeug geformt wird, und daß das Halbzeug einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre unterworfen wird, bis ein in allen Schichten inneroxidierter Mehrschichtenverbundwerkstoff entsteht.by winding ribbons from an internally oxidized Silo he alloy and one that cannot be oxidized internally at first Silver alloy is formed and then shaped into a semi-finished product by hot extrusion, and that the semi-finished product is subjected to a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere until one in all Layers of internally oxidized multilayer composite material are created.

Eine gesicherte Erklärung für den Sachverhalt, wonach die Schichtung von inneroxidierten, d.h. teilweise oder bereits vollständig inneroxidierten Silber-Legierungen, mit zunächst nicht inneroxidierbaren Silber-Legierungen und die anschliei3ende Oxidationsbehandlung zu einem in allen Schichten inneroxidierten Mehrschichtenverbundwerkstoff führt, läßt sich nach dem gegenv/ärtigen Stande der Untersuchungen noch nicht angeben. Es kann vermutet werden, da3 Legierungsmetallatome aus der zunächst nicht inneroxidierbaren Legierung in die bereits inneroxidierten Schichten der inneroxidierten Silber-Metall-Legierung diffundieren und sich dort an die Metalloxidpartikel unter Bildung komplexer Mischoxide anlagern. Diese Erklärung erscheint vor allem dann zulässig, wenn die Legierungsatome der zunächst nicht inneroxidierbaren Silber- Legierung eine höhere Affinität zu Sauerstoff besitzen als die Legierungsmetalls tome der bereits vollständig oder weitgehend inneroxidierten Silber-Legierung. A reliable explanation for the fact that the stratification of inner-oxidized, i.e. partially or already completely internal-oxidized silver alloys, with initially not internal-oxidizable Silver alloys and the subsequent oxidation treatment to one internally oxidized in all layers Multi-layer composite material leads, can not yet be done according to the current state of the investigations indicate. It can be assumed that alloy metal atoms are from the initially not internally oxidizable Alloy diffuse into the already internally oxidized layers of the internally oxidized silver-metal alloy and there attach themselves to the metal oxide particles with the formation of complex mixed oxides. This statement appears especially permissible if the alloy atoms of the initially not internally oxidizable silver Alloy have a higher affinity for oxygen than the alloy metal tome which is already complete or largely internal oxidized silver alloy.

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Bei der Herstellung des blechförmigen Verbundwerkstoffes kann das Walzplattieren zweckmäßig als Warmwalzplattieren mit einer Temperatur oberhalb von 6üü C ausgeführt werden. Für das Warmstrangpressen zur Herstellung eines drahtförmigen Verbundwerkstoffes erscheint die Anwendung einer Temperatur oberhalb von 5oo° C zweckmäßig.In the manufacture of the sheet-like composite material, roll cladding can expediently be hot roll cladding be carried out at a temperature above 6üüC. For hot extrusion to manufacture of a wire-shaped composite material appears the use of a temperature above 500 ° C. is expedient.

Die vorausgehende Wärmebehandlung zur Inneroxidation der inneroxidierbaren SiIber-Legierung kann zweckmäßig bei einer Temperatur von 300 C während 24 Stunden ausgeführt werden. In gewissem Umfange läßt sich dabei die Temperatur und die Zeitdauer gegensinnig variieren, so daß einer niedereren Temperatur eine wesentlich verlängerte Einwirkungsdauer entspricht. Dies gilt auch für die Durchführung der abschließenden Wärmebehandlung des Halbzeugs in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zur Erzeugung des in allen Schichten inneroxidierten Verbundwerkstoffes.The previous heat treatment for internal oxidation the inner-oxidizable silver alloy can be expedient at a temperature of 300 C for 24 hours. To a certain extent you can do this the temperature and the time vary in opposite directions, so that a lower temperature prolonged a significantly Duration of action. This also applies to the implementation of the final heat treatment of the semi-finished product in an oxygen-containing atmosphere to produce the composite material that is internally oxidized in all layers.

Die Anzahl der bei dem blech- oder drahtförmigen Verbundwerkstoff abwechselnden Schichten kann vorteilhaft größer als 10 gewählt werden. Indem als Ausgangsmaterial bereits geschichtete Werkstoffe der eingangs beschriebenen Art verwendet werden, lassen sich Vielschichtverbundwerkstoffe in nahezu unbegrenzter Schichtenzahl herstellen.The number of in the sheet-metal or wire-shaped composite material alternating layers can advantageously be chosen to be greater than 10. By as a starting material already layered materials of the type described above can be used multilayer composite materials in almost unlimited Establish number of layers.

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Durch die Merkmale der Erfindung wird eine neue Iteihe von vorteilhaften Kontaktwerkstoffen erschlossen.The features of the invention open up a new series of advantageous contact materials.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

50 Bleche aus einer Silber-Zinn-Legierung mit 3 Gew.-# Zinn in der Abmessung 0,5 χ 130 χ 250 mm wurden abwechselnd mit 50 Blechen einer vollständig inneroxidierten Silber-Kupfer-Legierung mit 3 Gew.-^c/£ Kupfer in gleicher Abmessung zu einem Blechpaket angeordnet und mit einem Feinsilberauflageblech als lötfähige Auflage durch Varmwalzplattieren bei 800 C miteinander verschweißt. Das so erhaltene Verbundblech wurde durch Kaltwalzen mit Zwischenglühungen von 600 C bis zu einer Enddicke von 2 mm weiterverformt und anschließend bei 300° C 24 Stunden in Luft inneroxidiert. Ss entstand ein Mehrschichtenverbundwerkstoff mit inneroxidierten Schichten.50 sheets of a silver-tin alloy with 3 wt .- # tin in the dimensions 0.5 χ 130 χ 250 mm were alternated with 50 sheets of a completely inner-oxidized silver-copper alloy with 3 wt .- ^c / £ copper in of the same dimensions arranged to form a laminated core and welded to one another with a fine silver support sheet as a solderable support by hot-roll cladding at 800 ° C. The composite sheet obtained in this way was further deformed by cold rolling with intermediate anneals at 600 ° C. to a final thickness of 2 mm and then internal-oxidized in air at 300 ° C. for 24 hours. This resulted in a multilayer composite material with internally oxidized layers.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Ein 3and aus einer Silber-Zinn-Legierung mit 8 Gew.-$ Zinn in der Abmessung 0,3 x 200 mm χ 50*jü mm wurde mit einem 3and aus einer inneroxidierten Silber-Kupfer-Legierung mit 8 Gew.-¹^ Kupfer in gleichen Abmessungen zu einem zylindrischen Block von 110 mm Durchmesser gewickelt. Dieser Block wurde auf 300 C erwärmt undA 3and made of a silver-tin alloy with 8 wt .- $ tin with the dimensions 0.3 x 200 mm × 50 * mm was with a 3and made of an internally oxidized silver-copper alloy with 8 wt .- ¹ ^ copper wound in the same dimensions into a cylindrical block with a diameter of 110 mm. This block was heated to 300 ° C. and

indirekt an 5 mm Durchmesser stranggepreßt. Der so erhaltene Draht wurde kalt weitergezogen bis zu einer Endabraessung von 3 mm Durchmesser und anschließend bei 800° C 24 Stunden in Luft inneroxidiert. Es entstand ein MehrSchichtenverbunddraht mit löü spiralförmig angeordneten Schichten.indirectly extruded to a diameter of 5 mm. The wire obtained in this way was cold drawn up to one Final dimensioning of 3 mm diameter and then at 800 ° C internally oxidized in air for 24 hours. A multi-layer composite wire was created with a Löü spiral shape arranged layers.

In der Zeichnung sind vergrößerte Schnittansichten von Verbundwerkstoffen gemäß der Erfindung schema ti sch dargestellt; es zeigen:In the drawing, enlarged sectional views of composite materials according to the invention are schematic shown; show it:

lü Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines VerbundFig. 1 is an isometric view of a composite

werkstoffes in Blechform,material in sheet metal form,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff in Drahtform.2 shows a cross section through a composite material in wire form.

In Fig. 1 sind die abwechselnd geschichteten Bleche aus einer zunächst nicht inner oxidierbaren Silber-Legierung 1 und aus einer inneroxidierten Silber-Legierung 2 erkennbar. Mit dem Blechpaket ist eine lötfähige Auflage 3 verbunden. Bei der nach Fig. 2 erzeugten Drahtform ist ein Band 4 aus einer zunächst nicht inneroxidierbaren Silber-Legierung mit einem Band 5 aus einer inneroxidierten SiIber-Legierung aufgewickelt.In Fig. 1, the alternately layered metal sheets are made of a silver alloy that cannot initially be oxidized internally 1 and from an internally oxidized silver alloy 2 can be seen. With the laminated core is one solderable pad 3 connected. In the wire shape produced according to FIG. 2, a band 4 is initially composed of a non-inner-oxidizable silver alloy with a band 5 made of an inner-oxidized silver alloy wound up.

Claims

! ./ Composite material as a semi-finished product for an electrical Contact piece, of which an arrangement of internally oxidized layers connected by hot forming contains, in which each individual layer is less than 2 mm thick in the initial state, thereby characterized that the composite material consists of alternating layers of an initially SiIber alloy that cannot be internally oxidized (1) and made of an internally oxidized SiIber alloy (2) consists.

2. Composite material according to claim 1, characterized in that da'3 the composite material Is shaped sheet-metal with solderable support (3).

3. Composite material according to claim 1, characterized in that the composite material is thread-like thread.

4. Composite material according to claim 1, characterized in that: 3 the first layers that cannot be internally oxidized contain a silver-tin alloy.

5. A method for producing a composite material according to claim 1 and 2, characterized draws that at least one sheet with a thickness below 2 mm from an inner-oxidized Silver alloy with a sheet with a Thickness of less than 2 mm from a SiIber alloy which cannot initially be oxidized internally after surface cleaning layered one on top of the other and rolled into one with the solderable overlay Semi-finished product is connected, and that the semi-finished product undergoes a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere is subjected until a multilayer composite material that is internally oxidized in all layers is produced.

6. A method for producing a composite material according to claim 1 and 3, characterized draws that the stratification by winding up of ribbons made of an internally oxidized silver alloy and an initially non-internally oxidizable one Formed silver alloy and then formed into a semi-finished product by hot extrusion becomes, and that that

Semi-finished product of a heat treatment in oxygen-containing Atmosphere is subjected until a membrane composite material that is internally oxidized in all layers arises.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the starting material with the inner-oxidizable silver alloy is only partially inner-oxidized before layering.

8. The method according to claim 5, characterized in that that roll cladding as hot roll cladding at a temperature above of 600 C.

9. The method according to claim 6, characterized , since * 3 the hot extrusion is carried out at a temperature above 50 ° C will.

10. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the heat treatment for internal oxidation of the internal oxidizable silver alloy at a temperature of 800 ° C is carried out for 24 hours.

11. The method according to claim 5 or 6, characterized in that: o the number of alternating layers is greater than 10.

12. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the first Silver alloy that cannot be internally oxidized is a super-tin alloy.