DE3621779C2

DE3621779C2 -

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Publication number: DE3621779C2
Application number: DE3621779A
Authority: DE
Inventors: Lorenz Dr. 6450 Hanau De Berchtold; Uwe Dipl.-Ing. 6458 Rodenbach De Konietzka
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Inovan GmbH and Co KG Metalle und Bauelemente
Priority date: 1986-06-28
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1988-04-07
Also published as: EP0250958A3; JPS6311632A; ATE67894T1; EP0250958A2; DE3621779A1; EP0250958B1; DE3773274D1

Abstract

Gold-silver-palladium alloys are used as materials for electrical low-current contacts, in which alloys there is embedded an inter- metallic palladium-zinc compound in the form of fine particles.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Schwachstromkontakte insbesondere für Steckverbindungen und Schleifkontakte. Dieser Werkstoff enthält eine Gold-Silber- Palladium-Legierung und kann auch geringe Mengen von Osmium, Iridium, Ruthenium und Rhodium enthalten.The invention relates to a material for electrical Low power contacts, especially for plug connections and sliding contacts. This material contains a gold-silver Palladium alloy and can also be low Amounts of osmium, iridium, ruthenium and rhodium contain.

Steckende und schleifende Kontakte, besonders wenn sie für kleinste Spannungen und Ströme in modernen elektronischen Geräten eingesetzt werden sollen, bestehen meist aus Trägern aus Unedelmetallen, die mit Edelmetallen oder Edelmetallegierungen beschichtet sind. An die edlen Auflagewerkstoffe werden dabei drei wesentliche Anforderungen gestellt. Zum Ersten sollen sie möglichst beständig gegen aggressive Atmosphären sein, so daß bei ihrem Einsatz ein niedriger und stabiler Kontaktwiderstand erzielt wird. Zum Zweiten sollen sie in der Reibpaarung mit einem Konaktgegenstück einem möglichst geringen Verschleiß unterliegen und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen, so daß kein Durchrieb der Auflageschicht erfolgt und die Kontaktbetätigungskräfte niedrig sein können. Zum Dritten ist für ein Plattieren der Auflagewerkstoffe eine Anpassung der mechanischen Eigenschaften an die Trägerwerkstoffe erforderlich. Beim üblicherweise angewendeten mechanischen Walzplattieren ist insbesondere eine etwa übereinstimmende Rekristallisierungstemperatur von Auflage und Träger zur Herstellung eines hochwertigen Werkstoffverbundes wichtig. Mating and sliding contacts, especially if for the smallest voltages and currents in modern electronic devices are to be used, usually consist of carriers made of base metals that coated with precious metals or precious metal alloys are. The noble overlay materials are used three essential requirements. First, they should be as resistant to aggressive as possible Atmospheres so that when used a lower and stable contact resistance is achieved. To the Second, they should be in the friction pairing with one Contact counterpart as little wear as possible subject to and a low coefficient of friction have so that no rubbing through the support layer done and the contact actuators are low can. Thirdly, plating is the Support materials an adjustment of the mechanical Properties of the carrier materials required. With the commonly used mechanical Roll cladding is one example matching recrystallization temperature of Pad and support for the production of a high quality Composite material important.

Diese Anforderungen betreffen weitgehend gegenläufige Eigenschaften. So sind die heute gebräuchlichen Werkstoffe für schleifende und steckende Kontakte entweder sehr korrosionsbeständig oder sehr verschleißbeständig, besitzen aber nicht gleichzeitig beide Eigenschaften. Andererseits zeigen Werkstoffe mit verschleißhemmenden, härtenden Zusätzen eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur.These requirements largely relate to opposing ones Properties. So are the materials commonly used today for grinding and mating contacts either very corrosion-resistant or very wear-resistant, but do not have both properties at the same time. On the other hand, materials with wear-resistant, hardening additives an increase in Recrystallization temperature.

Dies gilt ganz allgemein für Legierungen mit hohen Goldgehalten von ca. 70%, wie sie seit langem in Gebrauch sind, aber auch für goldsparende Legierungen - meist auf der Basis Gold-Silber-Palladium - die angesichts gestiegener Goldpreise in jüngerer Zeit entwickelt wurden.This applies in general to alloys with high Gold held by about 70% as it has long been in Are used, but also for gold-saving alloys - mostly based on gold-silver-palladium - the given the recent rise in gold prices were developed.

Aus der DE-PS 10 89 491 ist ein Kontaktmaterial für Schwachstromkontakte, insbesondere für die Fernmeldetechnik, bekannt, das aus einer Legierung von 25-35% Palladium, 35-45% Silber und 25-35% Gold besteht.From DE-PS 10 89 491 is a contact material for Low power contacts, especially for the Telecommunications technology, known to be made of an alloy of 25-35% palladium, 35-45% silver and 25-35% gold consists.

Neben Palladium, Silber und Gold als Hauptbestandteile noch Indium, Zinn und andere Unedelmetalle als Nebenbestandteile enthaltende Legierungen für elektrische Kontakte sind aus der DE-PS 25 40 956 (20-30 Gew.-% Palladium, 15-25 Gew.-% Silber, 2,5-5 Gew.-% Zinn, 0,05-0,5 Gew.-% Iridium, 0,05-0,5 Gew.-% Ruthenium, 0,05-0,5 Gew.-% Kupfer, 0,1-2 Gew.-% Indium, Rest Gold), DE-PS 26 37 807 (10-40% Silber, 2-25% Palladium, 1-5% Nickel, 0,1-10% Indium, 0,1-3% Zinn, Rest Gold) und DE-PS 29 40 772 (35-55% Gold, 18-33,5% Silber, 30-40% Palladium und 1-6% Indium oder 0,5-2% Indium und 0,5-2% Zinn) bekannt. In addition to palladium, silver and gold as the main components nor indium, tin and other base metals as Alloys containing minor components for electrical contacts are from DE-PS 25 40 956 (20-30% by weight palladium, 15-25% by weight silver, 2.5-5% by weight Tin, 0.05-0.5% by weight iridium, 0.05-0.5% by weight ruthenium, 0.05-0.5% by weight copper, 0.1-2% by weight indium, balance gold), DE-PS 26 37 807 (10-40% silver, 2-25% palladium, 1-5% nickel, 0.1-10% indium, 0.1-3% tin, balance gold) and DE-PS 29 40 772 (35-55% gold, 18-33.5% silver, 30-40% palladium and 1-6% indium or 0.5-2% indium and 0.5-2% tin).

Aus der DE-OS 33 45 162 sind Legierungen von Gold-Silber- Palladium-Iridium und/oder Osmium mit Zusätzen von 0,5- 5% Blei oder 0,5-3% Blei und 0,5-3% Zinn bekannt. Ähnliche Legierungen auf Basis Gold-Silber-Palladium- Iridium und/oder Osmium mit Zusätzen von 0-5 at % Blei und/oder 0-5 at % Zinn und/oder 0-10% Kupfer sind in der DE-OS 34 20 231 beschrieben.From DE-OS 33 45 162 are alloys of gold-silver Palladium iridium and / or osmium with additions of 0.5 5% lead or 0.5-3% lead and 0.5-3% tin are known. Similar alloys based on gold-silver-palladium Iridium and / or osmium with additions of 0-5 at% lead and / or 0-5 at% tin and / or 0-10% copper are in the DE-OS 34 20 231 described.

Alle diese bekannten Lgierungen besitzen entweder keine sehr hohe mechanische Verschleißbeständigkeit (bei relativ niedrigen Gehalten von unedlen Zusätzen) oder keine sehr gute Korrosionsbeständigkeit (bei relativ hohen Gehalten von unedlen Zusätzen). Zudem erfordern die meisten dieser Legierungen Weichglühtemperaturen von über 750°C, teilweise über 900°C, weshalb sie sich für eine Verarbeitung durch Walzplattieren auf typischen Trägerwerkstoffen, wie z. B. CuSn8, schlecht eignen.All of these known alloys either have none very high mechanical wear resistance (at relative low levels of base additives) or none at all good corrosion resistance (at relatively high levels of base additives). In addition, most of these require Alloys soft annealing temperatures of over 750 ° C, sometimes over 900 ° C, which is why they are suitable for a Processing by roll plating on typical Support materials, such as. B. CuSn8, poorly suited.

Weiterhin ist aus der DE-AS 22 18 460 ein elektrisches Kontaktmaterial aus einer intermetallischen Verbindung Pd₂Al und PdAl bekannt, das eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine relative hohe Verschleißbeständigkeit besitzt. Das Material ist aber extrem hart und daher nur schwer umformbar. Auch dünne Schichten sind hieraus nur schwer herstellbar.Furthermore, from DE-AS 22 18 460 is an electrical Contact material made of an intermetallic compound Pd₂Al and PdAl known that good corrosion resistance and has a relatively high wear resistance. The material is extremely hard and therefore difficult malleable. Even thin layers are difficult from this producible.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff für elektrische Schwachstromkontakte, insbesondere für Steckverbindungen und Schleißfkontakte, zu finden bestehend aus einer Gold-Silber-Palladium-Legierung, der eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig eine sehr gute Verschleißbeständigkeit aufweist, kombiniert mit einer guten Verformbarkeit und einer für Kupferlegierungen als Träger geeigneten Rekristallisationstemperatur. It was therefore an object of the present invention to Material for electrical low-current contacts, in particular for plug connections and wear contacts consisting of a gold-silver-palladium alloy, the a very good corrosion resistance and at the same time has a very good wear resistance, combined with good ductility and one for copper alloys suitable recrystallization temperature as carrier.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Legierung Partikel einer intermetallischen Palladium-Zinkverbindung eingelagert sind.This object is achieved in that in the alloy particles of an intermetallic Palladium-zinc compound are stored.

Diese intermetallische Verbindung kann auch noch einige Prozente der übrigen Legierungsbestandteile enthalten und sollte Partikelgrößen von weniger als 10 µm aufweisen. Vorteilhafterweise liegt die Partikelgröße der intermetallischen Verbindung im Gefüge unterhalb 1 µm Länge bzw. Durchmesser bei Partikelabständen von ca. 1 µm. Außerdem ist es Vorteil, wenn die intermetallische Verbindung aus der Phase PdZn besteht.This intermetallic compound can also do some Percentage of the remaining alloy components included and should have particle sizes less than 10 µm. The particle size is advantageously intermetallic compound in the structure below 1 µm Length or diameter with particle spacing of approx. 1 µm. It is also an advantage if the intermetallic Connection consists of the PdZn phase.

Als geeignet haben sich Legierungen erwiesen, die 15 bis 50% Gold, 15 bis 50% Silber, 10 bis 70% Palladium, insgesamt 0 bis 1% Iridium und/oder Osmium und/oder Ruthenium und/oder Rhodium und 1,5 bis 6% Zink enthalten, wobei mehr als 0,5% Zink in Form der intermetallischen Verbindung vorliegen muß. Besonders geeignet sind Legierungen mit 20 bis 40% Gold, 25 bis 50% Silber, 20 bis 40% Palladium, 0 bis 0,2% Iridium, Osmium, Ruthenium und/oder Rhodium und 2 bis 4% Zink.Alloys that have proven to be suitable are the 15th up to 50% gold, 15 to 50% silver, 10 to 70% Palladium, 0 to 1% total iridium and / or osmium and / or ruthenium and / or rhodium and 1.5 to 6% Contain zinc, with more than 0.5% zinc in the form of intermetallic compound must be present. Especially alloys with 20 to 40% gold, 25 to 50% silver, 20 to 40% palladium, 0 to 0.2% iridium, Osmium, ruthenium and / or rhodium and 2 to 4% zinc.

Überraschenderweise zeigt Zink in einer Legierung von etwa gleichen Teilen Gold, Silber und Palladium eine nur geringe Löslichkeit (kleiner 2 Gew.-%), die wesentlich unter der Löslichkeit des Zinks in den jeweils einzelnen Metallen Gold, Silber und Palladium (größer 5 bis über 20 Gew.-%) liegt. Deshalb kann, ohne die Korrosionsbeständigkeit der Gold-Silber-Palladium-Matrix durch Aufnahme von Zink als gelöstem Bestandteil merklich zu verschlechtern, eine Einlagerung von Partikeln einer intermetallischen Verbindung von Palladium mit Zink erreicht werden. Diese Partikel besitzen ihrerseits eine überraschend gute Korrosionsbeständigkeit, so daß der Verbundwerkstoff insgesamt sehr beständig in agressiven Atmosphären und in Luft bei erhöhter Temperatur ist. Da die intermetallische Verbindung eine hohe Härte aufweist, ergibt sich auch für den Verbundwerkstoff ein gegenüber einer Gold-Silber-Palladium-Legierung sehr stark verbessertes Reibungs- und Verschleißverhalten. Eine Gefügeausbildung mit einer Partikelgröße der intermetallischen Verbindung unterhalb 1 µm Länge bzw. Durchmesser und Partikelabständen von ca. 1 µm stellt eine genügend feine Verteilung dar, um die günstigen Eigenschaften auch als Plattierung von nur wenigen µm Dicke zu erhalten.Surprisingly, zinc shows in an alloy of about equal parts of gold, silver and palladium only low solubility (less than 2% by weight), which is essential under the solubility of the zinc in each individual metals gold, silver and palladium (larger 5 to over 20% by weight). Therefore, without that Corrosion resistance of the gold-silver-palladium matrix by taking up zinc as a dissolved component noticeably worsening, storage of Particles of an intermetallic compound of Palladium can be achieved with zinc. These particles in turn have a surprisingly good one Corrosion resistance, so that the composite material overall very stable in aggressive atmospheres and in air at elevated temperature. Since the intermetallic compound has a high hardness, there is also a comparison for the composite material a gold-silver-palladium alloy very strong improved friction and wear behavior. A Microstructure formation with a particle size of intermetallic compound less than 1 µm in length or Diameter and particle spacing of approx. 1 µm is a sufficiently fine distribution to the favorable properties also as plating of only a few µm thick.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff mit einer solchen feinen Verteilung von härtenden Partikeln schon bei Temperaturen von ca. 700°C und fertigungsgerechten Glühzeiten von wenigen Minuten rekristallisiert, d. h. eine vorher eingebrachte Kaltverformung abbaut und Duktilität gewinnt, andererseits aber eine schädliche Vergröberung der feinen Partikelstruktur bei diesen Glühbedingungen ausbleibt. Dieser Verbundwerkstoff kann deshalb mit einer optimalen Gefügeausbildung als kompakter Block hergestellt werden, und ebenso einfach wie bisher gebräuchliche Legierungen durch Walzplattieren auf einen Trägerwerkstoff, vorzugsweise eine Kupferlegierung zu einem Halbzeug für Kontaktteile gefertigt werden. Die Verabeitungsschritte können dabei an den Erfordernissen der Kupferlegierung orientiert sein, so daß das fertige Halbzeug hinsichtlich Träger- und Auflagewerkstoff optimale Eigenschaften aufweist.Surprisingly, it has been shown that the Composite material according to the invention with such fine distribution of hardening particles Temperatures of approx. 700 ° C and suitable for production Glow times of a few minutes recrystallized, d. H. removes a cold deformation previously introduced and Ductility wins, but on the other hand a harmful one Coarsening of the fine particle structure in these No annealing conditions. This composite can therefore with an optimal structure as compact block can be made, and just as simple as previously used alloys by roll cladding on a carrier material, preferably one Copper alloy for a semi-finished product for contact parts are manufactured. The processing steps can oriented to the requirements of the copper alloy be so that the finished semi-finished product with regard to carrier and support material has optimal properties.

Die erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffe können pulvermetallurgisch oder schmelzmetallurgisch hergestellt werden, wobei im letzten Fall eine nachfolgende Wärmebehandlung erforderlich ist. Die Bildung der intermetallischen Phase setzt schon bei der langsamen Abkühlung im Gußstück ein und wird durch Temperaturbehandlung bei Temperaturen von etwa 500°C bis etwa 50°C unterhalb der Solidus-Temperatur der jeweiligen Legierung während 1 bis 4 Stunden optimiert. The contact materials according to the invention can manufactured by powder metallurgy or melt metallurgy in the latter case, a subsequent one Heat treatment is required. The formation of the intermetallic phase starts at the slow Cooling in the casting and is by Temperature treatment at temperatures of around 500 ° C up to about 50 ° C below the solidus temperature of the each alloy is optimized for 1 to 4 hours.

Die folgende Tabelle zeigt einige erfindungsgemäße Legierungen (1 bis 8) und zum Vergleich einige bekannte Legierungen (10 bis 12) und eine Legierung mit einem Zinkgehalt außerhalb des beanspruchten Bereichs (Legierung 9). Die Zunahme des Kontaktwiderstandes (84%-Wert der Summenhäufigkeit) wurde an Blechproben vor und nach Auslagerung in einem Dreikomponenten- Schadgas bei 30°C durch Messung mit einem Goldniet als Gegenkörper ermittelt. Das Schadgas bestand aus Luft mit 200 ppb NO₂, 100 ppb H₂S und 10 ppb Cl₂ bei 75% relativer Feuchte. Die Kontaktkraft bei der Messung betrug 0,1 N. Das Reibungsverhalten wurde in Tribometermessungen als Paarung Rundniet gegen Blech bei 0,75 N Auflagekraft ermittelt. The following table shows some of the invention Alloys (1 to 8) and some for comparison known alloys (10 to 12) and an alloy with a zinc content outside the claimed Range (alloy 9). The increase in contact resistance (84% value of the total frequency) was on sheet metal samples before and after outsourcing in a three-component Harmful gas at 30 ° C by measuring with a gold rivet determined as a counter body. The harmful gas consisted of Air with 200 ppb NO₂, 100 ppb H₂S and 10 ppb Cl₂ 75% relative humidity. The contact force during the measurement was 0.1 N. The friction behavior was in Tribometer measurements as a pair of round rivets against sheet metal determined at 0.75 N contact force.

Tabelle table

Claims

1. Material for electrical low-current contacts, especially for plug connections and Sliding contacts, consisting of a gold-silver Palladium alloy in which a particle intermetallic palladium-zinc compound are stored.

2. Material according to claim 1, characterized, that the particle size of the intermetallic Connection in the structure below 1 µm length or Diameter with particle distances of approx. 1 µm lies.

3.Material according to claim 1 or 2, characterized, that the intermetallic compound consists of Pd Zn.

4. Material according to claim 1 to 3, characterized, that he had 15 to 50% gold, 15 to 50% silver, 10 to 70% palladium, a total of 0 to 1% iridium and / or Osmium and / or ruthenium and / or rhodium and 1.5 contains up to 6% zinc, with more than 0.5% zinc in Form of the intermetallic compound are present have to.

5. Material according to claim 1 to 4, characterized, that he has 2-4% zinc, 20-40% gold, 25-50% Silver, 20-40% palladium, 0-0.2% iridium, Contains osmium, ruthenium and / or rhodium.