DK144154B - Fremgangsmaade til frembringelse af en loddedygtig overflade r paa et kontaktstykke af soelv og fint fordelte grafitpartikle - Google Patents

Description

(19) DANMARK (W

Θ (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT on U4154B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 3538/77 (51) IrttCI.* H 01 H 11/06 (22) Indleveringsdag 9· aug· 1977 Θ 23 K 1/20 (24) Løbedag 9* aug. 1977 (41) Aim. tilgængelig 11. feb. 1978 (44) Fremlagt 21 . dec. 1981 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 10. aug. 1976, 2635928, DE

(71) Ansøger SIEMENS AKTIENGESELLSCHAPT, Berlin und Muenchen, 8000 Muenchen 2, DE.

(72) Opfinder Rudolf Scherbaum, DE: Horst Schreiner, DE: Bernhard

Rothkegel, DE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Giersing & Stellinger.

(54) Fremgangsmåde til frembringelse af en loddedygtig overflade på et kontaktstykke af sølv og fint fordelte grafitpartikler.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til frembringelse af en grafitfri loddedygtig overflade på en formdel til elektriske kontakter, der består af sølv som grundmetal med deri fint og ensartet fordelte grafitpartikler i en mængde på op til ca. |5 vægt'jo.

Formdele til elektriske kontaktstykker fremstilles fortrinsvis af sølv, da dette metal har en høj elektrisk og termisk ledningsevne.

® Ved kontakter, som sluttes under tilbagespring af kontaktstykkerne og d" under lysbuedannelse, sker der imidlertid sammensvejsning af kontakt-“ stykkerne, så at disse kun kan skilles fra hinanden under kraftanven- delse (såkald svejsekraft). Man foretrækker derfor ofte sølvholdige t formdele, i hvilke grafitpartikler er fint og ensartet fordelt. Sådan-^ ne formdele har desuden den fordel, at der ved deres kontaktflade kun ^ optræder en ringe overgangsmodstand. Fremgangsmåder til fremstilling af sådanne formdele af sølv- og grafitholdigt sammensat materiale er 144154 2 kendt i pulvermetallurgien.

En følge af de.nne formindskede tilbøjelighed til sammensvejsning er imidlertid, at formdele af dette sammensatte materiale ikke uden videre kan forbindes med bæremetaller, f.eks. strømtilslutningerne. Således har f.eks. flydende loddemateriale ingen vedhængning ved den grafitholdige sølvoverflade, så at det selv ved anvendelse af de gængse flussmidler er tunuligt at udføre en hårdlodning.

Por alligevel at muliggøre en sikker forbindelse med bæremetallet fremstilles formdelene som tolags-stykker med et loddedygtigt lag. Det andet lag kan f.eks. være rent sølv eller en sølvlegering. Ved tynde formdele forøges imidlertid derved hele delens tykkelse. Således må f.eks. ved en formdel, hvis tykkelse ligger mellem 0,5 og 1 mm, det loddedygti-ge lag af tolerancegrund have en tykkelse på mellem o,2 og 0,3 mm, hvorfor det allerede optager en betydelig volumendel af hele formdelen.

Ved en anden kendt fremgangsmåde udbrændes grafitpartiklerne ved en varmebehandling i oxyderende atmosfære på den flade af den færdige formdel, der senere skal tjene som loddeflade. Derved opstår der i den oprindeligt af ét lag bestående formdel et grafitfrit lag, hvis tykkelse ved fremstillingen i de gængse produkt!onsovne udviser store variatiner. Således blev der ved betingelser, som var fastsat for et udbrændt lag på 0,05 mm, kun opnået en tolerance på t 0,04 mm. Denne lagtykkelse må imidlertid vælges så stor, at det flydende loddemateriale ved lodningen trænger tilstrækkelig dybt ind i 1oddefladen og giver en holdbar forbindelse. Denne fremgangsmåde kan derfor ligeledes kun anvendes ved tykkere formdele.

Opfindelsen har til opgave ved en formdel til elektriske kontakter, der består af sølv som grundmetal og i sølvet fint og ensartet fordelte grafitpar tikler i en mængde på op til ca. 5 vægt at tilvejebringe en loddedygtig overflade, hvorhos der ikke allerede ved fremstillingen af loddefladen skal være fastsat en bestemt mindstetykkelse af formdelen. Denne opgave løses ved, at formdelen underkastes en vådskuringsbehandling under samtidig anvendelse af skuresten.

Våd skuringsbehandlingen kan f.eks. foretages i en roterende tromle, i hvilken de ad pulvermetallurgisk vej ved sintring og presning fremstillede, færdig formede formdele, almindelige skuresten, som kan bestå af formstof, og en væske er anbragt. Ved tromlens rotation rives de ved formdelens overflade liggende grafitpartikler mekanisk ud ved skuring af delen mod hinanden og mod skurestenene. Samtidig tværes det forholdsvis bløde sølv ud over overfladen. De udvaskede grafitpartikler opsamles 3

UA15A

i væsken og skylles bort. Da der mellem de skurende flader almindeligvis befinder sig en væskefilm, udvaskes grafitdelene herved grundigt fra formdelenes overflade og suspenderes i væsken, uden at der skor en udtværing af grafitten på sølvoverfladen.

Da virkningen af væsken ved denne fremgangsmåde kun består i den mekaniske udvaskning og bortskylning af grafitpartiklerne, kan der hertil anvendes meget forskellige væsker såsom alkoholer, pertroleum, benzin, trichlorkulstof o.s.v. Tetrachlorkulstof er særlig egnet, da det har omtrent samme vægtfylde som grafitten, så at graftipartiklerne svæver i væskevolumenet. Mindre egnet er væsker som olier, der på den skurede overflade kan danne rester, som ville forringe overfladens modtagelighed ved lodningen. Ved anvendelsen af sådanne væsker måtte de skurede formdele yderligere vaskes med et opløsningsmiddel og befris for resterne.

Som regel er vand en billig og egnet væske til "vådskuringsbehandling". Fortrinsvis kan dertil vandet tilsættes overfladeaktive midler, f.eks. en detergent, hvorved udvaskningen og suspenderingen af grafitpartiklerne forbedres.

Overfladen af grafitholdige sølvdele har en grå farve, og der opstår grå streger, hvis man med overfladen stryger langs et stykke papir. Efter skurebehandlingen har formdelene ifølge opfindelsen imidlertid en lys sølvoverflade, på hvilken der ikke mere kan iagttages grafit-indeslutninger. En tværslibning viser, at grafitpartiklerne kun er overfladisk udvasket, og at de derved dannede hulrum delvis er udfyldt med sølv

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen egner sig navnlig til at påføre en loddeflade på af et lag bestående formdele. Den færdige formdel med loddefladen udviser så i hovedsagen en enkeltlagsopbygning, da en dofineret målelig tykkelse af det over overfladen udtværede sølv selv i tværslibning under lysmikroskop næppe kan angives. På de steder af overfladen, hvor der allerede før "vådskuringsbehandling" fandtes sølvkorn, er loddefladens "lagtykkelse" bestemt ved sølvkornenes størrelse. På de andre steder, hvor der oprindeligt lå grafitpartikler, er de ved udvaskningen opståede hulrum udfyldt med sølv i en dybde, som er meget forskellig, og som gennemsnitligt for det meste ligger omtrent mellem 0,5 og 10 ^um. Ihvertfald findes der i det derunder liggende lag atter gra-fitindeslutninger.

Dybden af den grafitfri overflade er i vid udstrækning uafhængig af varigheden af vådskuringsbehandlingen. Når nemlig de i overfladen siddende grafitpartikler først er udvasket og de opståede hulrum udfyldt med sølv, fjernes der ved en yderligere skuring kun sølv, ind til nyef dybere liggende grafitpartikler fritlægges, uden at "tykkelsen" af den grafitfri overflade tiltager.

144154 4

Ved den nævnte vådskuring i en tromle overtrækkes hele formdelen med en grafitfri overflade - altså ikke blot den til lodning bestemte loddeflade, men også kontaktfladen, ved hvilken grafitpartiklerne netop er ønskelige til formindskelse af svejsekraften ved koblingen af stærkere strømme (over 10 A). Dette er dog ingen ulempe, da der allerede ved den første indkobling af sådanne strømme i i lysbuen ødelægges et sølvlag, som ligger under 20 ^u. Den tilsigtede virkning af grafitpartiklerne kommer dermed atter til udfoldelse. Tværtimod bevirker den overalt ensartede loddedygtige overflade af formdelen en forenkling af loddeprocessen, da man nu ved flade formdele ikke mere behøver at skelne mellem en loddeflade og en kontaktflade. En yderligere fordel ved fremgangsmåden er, at formdelene samtidig kan afgrates under vådskuringsbehandlingen .

Den frembragte overflade udviser overraskende en god modtagelighed ved lodningen og giver en holdbar forbindelse, selvom der ikke foreligger noget grafitfrit lag, som er tykkere end 10 ^u-

Ved skuringen af grafitholdige sølvdele tværes der som regel grafit ud over overfladen, hvorved modtageligheden for flydende loddemateriale forringes yderligere. Således gjalt f.eks. ved grafitholdige sølv-formdele, på hvilke der er påført et andet, loddedygtigt lag, hidtil den regel, at de færdige formdele ikke måtte skures, for at 1oddedygtigheden af det andet lag ikke skulle forringes ved påsmøring af grafit. Det er derfor overraskende, at der ved vådskuringsbehandlingen opstår en flade, på hvilken der ikke er smurt grafit ud, og som er egnet som loddeflade.

Opfindelsen er nærmere forklaret i det følgende ved et udførelseseksempel.

Ad pulvermetallurgisk vej fremstilles enkeltlagsformdele af sølv og tre vægt grafit og med størrelsen 5 x 5 x 0,7 nim. I et bordskureapparat med en ståltromle på 8 liter indføres 3 kg af disse formdele, 2 kg tetraediske skuresten med en kantlængde på 4 mm samt 2 liter vand, til hvilket er tilsat 20 g af et almindeligt aluminiumbehandlingsmiddel som fremmer afslidningen. Tromlebehandlingen udføres ved et omdrejningstal på 64 omdrejninger pr.minut i en tid på 60 min. Efter skurebehandlin· gen frasigtes formdelene vaskes og tørres. De således fremstillede form-dele kan hårdloddes på kobberbærere med almindelige lodderaidler og iluss-midler, f.eks. cadmiumholdigt sølvlod (40 vægt f sølv) og boraxholdigt flussmiddel. Også en flussmiddelfri lodning med forforholdigt sølv-hård-lod på kobber er uden videre mulig. Desuden er fremgangsmåden til fremstilling af kontaktstykkerne ifølge opfindelsen lidet bekostelig.

Til afprøvning blev de på denne måde fremstillede formdele indsat i små automatafbrydere, hvorhos den nominelle strømstyrke androg fra 10 - 63 A og kortslutningsstrømmene indtil 2000 A.