EP0004824B1 - Means providing detachable contact beteween two conductors and method of coating a piece of aluminium with a layer of nickel - Google Patents

Means providing detachable contact beteween two conductors and method of coating a piece of aluminium with a layer of nickel Download PDF

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EP0004824B1
EP0004824B1 EP79420015A EP79420015A EP0004824B1 EP 0004824 B1 EP0004824 B1 EP 0004824B1 EP 79420015 A EP79420015 A EP 79420015A EP 79420015 A EP79420015 A EP 79420015A EP 0004824 B1 EP0004824 B1 EP 0004824B1
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EP
European Patent Office
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nickel
contact
layer
conductors
coated
Prior art date
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Expired
Application number
EP79420015A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0004824A2 (en
EP0004824A3 (en
Inventor
Michel Ladet
Jacques Lefebvre
Jos Patrie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Societe de Vente de lAluminium Pechiney SA
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Publication date
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Publication of EP0004824A2 publication Critical patent/EP0004824A2/en
Publication of EP0004824A3 publication Critical patent/EP0004824A3/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S205/00Electrolysis: processes, compositions used therein, and methods of preparing the compositions
    • Y10S205/917Treatment of workpiece between coating steps

Definitions

  • the field of the invention relates to the production of fixed or mobile electrical contacts on all kinds of aluminum parts such as bars, profiles of all types or pieces of equipment.
  • the new method applies, among other things, to the production of highly mechanically and thermally stressed contacts such as those made by plugging in and unplugging fingers from conductive bars. It also applies to the production of sliding contact systems such as those used in electric rotary machines with collector or ring. Finally, it can also be applied to the production of switches, contactors, circuit breakers or disconnectors.
  • the desired connections between these busbars and the user devices are made using fixed or removable devices, for example by means of movable contact fingers which are plugged into the busbars.
  • the bars thus tinned are made of conductive aluminum most often containing at least 99.5% of aluminum such as A5 (AFNOR standard), or of various aluminum alloys used as conductors such as AGS / L (standard AFNOR) which is more particularly suitable for molded parts.
  • the contact fingers are most often made of copper or copper-based alloys, such as, for example, brasses or bronzes.
  • the removable contact device according to the invention has the technical characteristics of claim 1.
  • the removable contact device makes it possible to ensure an electrical connection with low contact resistance, stable over time, between two conductors maintained in contact by elastic clamping, at least one of these conductors being made of aluminum.
  • This or these aluminum conductors is or are coated at least in the contact zone with a layer of electrolytic nickel.
  • Very good adhesion of this layer is achieved by modifying the surface condition of the substrate before carrying out the electrolytic deposition by means of a pre-deposition of a thin layer of nickel by chemical means followed by redissolution of this layer.
  • the invention also relates to the method which makes it possible to deposit, by electrolysis, a layer of unalloyed nickel of high adhesion directly on an aluminum substrate by virtue of a preliminary treatment of the surface of this substrate which comprises a pre-deposit of a thin layer of nickel. chemically followed by redissolution.
  • This process has the technical features of claim 5.
  • Aluminum parts are understood, from the point of view of the application of the method which is the subject of the invention, all non-alloy aluminum parts used as conductor such as parts in A5, or other aluminum grades unalloyed and also all parts made of aluminum-based alloys used as conductors, such as parts made of AGS / L or even AS7G.
  • this surface preparation allows both a complete elimination of the oxidized layer and the obtaining of a surface having a particular appearance, observable with the electron microscope which promotes the attachment of the nickel deposit.
  • the quality of the electrical contact can be further improved by bringing the nickel-coated aluminum part into contact with a silver-coated part, the core of which is aluminum or copper. It is well understood that, for the application, of the method according to the invention, it is to be understood by aluminum, nickel, silver or copper, these metals in the non-alloyed state with their usual impurities, the level of which is variable according to applications and also alloys based on aluminum, nickel, silver or copper which can be used as electrical conductors.
  • the remarkable quality of the contact devices according to the invention is due in the first place to the effectiveness of the nickel layer which protects the aluminum and also to the particular properties of the contact couple nickel / silver.
  • the nickel layer which protects the aluminum and also to the particular properties of the contact couple nickel / silver.
  • other metals can be substituted for silver, but at the cost of significantly lower performance.
  • the electrolytic process for direct deposition of nickel which also constitutes one of the objects of the invention, comprises an initial step of temporary pre-deposition of nickel, by means of a bath of determined composition, in the absence of electric current. This pre-deposition is then eliminated and then the final coating layer of nickel is deposited by electrolytic means.
  • the microscopic examinations carried out during the various stages of this treatment showed that the combination of a pre-deposit, of nickel by chemical means followed by a redissolution of this deposit, made it possible to obtain a surface state at the both perfectly deoxidized and having a particular appearance which constitutes an exceptionally effective bonding base for the deposition of final nickel which will then be carried out.
  • the nickel coating obtained by the process thus developed exhibits exceptional adhesion in cold and hot conditions, which allows the production of particularly durable contact elements.
  • nickel has, compared to other aluminum covering metals, such as copper, zinc or tin, the advantage of great thermal stability.
  • the diffusion of nickel in aluminum remains low and without drawback, even at temperatures where the tin and zinc are already melted.
  • Nickel also has the advantage of being a much less rare metal than tin, less expensive, and the price of which is not subject to speculative variations in the magnitude of those which strike tin or copper. .
  • the temperature is preferably between 20 and 50 ° C.
  • the contact time is short: a few seconds to a few tens of seconds.
  • the current density is from 2 to 20 A / dm2.
  • the thickness of the Ni layer is determined according to the applications. It will most often be from about 3 to about 25 pm. Other baths can also be used. One can, in particular, use baths allowing the deposition of nickel-based alloys.
  • Nickel-plated sections of AGS / L aluminum alloy bars 40 x 6 mm in cross section were used for making sliding contacts by skewering.
  • the contact time was 15 seconds at 30 ° C.
  • the electrolysis is carried out between nickel anodes and the bars to be covered. We operate at 40 ° C. with a current density of 3 A / dm 2 for 25 min.
  • the Ni layer obtained has a thickness of approximately 15 microns.
  • Figures 1 to 4 show an embodiment of a contact finger.
  • a contact finger consists of two elastic blades, generally called fishplates, (1) and (2) made of copper or a copper-based alloy of approximately 10 x 2 mm in cross-section, formed so as to be able to pinch elastically.
  • a contact bar (3) of approximately 40 x 6 mm in cross section.
  • Contact between the finger and the operating circuit is ensured in the same way by pinching a strip (4) connected to this circuit.
  • Springs (5) and (6) mounted on the axis (7) ensure the elastic clamping of the assembly with a clamping force of approximately 1 kg.
  • the curvature of the fishplates in the area (8) and (8 ') is such that, practically, the contact bars / fishplates is located at the end of these in (9) and (10).
  • Figure 5 shows the test device schematically.
  • the aluminum bar (10) of 40 x 6 mm section is fixed at its two ends in the jaws of an alternating traction / compression machine, not shown. In this way, the bar is subjected to alternating forces along the XY axis with a frequency of 155 Hertz. These efforts are reflected at the level of contacts by alternative micro-shifts comparable to those which occur in electrical installations.
  • the compressive tensile stress applied to the bar is ⁇ 80 MPa.
  • the first five pairs which correspond to the techniques practiced in the usual way for making contacts by skewering, relate to contacts comprising an AGS / L bar covered by electrolytic deposition with a layer of tin 17 ⁇ m thick on an under layer of bronze.
  • the copper fingers are either bare or covered with tin or nickel, or a tin-nickel alloy, or silver.
  • the other five pairs which implement the method according to the invention comprise an AGS / L bar covered with 15 ⁇ m of nickel, as described in the example and a second series of 5 copper fingers identical to the first series .
  • Each of these fingers is connected at its other end with contact bars (19) and (20) which are connected to a source of direct current not shown.
  • each of the fishplates such as (21) and (22) and the bar (18) is ensured by means of silver contact pads (23) and (24) whose flat and parallel bearing faces have the shape of a 3 x 3 mm square.
  • One of the faces of each of these pads is brazed to the splint and the other is in abutment on the surface of the bar section.
  • the thickness of these pellets is approximately 1 mm and the clamping pressure of the fishplates of the order of 1 kg. ensures good contact between each pellet and the silver surface of the bar on which it comes to rest.
  • the distance D between the fingers (16) and (17) at their contact with the bar (18) via the silver pellets is 50 mm between axes.
  • a recording voltmeter is connected to the ends of the fishplates at the contact pads. It measures the evolution of voltage as a function of time. The intensity of the direct current is fixed once and for all at a constant value of 25 amperes. We therefore see that we can deduce from a simple voltage measurement an overall electrical resistance 'R "which is the sum of the contact resistances between the two fingers and the bar plus the resistances for current flow through the bar section located between the two fingers. As for the contact resistance between silver layer and nickel layer, it is practically negligible.
  • the bars thus coated with nickel are susceptible to brazing treatments at relatively high temperature, without separation of the nickel layer.
  • This is how it is possible to connect by brazing using a Cd / Ag alloy with 95% Cd and 5% Ag bars made of AGS / L coated with nickel by the method described in the example. .
  • This brazing alloy has a melting point between 340 ° and 395 ° C.
  • the nickel layer which, according to the invention, covers an aluminum substrate, a thin layer of silver.
  • a deposition will be carried out for example by electrolysis in a silver cyanide bath, as has been said above.
  • Tests have been carried out to study the abrasion behavior of electrical contacts, one of the two contact elements of which is made of aluminum coated with nickel and then silver, the other element being a copper finger, comprising pellets of silver contact brazed at the ends of the fishplates, identical to the one shown in figure 7.
  • This finger is plugged in as in the case which has just been described on a section of AGS / L bar 40 x 6 mm in section, covered 15 ⁇ m of nickel plus 3 ⁇ M of silver as described above.
  • a known device makes it possible to subject the section of bar at the frequency of 3,600 cycles / h of alternating displacements in its plane, of approximately 6 mm of amplitude, the finger and, consequently, the silver contact pads remaining fixed. .
  • the contact surface of these pellets with the bar is the same as in the previous example, ie 9 mm 2 each.
  • the clamping force of the two fishplates against each other is also the same, i.e. 1 kg.
  • Table II below shows the total mass losses in mmg resulting from the wear of the contacts between the bar and the finger. The voltage drop at these contacts is also given. It was measured between the ends of the fishplates at the contact pads and the bar in the immediate vicinity of the contact area.
  • This deposit of silver therefore makes it possible to combine the remarkable qualities of a layer of nickel with high adhesion deposited directly on an aluminum substrate with the well-known qualities of silver for making electrical contacts.
  • the two contact elements of which are made of aluminum coated with nickel by the method according to the invention. It is also possible to coat at least one of the aluminum contact elements with a layer of silver deposited on a layer of nickel.
  • devices according to the invention comprising contact parts made of nickel-plated aluminum on which a contact plate made of copper, or silver, or a contact alloy or pseudo-alloy, resistant to the impact of short-lived electric arcs and also abrasion. It is then possible to use such devices for establishing and breaking under load of circuits, and also for sliding contacts such as those made on manifolds and rings.

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Description

Le domaine de l'invention concerne la réalisation de contacts électriques fixes ou mobiles sur toutes sortes de pièces en aluminium telles que barres, profilés de tous types ou pièces d'appareillage.The field of the invention relates to the production of fixed or mobile electrical contacts on all kinds of aluminum parts such as bars, profiles of all types or pieces of equipment.

La nouvelle méthode s'applique, entre autres, à la réalisation de contacts fortement sollicités mécaniquement et thermiquement tels que ceux réalisés par embrochage et débrochage de doigts sur des barres conductrices. Elle s'applique aussi à la réalisation de systèmes à contacts glissants tels que ceux qu'on emploie dans les machines tournantes électriques à collecteur ou à bague. Enfin, elle peut s'appliquer aussi à la réalisation d'interrupteurs, contacteurs, disjoncteurs ou sectionneurs.The new method applies, among other things, to the production of highly mechanically and thermally stressed contacts such as those made by plugging in and unplugging fingers from conductive bars. It also applies to the production of sliding contact systems such as those used in electric rotary machines with collector or ring. Finally, it can also be applied to the production of switches, contactors, circuit breakers or disconnectors.

Le développement considérable de l'aluminium comme conducteur électrique est bien connu. Il a supplanté le cuivre dans un grand nombre d'utilisations principalement à cause d'un prix de revient nettement inférieur. Cependant, dans la plupart des applications pour lesquelles des problèmes de contacts doivent être résolus, le cuivre conserve un avantage technique grâce à son aptitude à la jonction par soudure tendre et à la réalisation de contacts de faible résistance électrique par serrage mécanique, à la limite sans préparation de surface particulière.The considerable development of aluminum as an electrical conductor is well known. It has replaced copper in a large number of uses mainly because of a much lower cost price. However, in most applications for which contact problems must be resolved, copper retains a technical advantage thanks to its ability to join by soft soldering and to produce contacts of low electrical resistance by mechanical tightening, at the limit without special surface preparation.

Pour améliorer les caractéristiques de contact de l'aluminium conducteur, il est connu de le revêtir d'une couche d'étain de 4 à 20,u d'épaisseur déposée sur une sous couche de zinc ou de bronze.To improve the contact characteristics of conductive aluminum, it is known to coat it with a layer of tin from 4 to 20 μm thick deposited on a sub-layer of zinc or bronze.

C'est ainsi que des jeux de barres conductrices en aluminium, revêtues d'étain, sont développés, qui remplacent des barres semblables en cuivre pour la réalisation de canalisations de distribution d'électricité dans des locaux industriels ou dans les colonnes montantes des grands immeubles. Les liaisons voulues entre ces jeux de barres et les appareils d'utilisation sont réalisées à l'aide de dispositifs fixes ou amovibles par exemple au moyen de doigts de contact mobiles qu'on embroche sur les barres conductrices. Les barres ainsi étamées sont en aluminium conducteur contenant le plus souvent au moins 99,5% d'aluminium tel que l'A5 (norme AFNOR), ou en divers alliages d'aluminium utilisés comme conducteurs tels que l'AGS/L (norme AFNOR) qui convient plus spécialement pour les pièces moulées. Les doigts de contact sont le plus souvent en cuivre ou en alliages à base de cuivre, tels que, par exemple, les laitons ou les bronzes.This is how sets of aluminum busbars, coated with tin, are developed, which replace similar copper bars for the production of electricity distribution pipes in industrial premises or in the risers of large buildings. . The desired connections between these busbars and the user devices are made using fixed or removable devices, for example by means of movable contact fingers which are plugged into the busbars. The bars thus tinned are made of conductive aluminum most often containing at least 99.5% of aluminum such as A5 (AFNOR standard), or of various aluminum alloys used as conductors such as AGS / L (standard AFNOR) which is more particularly suitable for molded parts. The contact fingers are most often made of copper or copper-based alloys, such as, for example, brasses or bronzes.

Dans le cas de dispositifs à contacts amovibles, l'expérience a montré que ces installations dont on attendait une grande robustesse souffraient d'un vieillissement rapide dû essentiellement à la dégradation de la qualité des contacts entre barres en aluminium étamé et doigts de contact. Cette dégradation, plus ou moins rapide suivant les caractéristiques des pièces de contact et l'intensité du courant qui les traverse se traduit par une augmentation progressive de la résistance de contact qui entraîne des échauffements. Ces échauffements provoquent ou accélèrent des processus d'oxydation et, peu à peu, les contacts sont gravement endommagés, ce qui peut entraîner des pannes et des pertes de production.In the case of devices with removable contacts, experience has shown that these installations, which were expected to be very robust, suffered from rapid aging due essentially to the degradation of the quality of the contacts between tinned aluminum bars and contact fingers. This degradation, more or less rapid depending on the characteristics of the contact parts and the intensity of the current flowing through them, results in a progressive increase in the contact resistance which leads to overheating. These overheating cause or accelerate oxidation processes and, gradually, the contacts are severely damaged, which can lead to breakdowns and production losses.

En utilisant au contact de jeux de barres en aluminium étamé des doigts en cuivre nu ou étamé, les premiers incidents résultant de mauvais contacts se produisent souvent après seulement six mois à un an d'utilisation.By using bare or tinned copper fingers in contact with tinned aluminum busbars, the first incidents resulting from bad contacts often occur after only six months to a year of use.

Au cours des recherches effectuées dans le but de trouver une solution à ces problèmes de contact électrique sur aluminium, on a constaté que l'un des facteurs essentiels du processus de dégradation de ces contacts est l'usure des couches superficielles des surfaces en appui l'une contre l'autre, usure provoquée par un mouvement vibratoire alternatif d'origine mécanique ou électrique en liaison avec la fréquence du courant. Ce mouvement vibratoire, qui résulte des interactions entre champ et courant alternatif produit une sorte de phénomène de fretting corrosion qui a pour effet l'abrasion superficielle des couches de revêtement des conducteurs et, en particulier, de la couche d'étain qui protège l'aluminium. Il est aisé de comprendre que l'élimination au moins partielle du revêtement entraîne l'oxydation du métal sous-jacent. Cette oxydation favorise, à son tour, un échauffement de la zone de contact qui s'oxyde alors de façon accélérée. Dès qu'un tel processus est amorcé, la destruction totale du contact devient prévisible à plus ou moins brève échéance. La publication IEEE Transactions on Industry Applications, Volume IA-9 n°3, Mais-Juin 1973, pages 326-331, décrit des liaisons électriques boulonnées entre un conducteur ou un connecteur en aluminium nu (non plated) et divers accessoires éléc- triques pourvus d'un revêtement qui est de préférence du nickel. Ce revêtement est réalisé, par exemple, sur des pièces en aluminium par voie électrolytique en bain de Watts sur une couche intermédiaire d'étain, de cuivre ou de bronze, qui permet une bonne tenue du dépôt de Ni en particulier vis-à-vis de la corrosion. Les essais décrits montrent que, à condition que ta- force de serrage initiale soit suffisante pour détruire les minces films qui sont toujours présents à la surface des métaux, et à condition d'obtenir une interface fixe sans déplacements relatifs en utilisation, on peut conserver une faible résistance de contact. Cette publication ne propose pas de moyen permettant d'obtenir une faible résistance de contact stable dans le temps, dans le cas où l'interface n'est pas fixe.In the course of research carried out with the aim of finding a solution to these problems of electrical contact on aluminum, it has been found that one of the essential factors in the process of degradation of these contacts is the wear of the surface layers of the bearing surfaces l 'against each other, wear caused by an alternating vibratory movement of mechanical or electrical origin in connection with the frequency of the current. This vibratory movement, which results from interactions between field and alternating current produces a kind of fretting corrosion phenomenon which has the surface abrasion of the coating layers of the conductors and, in particular, of the tin layer which protects the aluminum. It is easy to understand that at least partial removal of the coating leads to the oxidation of the underlying metal. This oxidation favors, in turn, a heating of the contact zone which then oxidizes in an accelerated way. As soon as such a process is initiated, the total destruction of the contact becomes foreseeable sooner or later. The publication IEEE Transactions on Industry Applications, Volume IA-9 n ° 3, Mais-Juin 1973, pages 326-331, describes bolted electrical connections between a bare aluminum conductor or connector (unplated) and various electrical accessories provided with a coating which is preferably nickel. This coating is produced, for example, on aluminum parts electrolytically in a Watts bath on an intermediate layer of tin, copper or bronze, which allows good resistance of the deposit of Ni in particular with respect to corrosion. The tests described show that, provided that the initial clamping force is sufficient to destroy the thin films which are always present on the surface of metals, and provided that a fixed interface is obtained without relative displacements in use, it is possible to keep low contact resistance. This publication does not provide a means for obtaining a low contact resistance which is stable over time, in the case where the interface is not fixed.

La demande de brevet allemand DE.OS 2 337 171 décrit une méthode de réalisation de contacts électriques sur des pièces en aluminium moulé dans laquelle on dépose par projection au plasma, une couche d'accrochage d'alliage AINi qu'on recouvre ensuite d'une couche d'argent ou de cuivre. La réaction exothermique qui se produit lors du dépôt de la couche d'accrochage lui donne une forte adhérence et une faible porosité. La rugosité de cette couche facilite l'accrochage ultérieur de l'argent ou du cuivre. Comme le montre la description, ce procédé convient plus particulièrement à la réalisation de pièces de contact de petites dimensions telles que celles qui sont montées sur des disjoncteurs isolés au SF6.DE.OS German patent application 2,337,171 describes a method of producing electrical contacts on cast aluminum parts in which a plasma bonding layer of AINi alloy is deposited by plasma spraying, which is then covered with a layer of silver or copper . The exothermic reaction which occurs during the deposition of the bonding layer gives it strong adhesion and low porosity. The roughness of this layer facilitates the subsequent bonding of silver or copper. As the description shows, this process is more particularly suitable for producing contact parts of small dimensions such as those which are mounted on circuit breakers insulated with SF 6 .

On a recherché plus particulièrement la possibilité de réaliser de tels contacts en déposant sur le ou les conducteurs en aluminium, au moins dans la zone de contact, une couche de nickel, sans couche intermédiaire, présentant une grande adhérence vis-à-vis du substrat. Le dispositif à contact amovible selon l'invention présente les caractéristiques techniques de la revendication 1.We sought more particularly the possibility of making such contacts by depositing on the aluminum conductor (s), at least in the contact area, a nickel layer, without an intermediate layer, having a high adhesion with respect to the substrate. . The removable contact device according to the invention has the technical characteristics of claim 1.

Le dispositif à contact amovible suivant l'invention permet d'assurer une liaison électrique à faible résistance de contact, stable dans le temps, entre deux conducteurs maintenus en contact par serrage élastique, l'un au moins de ces conducteurs étant en aluminium. Ce ou ces conducteurs en aluminium est ou sont revêtus au moins dans la zone de contact d'une couche de nickel électrolytique.The removable contact device according to the invention makes it possible to ensure an electrical connection with low contact resistance, stable over time, between two conductors maintained in contact by elastic clamping, at least one of these conductors being made of aluminum. This or these aluminum conductors is or are coated at least in the contact zone with a layer of electrolytic nickel.

Une très bonne adhérence de cette couche est réalisée en modifiant l'état de surface du substrat avant d'effectuer le dépôt électrolytique au moyen d'un prédépôt d'une mince couche de nickel par voie chimique suivi d'une redissolution de cette couche.Very good adhesion of this layer is achieved by modifying the surface condition of the substrate before carrying out the electrolytic deposition by means of a pre-deposition of a thin layer of nickel by chemical means followed by redissolution of this layer.

L'invention concerne également le procédé qui permet de déposer par électrolyse une couche de nickel non allié de grande adhérence directement sur un substrat en aluminium grâce à un traitement préalable de la surface de ce substrat qui comporte un prédépôt d'une mince couche de nickel par voie chimique suivi d'une redissolution. Ce procédé présente les caractéristiques techniques de la revendication 5.The invention also relates to the method which makes it possible to deposit, by electrolysis, a layer of unalloyed nickel of high adhesion directly on an aluminum substrate by virtue of a preliminary treatment of the surface of this substrate which comprises a pre-deposit of a thin layer of nickel. chemically followed by redissolution. This process has the technical features of claim 5.

On entend par pièces en aluminium, du point de vue de l'application de la méthode qui fait l'objet de l'invention, toutes pièces en aluminium non allié utilisées comme conducteur telles que des pièces en A5, ou autres nuances d'aluminium non allié et aussi toutes pièces en alliages à base d'aluminium utilisés comme conducteurs, telles que des pièces en AGS/L ou encore en AS7G.Aluminum parts are understood, from the point of view of the application of the method which is the subject of the invention, all non-alloy aluminum parts used as conductor such as parts in A5, or other aluminum grades unalloyed and also all parts made of aluminum-based alloys used as conductors, such as parts made of AGS / L or even AS7G.

Les caractéristiques tout à fait particulières d'adhérence du dépôt de nickel réalisé sans couche intermédiaire résultent de la préparation de surface effectuée sur les pièces en aluminium avant recouvrement.The very specific characteristics of adhesion of the nickel deposit produced without an intermediate layer result from the surface preparation carried out on the aluminum parts before coating.

Comme on le verra, cette préparation de surface permet à la fois une élimination complète de la couche oxydée et l'obtention d'une surface présentant un aspect particulier, observable au microscope électronique qui favorise l'accrochage du dépôt de nickel.As will be seen, this surface preparation allows both a complete elimination of the oxidized layer and the obtaining of a surface having a particular appearance, observable with the electron microscope which promotes the attachment of the nickel deposit.

Il est possible d'améliorer encore la qualité du contact électrique en mettant la pièce en aluminium revêtue de nickel en contact avec une pièce revêtue d'argent dont l'âme est de l'aluminium ou du cuivre. Il est bein entendu que, pour l'application, de la méthode suivant l'invention, il faut entendre par aluminium, nickel, argent ou cuivre, ces métaux à l'état non allié avec leurs impuretés habituelles, dont le niveau est variable suivant les applications et aussi les alliages à base d'aluminium, nickel, argent ou cuivre qui sont susceptibles d'être utilisés comme conducteurs électriques.The quality of the electrical contact can be further improved by bringing the nickel-coated aluminum part into contact with a silver-coated part, the core of which is aluminum or copper. It is well understood that, for the application, of the method according to the invention, it is to be understood by aluminum, nickel, silver or copper, these metals in the non-alloyed state with their usual impurities, the level of which is variable according to applications and also alloys based on aluminum, nickel, silver or copper which can be used as electrical conductors.

Comme l'ont montré les essais, la qualité remarquable des dispositifs de contact suivant l'invention, est due en premier lieu à l'efficacité de la couche de nickel qui protège l'aluminium et aussi aux propriétés particulières du couple de contact nickel/argent. On verra que d'autres métaux peuvent être substitués à l'argent, mais au prix de performances sensiblement inférieures.As the tests have shown, the remarkable quality of the contact devices according to the invention is due in the first place to the effectiveness of the nickel layer which protects the aluminum and also to the particular properties of the contact couple nickel / silver. We will see that other metals can be substituted for silver, but at the cost of significantly lower performance.

L'une des principales difficultés qu'il a fallu vaincre pour réaliser les dispositifs suivant l'invention a été la réalisation d'un revêtement de nickel direct sur les pièces de contact en aluminium, en l'absence de toute couche intermédiaire.One of the main difficulties which had to be overcome in order to produce the devices according to the invention was the production of a direct nickel coating on the aluminum contact parts, in the absence of any intermediate layer.

En effet, on a constaté que, pour avoir une bonne tenue à chaud, il fallait proscrire le dépôt; de couches intermédiaires de métaux tels que l'étain, le zinc, le cuivre ou le bronze qui tendent à diffuser le métal sous-jacent souvent avec formation de composés intermétalliques fragilisants. Enfin, il est souhaitable de faire appel à une méthode de dépôt électrolytique utilisant des bains stables et de composition aussi simple que possible de façon à revêtir les pièces de contact dans les meilleures conditions de prix de revient.Indeed, it was found that, to have a good heat resistance, it was necessary to prohibit the deposit; intermediate layers of metals such as tin, zinc, copper or bronze which tend to diffuse the underlying metal often with the formation of embrittling intermetallic compounds. Finally, it is desirable to use an electrolytic deposition method using stable baths and of composition as simple as possible so as to coat the contact parts under the best cost conditions.

Le procédé électrolytique de dépôt direct de nickel qui constitue également un des objets de l'invention comporte une étape initiale de pré- dépôt temporaire de nickel, au moyen d'un bain de composition déterminée, en l'absence de courant électrique. On élimine ensuite ce pré- dépôt puis on effectue, par voie électrolytique, le dépôt de la couche de revêtement définitive de nickel. Les examens microscopiques effectués au cours des différentes étapes de ce traitement ont montré que la combinaison d'un pré-dépôt, de nickel par voie chimique suivi d'une redissolution de ce dépôt, permettait l'obtention d'un état de surface à la fois parfaitement désoxydé et présentant un aspect particulier qui constitue une base d'accrochage exceptionnellement efficace pour le dépôt de nickel définitif qui sera ensuite effectué.The electrolytic process for direct deposition of nickel, which also constitutes one of the objects of the invention, comprises an initial step of temporary pre-deposition of nickel, by means of a bath of determined composition, in the absence of electric current. This pre-deposition is then eliminated and then the final coating layer of nickel is deposited by electrolytic means. The microscopic examinations carried out during the various stages of this treatment showed that the combination of a pre-deposit, of nickel by chemical means followed by a redissolution of this deposit, made it possible to obtain a surface state at the both perfectly deoxidized and having a particular appearance which constitutes an exceptionally effective bonding base for the deposition of final nickel which will then be carried out.

Comme on le verra effectivement ci-après, le revêtement de nickel obtenu par le procédé ainsi mis au point présente une adhérence exceptionnelle à froid et à chaud, qui permet la réalisation d'élements de contacts particulièrement durables. En effet, le nickel présente par rapport aux autres métaux de recouvrement de l'aluminium, tels que le cuivre, le zinc ou l'étain, l'avantage d'une grande stabilité thermique. C'est ainsi que la diffusion du nickel dans l'aluminium reste faible et sans inconvénient, même à des températures où l'étain et le zinc sont déjà fondus. Le nickel a également l'avantage d'être un métal beaucoup moins rare que l'étain, moins coûteux, et dont le prix n'est pas soumis à des variations spéculatives de l'ampleur de celles qui frappent l'étain ou le cuivre.As will be seen effectively below, the nickel coating obtained by the process thus developed exhibits exceptional adhesion in cold and hot conditions, which allows the production of particularly durable contact elements. Indeed, nickel has, compared to other aluminum covering metals, such as copper, zinc or tin, the advantage of great thermal stability. Thus, the diffusion of nickel in aluminum remains low and without drawback, even at temperatures where the tin and zinc are already melted. Nickel also has the advantage of being a much less rare metal than tin, less expensive, and the price of which is not subject to speculative variations in the magnitude of those which strike tin or copper. .

Cette opération de nickelage direct peut être effectuée soit en traitement continu, soit discontinu sur des pièces qui seront utilisées ensuite pour la réalisation de tous types de contacts. Cette opération comporte les étapes suivantes:

  • - les pièces à recouvrir, après si nécessaire un décapage, subissent un pré-dépôt sans passage de courant dans un bain fluoborique contenant du nickel. C'est une solution aqueuse contenant:
    Figure imgb0001
This direct nickel plating operation can be carried out either in continuous or discontinuous treatment on parts which will then be used for the production of all types of contacts. This operation includes the following steps:
  • - the parts to be covered, after if necessary pickling, undergo a pre-deposition without current flow in a fluoboric bath containing nickel. It is an aqueous solution containing:
    Figure imgb0001

La température est comprise de préférence entre 20 et 50°C.The temperature is preferably between 20 and 50 ° C.

Le temps de contact est court: quelques secondes à quelques dizaines de secondes.The contact time is short: a few seconds to a few tens of seconds.

  • - le très faible dépôt de nickel ainsi réalisé est ensuite redissout par exemple au moyen d'un bain nitrofluorhydrique contenant:
    Figure imgb0002
    the very weak deposit of nickel thus produced is then redissolved, for example by means of a hydrofluoric acid bath containing:
    Figure imgb0002

Il suffit de quelques minutes de contact à température comprise entre 20 et 50°C.It only takes a few minutes of contact at a temperature between 20 and 50 ° C.

  • - les pièces ainsi préparées sont ensuite nickelées par une méthode électrolytique connue. On peut utiliser, par exemple, le bain de nickelage contenant:
    Figure imgb0003
    - The parts thus prepared are then nickel-plated by a known electrolytic method. One can use, for example, the nickel-plating bath containing:
    Figure imgb0003

La densité de courant est de 2 à 20 A/dm2.The current density is from 2 to 20 A / dm2.

L'épaisseur de la couche de Ni est déterminée en fonction des applications. Elle sera, le plus souvent, d'environ 3 à environ 25 pm. D'autres bains peuvent aussi être utilisés. On peut, en particulier, faire appel à des bains permettant le dépôt d'alliages à base de nickel.The thickness of the Ni layer is determined according to the applications. It will most often be from about 3 to about 25 pm. Other baths can also be used. One can, in particular, use baths allowing the deposition of nickel-based alloys.

ExempleExample

On a revêu de nickel des tronçons de barres en alliage d'aluminium AGS/L de 40 x 6 mm de section, destinées, à la réalisation de contacts glissants par embrochement.Nickel-plated sections of AGS / L aluminum alloy bars 40 x 6 mm in cross section were used for making sliding contacts by skewering.

On a opéré de la façon suivante:

  • 1. Dégraissage alcalin par une solution aqueuse à 15 g/I de DIVERSEY 708 (marque de la Société DIVERSEY FRANCE) à une température de 60°C. durée du traitement: 5 nm.
  • 2. Décapage alcalin par une solution aqueuse à 50 g/I d'Aluminux (marque de DIVERSEY FRANCE) à une température de 50°C. - durée du traitement: 5 mn.
  • 3. Neutralisation fluonitrique (N03H: 400 g/I; HF: 15 g/I), 30 secondes.
  • 4. Pré-dépôt de nickel en l'absence de courant électrique au moyen d'une solution aqueuse contenant:
    Figure imgb0004
We operated as follows:
  • 1. Alkaline degreasing with an aqueous solution at 15 g / I of DIVERSEY 708 (brand of the company DIVERSEY FRANCE) at a temperature of 60 ° C. duration of treatment: 5 nm.
  • 2. Alkaline pickling with a 50 g / I aqueous solution of Aluminux (DIVERSEY FRANCE brand) at a temperature of 50 ° C. - duration of treatment: 5 min.
  • 3. Fluonitric neutralization (NO 3 H: 400 g / I; HF: 15 g / I), 30 seconds.
  • 4. Pre-deposition of nickel in the absence of electric current by means of an aqueous solution containing:
    Figure imgb0004

Le temps de contact a été de 15 secondes à 30°C.The contact time was 15 seconds at 30 ° C.

5. Dissolution du dépôt de nickel au moyen d'un bain fluonitrique contenant:

Figure imgb0005
durant 3 mn à environ 20°C.5. Dissolution of the nickel deposit by means of a fluonitric bath containing:
Figure imgb0005
for 3 min at around 20 ° C.

; 6. Nickelage électrolytique au moyen d'une solution aqueuse contenant:

Figure imgb0006
; 6. Electrolytic nickel plating using an aqueous solution containing:
Figure imgb0006

L'électrolyse est effectuée entre des anodes en nickel et les barres à recouvrir. On opère à 40°C. avec une densité de courant de 3 A/dm2 pendant 25 mn. La couche de Ni obtenue a une épaisseur d'environ 15 microns.The electrolysis is carried out between nickel anodes and the bars to be covered. We operate at 40 ° C. with a current density of 3 A / dm 2 for 25 min. The Ni layer obtained has a thickness of approximately 15 microns.

On a ensuite comparé la qualité de contacts par embrochements réalisés entre ces barres et des doigts de contact comportant différents revêtements, avec celle de contacts réalisés entre des barres identiques revêtues d'étain et des doigts de contact semblables. La qualité des contacts a été appréciée par un essai dit de fretting corrosion qui consiste à soumettre les surfaces en contact sous pression à des microglissements alternés qui reproduisent, dans une certaine mesure, ce qui se produit dans la réalité sous l'action des forces résultant des interactions champ/courant alternatif avec des fréquences le plus souvent doubles de la fréquence de base de ce courant.We then compared the quality of contacts by skewering made between these bars and contact fingers having different coatings, with that of contacts made between identical bars coated with tin and similar contact fingers. The quality of the contacts was assessed by a so-called fretting corrosion test, which consists in subjecting the surfaces in contact under pressure to alternating microglissions which reproduce, to a certain extent, what occurs in reality under the action of the resulting forces. field / alternating current interactions with frequencies most often double the base frequency of this current.

Les figures suivantes permettent de comprendre les conditions de l'essai effectué:

  • La figure 1 est une vue en élévation d'un doigt de contacta
  • La figure 2 est une vue en plan d'un doigt de contact.
  • La figure 3 est une vue d'un doigt de contact fixé sur une lame support et embroché dans une barre.
  • La figure 4 représente un détail de la figure 3.
  • La figure 5 est une vue schématique en plan du dispositif d'essai.
  • La figure 6 est un schéma d'un dispositif de mesure de résistance de contact entre revêtement et substrat.
  • La figure 7 est un détail en coupe de la figure 6.
The following figures help to understand the conditions of the test carried out:
  • Figure 1 is an elevational view of a contact finger
  • Figure 2 is a plan view of a contact finger.
  • Figure 3 is a view of a contact finger fixed on a support blade and plugged into a bar.
  • FIG. 4 represents a detail of FIG. 3.
  • Figure 5 is a schematic plan view of the testing device.
  • FIG. 6 is a diagram of a device for measuring contact resistance between coating and substrate.
  • FIG. 7 is a detail in section of FIG. 6.

Les figures 1 à 4 représentent un mode de réalisation d'un doigt de contact. On voit que celui-ci est constitué de deux lames élastiques, généralement appelées éclisses, (1) et (2) en cuivre ou en alliage à base de cuivre d'environ 10 x 2 mm de section, formées de façon à pouvoir pincer élastiquement une barre de contact (3) d'environ 40 x 6 mm de section. Le contact entre le doigt et le circuit d'utilisation est assuré de la même façon par pincement d'une bande (4) raccordée à ce circuit. Des ressorts (5) et (6) montés sur l'axe (7) assurent le serrage élastique de l'ensemble avec une force de serrage d'environ 1 kg. La courbure des éclisses dans la zone (8) et (8') est telle que, pratiquement, le contact barres/éclisses se localise à l'extrémité de celles-ci en (9) et (10).Figures 1 to 4 show an embodiment of a contact finger. We see that it consists of two elastic blades, generally called fishplates, (1) and (2) made of copper or a copper-based alloy of approximately 10 x 2 mm in cross-section, formed so as to be able to pinch elastically. a contact bar (3) of approximately 40 x 6 mm in cross section. Contact between the finger and the operating circuit is ensured in the same way by pinching a strip (4) connected to this circuit. Springs (5) and (6) mounted on the axis (7) ensure the elastic clamping of the assembly with a clamping force of approximately 1 kg. The curvature of the fishplates in the area (8) and (8 ') is such that, practically, the contact bars / fishplates is located at the end of these in (9) and (10).

La figure 5 représente le dispositif d'essai de façon schématique. La barre en aluminium (10) de 40 x 6 mm de section est fixée à ses deux extrémités dans les mâchoires d'une machine de traction/compression alternée, non représentée. De cette façon, la barre est soumise à des efforts alternatifs suivant l'axe XY avec une fréquence de 155 Hertz. Ces efforts se traduisent au niveau des contacts par des microglissements alternatifs comparables à ceux qui se produisent dans les installations électriques.Figure 5 shows the test device schematically. The aluminum bar (10) of 40 x 6 mm section is fixed at its two ends in the jaws of an alternating traction / compression machine, not shown. In this way, the bar is subjected to alternating forces along the XY axis with a frequency of 155 Hertz. These efforts are reflected at the level of contacts by alternative micro-shifts comparable to those which occur in electrical installations.

Quatre doigts identiques à celui représenté figures 1 à 4, repérés (11), (12), (13) et (14) sont fixés par une extrémité à une pièce fixe (15) solidaire d'un socle non représenté.Four fingers identical to that shown in Figures 1 to 4, identified (11), (12), (13) and (14) are fixed by one end to a fixed part (15) secured to a base not shown.

La contrainte de traction compression appliquée à la barre est de ± 80 MPa.The compressive tensile stress applied to the bar is ± 80 MPa.

Chaque essai effectué a consisté à soumettre chaque contact entre doigt et barre à 200.000 cycles de traction compression.Each test carried out consisted in subjecting each contact between finger and bar to 200,000 compression tensile cycles.

On a expérimenté 10 couples différents.We experienced 10 different couples.

Les cinq premiers couples qui correspondent aux techniques pratiquées de façon habituelle pour la réalisation de contacts par embrochement concernent des contacts comportant une barre en AGS/L recouverte par dépôt électrolytique d'une couche d'étain de 17 µm d'épaisseur sur sous couche de bronze. Les doigts en cuivre sont soit nus, soit recouverts d'étain ou de nickel, ou d'alliage étain-nickel, ou d'argent.The first five pairs, which correspond to the techniques practiced in the usual way for making contacts by skewering, relate to contacts comprising an AGS / L bar covered by electrolytic deposition with a layer of tin 17 μm thick on an under layer of bronze. The copper fingers are either bare or covered with tin or nickel, or a tin-nickel alloy, or silver.

Les cinq autres couples qui mettent en oeuvre la méthode suivant l'invention comportent une barre en AGS/L recouverte de 15 ym de nickel, de la façon décrite dans l'exemple et une deuxième série de 5 doigts en cuivre identiques à la première série.The other five pairs which implement the method according to the invention comprise an AGS / L bar covered with 15 μm of nickel, as described in the example and a second series of 5 copper fingers identical to the first series .

Chacun des dix couples ainsi définis a été expérimenté 4 fois, c'est-à-dire qu'on a utilisé pour chaque couple, 4 doigts identiques au contact de tronçons de barres en AGS/L revêtus soit de nickel, soit d'étain et la valeur du résultat a été déterminée en mesurant la surface des taches d'oxydation formées à la surfaces des barres après 200.000 cycles.Each of the ten couples thus defined was tested 4 times, that is to say that for each couple, 4 identical fingers were used in contact with sections of AGS / L bars coated either with nickel or with tin. and the value of the result was determined by measuring the area of the oxidation spots formed on the surfaces of the bars after 200,000 cycles.

Le tableau I ci-dessous donne les résultats obtenus:

Figure imgb0007
Table I below gives the results obtained:
Figure imgb0007

Ces résultats montrent tout d'abord que le revêtement d'étain résiste mal aux phénomènes de fretting corrosion. Ils montrent, par voie de conséquence, que, pour chaque groupe de deux couples comportant un doigt semblable, c'est toujours celui qui comporte la barre nickelée qui donne le meilleur résultat. Enfin, l'association d'un doigt recouvert d'argent avec une barre en AGS/L nickelée donne un résultat particulièrement remarquable et tout à fait imprévu.These results show first of all that the tin coating does not resist fretting corrosion phenomena well. They show, consequently, that, for each group of two couples comprising a similar finger, it is always the one which comprises the nickel-plated bar which gives the best result. Finally, the combination of a silver-coated finger with a nickel-plated AGS / L bar gives a particularly remarkable and completely unexpected result.

Des essais complémentaires ont été effectués pour évaluer la qualité des revêtements de nickel réalisés suivant l'invention.Additional tests were carried out to assess the quality of the nickel coatings produced according to the invention.

On a tout d'abord étudié l'influence d'un vieillissement à 200°C. sur la résistance électrique de contact entre la couche de nickel et le substrat. Pour cela, des tronçons de barre en AGS/L de 40 x 6 mm de section, revêtus de la façon décrite dans l'exemple d'une épaisseur de 15 ,um de nickel, ont été revêtus d'une couche supplémentaire de 3 µm d'argent. Ce dernier dépôt a été effectué de façon connue, par électrolyse en bain de cyanure.We first studied the influence of aging at 200 ° C. on the electrical resistance of contact between the nickel layer and the substrate. For this, sections of AGS / L bar 40 x 6 mm in section, coated as described in the example with a thickness of 15 μm of nickel, were coated with an additional layer of 3 μm. silver. This latter deposition was carried out in a known manner, by electrolysis in a cyanide bath.

Le montage utilisé pour mesurer la résistance de contact est représenté figures 6 et 7.The assembly used to measure the contact resistance is shown in Figures 6 and 7.

Deux doigts (16) et (17) en cuivre, de mêmes dimensions que ceux décrits au début de l'exemple et représentés aux figures 1 à 4, sont embrochés sur un tronçon de barre (18) en AGS/L de 40 x 6 mm de section revêtu comme on vient de le dire de 1 5µm de nickel + 3 µm d'argent. Chacun de ces doigts est embroché par son autre extrémité avec des barres de contact (19) et (20) qui sont reliées à une source de courant continu non représentée.Two copper fingers (16) and (17), of the same dimensions as those described at the start of the example and shown in FIGS. 1 to 4, are connected to a section of bar (18) in AGS / L of 40 × 6 mm of section coated as we have just said with 1 5 µm of nickel + 3 µm of silver. Each of these fingers is connected at its other end with contact bars (19) and (20) which are connected to a source of direct current not shown.

Le contact entre les extrémités de chacune des éclisses telles que (21) et (22) et la barre (18) est assuré au moyen de pastilles de contact en argent (23) et (24) dont les faces d'appui planes et parallèles ont la forme d'un carré de 3 x 3 mm de côté. Une des faces de chacune de ces pastilles est brasée à l'éclisse et l'autre est en appui sur la surface du tronçon de barre. L'épaisseur de ces pastilles est d'environ 1 mm et la pression de serrage des éclisses de l'ordre de 1 kg. permet d'assurer un bon contact entre chaque pastille et la surface argentée de la barre sur laquelle elle vient en appui.The contact between the ends of each of the fishplates such as (21) and (22) and the bar (18) is ensured by means of silver contact pads (23) and (24) whose flat and parallel bearing faces have the shape of a 3 x 3 mm square. One of the faces of each of these pads is brazed to the splint and the other is in abutment on the surface of the bar section. The thickness of these pellets is approximately 1 mm and the clamping pressure of the fishplates of the order of 1 kg. ensures good contact between each pellet and the silver surface of the bar on which it comes to rest.

La distance D entre les doigts (16) et (17) au niveau de leur contact avec la barre (18) par l'intermédiaire des pastilles d'argent est de 50 mm entre axes.The distance D between the fingers (16) and (17) at their contact with the bar (18) via the silver pellets is 50 mm between axes.

Un voltmètre enregistreur (V) est raccordé aux extrémités des éclisses au niveau des pastilles de contact. Il permet de mesurer l'évolution de la tension en fonction du temps. L'intensité du courant continu est fixée une fois pour toutes à une valeur constante de 25 ampères. On voit donc qu'on peut déduire d'une simple mesure de tension une résistance électrique globale 'R" qui est la somme des résistances de contact entre les deux doigts et la barre majorée des résistances de passage du courant à travers le tronçon de barre situé entre les deux doigts. Quant à la résistance de contact entre couche d'argent et couche de nickel, elle est pratiquement négligeable. On a constaté, à la suite d'essais d'étalonnage que, grâce à un bon ajustage des contacts entre pastilles d'arqent et surface argentée de la barre, la valeur initiale de R n'est que faiblement supérieure à la somme des deux résistances de contact entre la couche de nickel et le substrat qui se trouvent en série. Une évolution de R en fonction du temps traduit donc une évolution correspondante de cette résistance de contact. Cette évolution a été étudiée au cours d'un essai de 1000 h. pendant lequel le montage décrit a été maintenu dans une enceinte à 200°C. en atmosphère d'air sec.A recording voltmeter (V) is connected to the ends of the fishplates at the contact pads. It measures the evolution of voltage as a function of time. The intensity of the direct current is fixed once and for all at a constant value of 25 amperes. We therefore see that we can deduce from a simple voltage measurement an overall electrical resistance 'R "which is the sum of the contact resistances between the two fingers and the bar plus the resistances for current flow through the bar section located between the two fingers. As for the contact resistance between silver layer and nickel layer, it is practically negligible. It was noted, following calibration tests that, thanks to a good adjustment of the contacts between arqent pellets and silver surface of the bar, the initial value of R is only slightly higher than the sum of the two contact resistances between the nickel layer and the substrate which are in series. time therefore reflects a corresponding change in this contact resistance. This change was studied during a 1000 h test, during which the assembly described was maintained in an enclosure at 200 ° C. in a dry air atmosphere. .

Les résultats suivants sont chacun la moyenne de 10 essais différents:

Figure imgb0008
The following results are each the average of 10 different tests:
Figure imgb0008

On voit qu'après une légère augmentation initiale, la résistance de contact ne varie pratiquement plus en fonction du temps. Il convient de remarquer que, par comparaison, des revêtements d'étain sur aluminium résistent mal à des séjours de quelques centaines d'heures à 200°C., des phénomènes de diffusion de l'étain dans la sous-couche intermédiaire puis dans l'aluminium sous-jacent se produisent rapidement.It can be seen that after a slight initial increase, the contact resistance practically no longer varies as a function of time. It should be noted that, by comparison, tin coatings on aluminum are poorly resistant to stays of a few hundred hours at 200 ° C., phenomena of tin diffusion in the intermediate sublayer and then in the underlying aluminum occurs quickly.

Des essais de pliage à 90° ont été effectués sur des tronçons de barres en AGS/L de 40 x 6 mm de section recouverts de 15 jum de Ni, suivant norme ASTM B 571, avant et après vieillissement de 1000 h à 200°C. On n'a observé aucun décollement de la couche de nickel dans la zone de pliage. Un pliage poussé jusqu'à 180° n'a pas entraîné davantage de décollement.Bending test at 90 ° were carried out on bar sections in AGS / L of 40 x 6 mm section covered 15 j um Ni, standard ASTM B 571, before and after aging 1000 hours at 200 ° vs. No delamination of the nickel layer was observed in the bending zone. Folding up to 180 ° did not result in further delamination.

D'autres tronçons des mêmes barres ont subi des essais d'exposition en brouillard salin pendant des durées de 100 à 400 h. suivant norme NF 41002. Au cours de ces essais, on n'a pas non plus observé de décollement de la couche de nickel.Other sections of the same bars underwent salt spray exposure tests for periods of 100 to 400 h. according to standard NF 41002. During these tests, no separation of the nickel layer was observed either.

On a également revêtu d'une couche de 15 jum de nickel des plaquettes en AGS/L de 64 x 72 x 2 mm suivant la méthode décrite dans l'exemple. Ces plaquettes ont ensuite été chauffées localement jusqu'à une température' voisine du point de fusion de l'aluminium en 6 à 7 mn. On s'est arrangé pour obtenir sur chaque plaquette, sur une surface de l'ordre de 1 ou 2 cm2, un début de fusion de l'aluminium. Après refroidissement, on a observé que la couche de nickel avait conservé toutes ses propriétés d'adhérence.Was also coated with a layer 15 j um nickel platelets AGS / L of 64 x 72 x 2 mm following the method described in Example. These plates were then heated locally to a temperature close to the melting point of aluminum in 6 to 7 min. We have managed to obtain on each wafer, on a surface of the order of 1 or 2 cm 2 , an initial melting of the aluminum. After cooling, it was observed that the nickel layer had retained all of its adhesion properties.

Enfin, les barres ainsi revêtues de nickel sont susceptibles de subir des traitements de brasage à relativement haute température, sans décollement de la couche de nickel. C'est ainsi qu'il est possible de raccorder par brasage au moyen d'un alliage Cd/Ag à 95% de Cd et 5% d'Ag des barres en AGS/L revêtues de nickel par la méthode décrite dans l'exemple. Cet alliage de brasage a un point de fusion compris entre 340° et 395°C. Il est possible aussi, au moyen du même alliage, de braser des barres en AGS/L revêtues de nickel par la méthode décrite dans l'exemple avec d'autres métaux, tels que le cuivre, l'argent ou des alliages de cuivre ou d'argent en utilisant des flux classiques pour la mise en oeuvre de telles brasures. Ceci montre le grand avantage de ce revêtement de nickel par rapport aux revêtements usuels à base d'étain pour lesquels seules les soudures à l'étain ou à l'étain-plomb sont réalisables avec des caractéristiques mécaniques relativement médiocres.Finally, the bars thus coated with nickel are susceptible to brazing treatments at relatively high temperature, without separation of the nickel layer. This is how it is possible to connect by brazing using a Cd / Ag alloy with 95% Cd and 5% Ag bars made of AGS / L coated with nickel by the method described in the example. . This brazing alloy has a melting point between 340 ° and 395 ° C. It is also possible, using the same alloy, to braze bars made of AGS / L coated with nickel by the method described in the example with other metals, such as copper, silver or copper alloys or silver using conventional fluxes for the implementation of such solders. This shows the great advantage of this nickel coating compared to the usual tin-based coatings for which only tin or tin-lead solders can be produced with relatively poor mechanical characteristics.

Pour certaines applications particulières, dans le but d'améliorer encore la qualité des contacts, on peut déposer sur la couche de nickel, qui recouvre, suivant l'invention, un substrat en aluminium, une mince couche d'argent. Un tel dépôt sera réalisé par exemple par électrolyse en bain de cyanure d'argent, comme cela a été dit plus haut.For certain particular applications, in order to further improve the quality of the contacts, it is possible to deposit on the nickel layer, which, according to the invention, covers an aluminum substrate, a thin layer of silver. Such a deposition will be carried out for example by electrolysis in a silver cyanide bath, as has been said above.

Des essais ont été faits pour étudier le comportement à l'abrasion de contacts électriques dont l'un des deux éléments de contact est en aluminium recouvert de nickel puis d'argent, l'autre élément étant un doigt en cuivre, comportant des pastilles de contact en argent brasées aux extrémités des éclisses, identique à celui qui est représenté figure 7. Ce doigt est embroché comme dans le cas qui vient d'être décrit sur un tronçon de barre en AGS/L de 40 x 6 mm de section, recouvert de 15 µm de nickel plus 3 jMm d'argent de la façon décrite précédemment. Un dispositif connu permet de faire subir au tronçon de barre à la fréquence de 3.600 cycles/h des déplacements alternés dans son plan, d'environ 6 mm d'amplitude, le doigt et, par conséquent, les pastilles de contact en argent restant fixes. La surface de contact de ces pastilles avec la barre est la même que dans l'exemple précédent, soit 9 mm2 chacune. La force de serrage des deux éclisses l'une contre l'autre est également la même, soit 1 kg.Tests have been carried out to study the abrasion behavior of electrical contacts, one of the two contact elements of which is made of aluminum coated with nickel and then silver, the other element being a copper finger, comprising pellets of silver contact brazed at the ends of the fishplates, identical to the one shown in figure 7. This finger is plugged in as in the case which has just been described on a section of AGS / L bar 40 x 6 mm in section, covered 15 µm of nickel plus 3 µM of silver as described above. A known device makes it possible to subject the section of bar at the frequency of 3,600 cycles / h of alternating displacements in its plane, of approximately 6 mm of amplitude, the finger and, consequently, the silver contact pads remaining fixed. . The contact surface of these pellets with the bar is the same as in the previous example, ie 9 mm 2 each. The clamping force of the two fishplates against each other is also the same, i.e. 1 kg.

Une alimentation stabilisée de type connu reliée, d'une part au doigt et d'autre part au tronçon de barre, délivre un courant constant alternatif de 250 A qui traverse le contact entre barre et doigt. Ce courant élève la température de la barre d'environ 75°C. au-dessus de l'ambiante (soit environ 100°C. pour une température ambiante de 25°C.)A stabilized supply of known type connected, on the one hand to the finger and on the other hand to the bar section, delivers a constant alternating current of 250 A which passes through the contact between bar and finger. This current raises the bar temperature by about 75 ° C. above the ambient (about 100 ° C. for an ambient temperature of 25 ° C.)

On a effectué une série d'essais d'usure des contacts. Au cours de chacun de ces essais, le contact barre/doigt a subi 15 à 20.000 cycles.A series of contact wear tests was performed. During each of these tests, the bar / finger contact underwent 15 to 20,000 cycles.

On a suivi l'usure des contacts résultant du cyclage, à la fois par perte de masse et par variation de chute de tension.The contact wear resulting from cycling was followed, both by loss of mass and by variation in voltage drop.

Dans le tableau Il ci-après, figurent les pertes de masse totales en mmg résultant de l'usure des contacts entre la barre et le doigt. La chute de tension au niveau de ces contacts est aussi donnée. Elle a été mesurée entre l'extrémité des éclisses au niveau des pastilles de contact et la barre au voisinage immédiat de la zone de contact.Table II below shows the total mass losses in mmg resulting from the wear of the contacts between the bar and the finger. The voltage drop at these contacts is also given. It was measured between the ends of the fishplates at the contact pads and the bar in the immediate vicinity of the contact area.

Ces résultats montrent une très faible usure des contacts, malgré de sévères conditions de frottement, et une diminution des chutes de tension de contact due peut-être à une sorte de polissage des surfaces de contact.These results show a very low wear of the contacts, in spite of severe friction conditions, and a reduction in the drops in contact voltage possibly due to a kind of polishing of the contact surfaces.

Ce dépôt d'argent permet donc de combiner les remarquables qualités d'une couche de nickel de grande adhérence déposée directement sur un substrat en aluminium avec les qualités bien connues de l'argent pour la réalisation de contacts électriques.

Figure imgb0009
This deposit of silver therefore makes it possible to combine the remarkable qualities of a layer of nickel with high adhesion deposited directly on an aluminum substrate with the well-known qualities of silver for making electrical contacts.
Figure imgb0009

On voit que la nouvelle méthode qui fait l'objet de l'invention permet de réaliser des dispositifs de contact qui ont des caractéristiques de résistance aux sollicitations mécaniques et thermiques tout à fait remarquables qui les rendent aptes à l'emploi dans les conditions de travail les plus rigoureuses.It can be seen that the new method which is the subject of the invention makes it possible to produce contact devices which have very remarkable characteristics of resistance to mechanical and thermal stresses which make them suitable for use in working conditions. the most rigorous.

Ces dispositifs de contact peuvent faire l'objet de très nombreuses variantes qui ne sortent pas du domaine de l'invention.These contact devices can be the subject of very numerous variants which do not depart from the field of the invention.

On peut, en particulier, réaliser pour certaines applications des dispositifs dont les deux éléments de contact sont en aluminium recouvert de nickel par la méthode suivant l'invention. On peut aussi revêtir l'un au moins des éléments de contact en aluminium d'une couche d'argent déposée sur une couche de nickel.It is possible, in particular, to produce for certain applications devices the two contact elements of which are made of aluminum coated with nickel by the method according to the invention. It is also possible to coat at least one of the aluminum contact elements with a layer of silver deposited on a layer of nickel.

On peut aussi réaliser au moyen des dispositifs suivant l'invention toutes sortes d'appareils permettant d'établir ou d'interrompre des liaisons électriques et, en particulier, des prises de courant et des interrupteurs pour usage domestique ou professionnel, et aussi certains types de contacteurs ou disjoncteurs.It is also possible to produce, by means of the devices according to the invention, all kinds of apparatus making it possible to establish or interrupt electrical connections and, in particular, sockets and switches for domestic or professional use, and also certain types. of contactors or circuit breakers.

On peut aussi réaliser des conducteurs de grande longueur revêtus de nickel d'une extrémité à l'autre afin de pouvoir réaliser des contacts statiques en n'importe quel point.It is also possible to produce long conductors coated with nickel from one end to the other in order to be able to make static contacts at any point.

On peut, enfin, envisager des dispositifs suivant l'invention comportant des pièces de contact en aluminium nickelé sur lesquelles on apporte par brasage une plaquette de contact en cuivre, ou en argent, ou en un alliage ou pseudo-alliage de contact, résistant à l'impact d'arcs électriques de courte durée et aussi à l'abrasion. Il est alors possible d'utiliser de tels dispositifs pour l'établissement et la rupture en charge de circuits, et aussi pour des contacts glissants tels que ceux réalisés sur les collecteurs et les bagues.Finally, it is possible to envisage devices according to the invention comprising contact parts made of nickel-plated aluminum on which a contact plate made of copper, or silver, or a contact alloy or pseudo-alloy, resistant to the impact of short-lived electric arcs and also abrasion. It is then possible to use such devices for establishing and breaking under load of circuits, and also for sliding contacts such as those made on manifolds and rings.

Claims (6)

1. A device for disengageable contact between two conductors (3 and 1-2 or 18 and 21-22) wherein the contact between the two conductors is maintained by a resilient gripping action and wherein at least one of the two conductors is of aluminium, characterised in that the conductor or conductors comprising aluminium is or are coated, at least in the contact region, by an electrolytic nickel layer, the surface condition of the substrate having been modified beforehand by a preliminary deposit of a thin layer of nickel which is produced chemically by means of an aqueous solution containing:
Figure imgb0014
followed by redissolution of that layer.
2. A device according to claim 1 characterised in that the nickel-coated aluminium conductor is in contact with a conductor coated with silver.
3. A device according to claim 1 characterised in that the nickel-coated aluminium conductor is coated with silver at least in the contact region.
4. A device according to one of claims 1 to 3 characterised in that the contact between the two conductors is a sliding contact.
5. A process for coating a component of aluminium with a layer of non-alloyed nickel in direct contact with the substrate, wherein the nickel is deposited by electrolysis, characterised in that a preliminary deposit of a thin layer of nickel is produced chemically, by placing the aluminium component to be coated with an aqueous solution containing:
Figure imgb0015
said preliminary deposit then being removed before the definitive protective layer is deposited.
6. A process according to claim 5 characterised in that the deposit of the definitive protective layer of nickel is produced by electrolysis from an aqueous solution containing nickel sulphamate, boric acid and nickel chloride.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59205079A (en) * 1983-05-04 1984-11-20 Toyo Kako Kk Plastics valve and manufacturing method thereof
ATE38741T1 (en) * 1984-05-18 1988-12-15 Sprecher Energie Ag VACUUM SWITCH.
JPH0528067Y2 (en) * 1984-12-29 1993-07-19
JP2531752Y2 (en) * 1991-10-29 1997-04-09 株式会社サクラクレパス Applicator
US5601695A (en) * 1995-06-07 1997-02-11 Atotech U.S.A., Inc. Etchant for aluminum alloys
US5703757A (en) * 1996-01-31 1997-12-30 Alcoa Fujikura Limited Electronic vehicular junction box having reduced size and weight
CA2304360C (en) * 2000-03-20 2009-06-30 S&C Electric Company Contact arrangement for electrical power distribution switch or the like
JP4593013B2 (en) * 2001-06-04 2010-12-08 古河電気工業株式会社 Aluminum alloy conductor
FI113912B (en) * 2001-12-13 2004-06-30 Outokumpu Oy Connector terminal with additive coating
US7137751B2 (en) * 2003-03-14 2006-11-21 Societe Bic S.A. Writing instrument with cushioning element
US9154008B2 (en) * 2012-10-02 2015-10-06 Siemens Industry, Inc. Hybrid rotor bar assemblies, electric motors including hybrid rotor bar assemblies, and methods of assemblying same

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA520363A (en) * 1956-01-03 A. Payette Joseph Electrical contact
US1144000A (en) * 1914-01-19 1915-06-22 Aluminum Francais Soc D Treament of surfaces of aluminum or alloys of aluminum in order to prepare them for receiving a metallic deposit.
GB438228A (en) * 1934-08-25 1935-11-13 London Aluminium Company Ltd A new or improved process for the plating of aluminium
US2171546A (en) * 1938-05-03 1939-09-05 Aluminum Co Of America Surface preparation
FR910536A (en) * 1944-04-24 1946-06-11 Galvanostegie Almeta Sa De Process for covering the surface of an aluminum or aluminum alloy object with an adherent metal coating
US2746136A (en) * 1951-08-01 1956-05-22 Pechiney Prod Chimiques Sa Treatment of aluminum and its alloys prior to electro-plating with lead
NL6412706A (en) * 1964-11-02 1966-05-03
US3472742A (en) * 1966-03-15 1969-10-14 Webb James E Plating nickel on aluminum castings
US3497655A (en) * 1968-01-10 1970-02-24 Motorola Inc Clad metal contacts for reed switches
US3666529A (en) * 1969-04-02 1972-05-30 Atomic Energy Commission Method of conditioning aluminous surfaces for the reception of electroless nickel plating
US3562467A (en) * 1969-06-04 1971-02-09 Engelhard Min & Chem Electrical contact
US3667991A (en) * 1970-02-02 1972-06-06 Texas Instruments Inc Processes for nickel plating metals
US3726771A (en) * 1970-11-23 1973-04-10 Stauffer Chemical Co Process for chemical nickel plating of aluminum and its alloys
BE791008A (en) * 1971-11-09 1973-05-07 Citroen Sa IMPROVEMENTS TO THE METHODS FOR FORMING ON A WALL EXPOSED TO FRICTION FORCES AND BELONGING TO A LIGHT ALLOY PART, OF A WEAR-RESISTANT COMPOSITE METAL COATING
BE788470A (en) * 1971-11-12 1973-01-02 Buckbee Mears Co IMPROVED PROCESS FOR INCREASING THE RIGIDITY OF IMPRESSIO SCREENS
JPS5143098B2 (en) * 1972-06-19 1976-11-19
DE2337171A1 (en) * 1973-07-21 1975-04-03 Bbc Brown Boveri & Cie Double coated aluminium contact for switchgear - with aluminium-nickel and copper or silver coatings
US4122215A (en) * 1976-12-27 1978-10-24 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Electroless deposition of nickel on a masked aluminum surface

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Publication number Publication date
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ES482845A1 (en) 1980-05-16
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