EP0088220A2 - Kontaktelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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- EP0088220A2 EP0088220A2 EP83100717A EP83100717A EP0088220A2 EP 0088220 A2 EP0088220 A2 EP 0088220A2 EP 83100717 A EP83100717 A EP 83100717A EP 83100717 A EP83100717 A EP 83100717A EP 0088220 A2 EP0088220 A2 EP 0088220A2
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- H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
- H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion
- H01H2011/046—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion by plating
Definitions
- the invention relates to a contact element which, on a preferably ferromagnetic carrier material, has at least two contact layers electroplated one above the other, of which the outer layer consists of rhodium and the second layer below it consists of a noble metal.
- the invention also relates to a method for producing such contact elements.
- the object of the invention is therefore to provide a contact element with a noble metal contact layer and a rhodium coating, which maintains a low contact resistance even at high switching numbers and does not tend to cold welding.
- this object is achieved in that the noble metal layer consists of silver and the rhodium protective layer has a thickness between 0.2 ⁇ m and 2 ⁇ m.
- the wafer-rhodium-coated contact elements coated with silver according to the invention do not tend to cold welding or gluing even after a long service life and thereby maintain a largely constant low contact resistance.
- the contact resistance is even more constant than with correspondingly thin rhodium-plated contact layers made of gold or gold alloys.
- the contacts according to the invention the additional advantages that result from the use of the contact material silver. Silver is much cheaper than gold and also more resilient as a contact material.
- rhodium-plated silver contacts are less resistive than pure rhodium contacts. Particularly good results can be achieved with a rhodium layer thickness between 0.3 ⁇ m and 1 ⁇ m.
- the thickness of the silver layer is advantageously between 1 and 10 microns, preferably 2 to 5 microns. Beneath the silver layer, a nickel layer with a thickness of about 2 to 4 ⁇ m and, if appropriate, a copper layer with a thickness of 2 to 10 ⁇ m are advantageously provided in order to achieve a diffusion barrier between the preferably ferromagnetic carrier material and the silver contact layer.
- Table 1 shows the development of the contact resistance for the different contact layers:
- the same batches as in Table 1 were used to investigate the tendency to stick (cold sweat).
- the table shows the contact material used in the second column and the number of adhesive contacts in new condition in the third column.
- the term “adhesive” or “adhesive contact” was defined in such a way that the response value of the relay is increased by 15% or more compared to normal operation when it is first activated.
- an electrolyte is expediently used which is largely free of gloss additives and wetting agents and which is advantageously deposited using wave plating technology.
- the rhodium layer which expediently has a sulfur content of 4 to 7% by weight, is advantageously produced using spray plating technology ("jet plating"). This allows. achieve the layer thickness of the protective layer particularly precisely. It is also advantageous to anneal the contact element after the contact layers have been applied.
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Abstract
Das Kontaktelement besitzt eine Kontaktschicht aus Silber in einer Dicke von vorzugsweise 2 bis 10 µm, welche mit einer Schutzschicht aus Rhodium in einer Dicke von 0,2 bis 2 µm überzogen ist. Beide Schichten werden galvanisch aufgebracht, wobei die Rhodiumschutzschicht vorzugsweise in Spritzgalvaniktechnik erzeugt wird. Diese hauchrhodinierten Silberschichten besitzen einen konstant geringen Kontaktwiderstand bei gleichzeitig sehr geringer Klebeneigung.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktelement, welches auf einem vorzugsweise ferromagnetischem Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die äußere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zweite Schicht aus einem Edelmetall besteht. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Kontaktelemente.
- Bei Mehrschichtkontakten für Relais und dergleichen ist es bekannt, die eigentliche Kontaktschicht aus Gold oder einer Goldlegierung zu fertigen und diese dann zur Verminderung der Kaltschweißneigung mit einer dünnen Rhodiumschicht zu überziehen ("Elektronik" 15/1981, Seite 58/59). Um durch die-Rhodiumschicht den Kontaktwiderstand nicht allzu sehr zu erhöhen, wird diese Schutzschicht kleiner 1 µm, meist in der Größenordnung von 0,1 µm Dicke gewählt. Die bisher bekannten rhodinierten Gold- oder Goldlegierungsschichten zeigen zwar in den meisten Anwendungsfällen befriedigende Ergebnisse, bezüglich des Kontaktwiderstandes und der Kaltschweißneigung, aber auch wegen der Kosten sind Verbesserungen wünschenswert.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kontaktelement mit einer Edelmetall-Kontaktschicht und einem Rhodiumüberzug zu schaffen, welches auch bei hohen Schaltzahlen einen geringen Kontaktwiderstand beibehält und nicht zum Kaltschweißen neigt.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Edelmetallschicht aus Silber besteht und die RhodiumSchutzschicht eine Dicke zwischen 0,2 µm und 2 µm besitzt.
- Die erfindungsgemäß mit Silber beschichteten und hauchrhodinierten Kontaktelemente neigen auch nach langer Lebensdauer noch nicht zum Kaltschweißen bzw. Kleben und behalten dabei einen weitgehend konstant niedrigen Kontaktwiderstand bei. Überraschenderweise ist der Kontaktwiderstand sogar konstanter als bei entsprechend hauchrhodinierten Kontaktschichten aus Gold oder Goldlegierungen. Darüber hinaus haben . die erfindungsgemäßen Kontakte die zusätzlichen Vorteile, die sich aus der Verwendung des Kontaktmaterials Silber ergeben. So ist Silber wesentlich billiger als Gold und als Kontaktwerkstoff auch belastbarer.
- Bis zu einer Schichtdicke von etwa 2 µm Rhodium sind rhodinierte Silberkontakte.niederohmiger als reine Rhodiumkontakte. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen bei einer Rhodiumschichtdicke zwischen 0,3 µm und 1 µm. Die Dicke der Silberschicht beträgt zweckmäßigerweise zwischen 1 und 10 µm, vorzugsweise 2 bis 5 µm. Unterhalb der Silberschicht wird zweckmä-Bigerweise eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 2 bis 4 µm und darunter gegebenenfalls noch eine Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 µm vorgesehen, um eine Diffusionssperre zwischen dem vorzugsweise ferromagnetischen Trägermaterial und der Silber-Kontaktschicht zu erzielen.
- Nachfolgend werden anhand der Tabellen 1 und 2 einige Versuchsergebnisse dargestellt, die einen Vergleich zwischen den erfindungsgemäßen rhodinierten Silberschichten von Relaiskontakten und entsprechend rhodinierten Goldkobaltschichten hinsichtlich ihres Kontaktwiderstandes und ihrer Klebneigung zeigen.
- In Tabelle 1 ist die Entwicklung des Kontaktwiderstandes bei den verschiedenen Kontaktschichten gezeigt:
- Im Neuzustand lagen die Kontaktwiderstände aller Schichten, also sowohl der rhodinierten Silberschichten als auch der rhodinierten Gold-Kobaltschichten unter 40 mΩ. Die rhodinierten Silberschichten blieben mit ihrem Kontaktwiderstand bis zum Ende der Messung bei 10 Schaltspielen immer unter 50 mΩ, während bei den Gold- Kobaltschichten dieser Wert ab 105 Schaltspielen sporadisch überschritten wurde.
- Zur Untersuchung der Klebneigung (Kaltschweißneigung) wurden die gleichen Chargen wie in Tabelle 1 verwendet. In der Tabelle ist in der zweiten Spalte der jeweils verwendete Kontaktwerkstoff und in der dritten Spalte die Zahl der klebenden Kontakte im Neuzustand dargestellt. Für die Messung wurde der Begriff "Kleber" bzw. "klebender Kontakt" so definiert, daß der Ansprechwert des Relais beim ersten Ansprechen gegenüber dem normalen Betrieb um 15 % oder mehr überhöht ist.
- Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß die hauchrhodinierten Silberschichten im Neuzustand bei keinem einzigen Kontakt Klebneigung eigten, während dies bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschicnten bei einem Relais der Fall war. Bei den hauchrhodinierten Silberschichten trat bis zum Versuchsende nach 10 Schaltspielen kein Kleben auf, während bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschichten über 2,5·106 Schaltspielen - insbesondere bei geringer Rhodiumschichtdicke - verstärkt Kontaktkleben festgestellt wurde. Insgesamt zeigt sich aufgrund der Versuchsergebnisse, daß die erfindungsgemäßen hauchrhodinierten Silberkontaktschichten, auch bei hohen Schaltspielzahlen sowohl konstant niedrige Übergangswiderstände als auch eine äußerst geringe Klebneigung im Vergleich zu den untersuchten Gold-Kobaltschichten zeigen.
- Für das Aufbringen der Silberkontaktschicht wird zweckmäßigerweise ein Elektrolyt verwendet, der weitgehend frei von Glanzzusätzen und Netzmitteln ist und vorteilhafterweise in Schwallgalvaniktechnik abgeschieden wird. Die Rhodiumschicht, die zweckmäßigerweise einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt, wird dagegen vorteihafterweise in Spritzgalvaniktechnik ("Jet-Plating") erzeugt. Dadurch läßt sich. die Schichtdicke der Schutzschicht besonders genau erzielen..Von Vorteil ist es außerdem, das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten zu tempern.
Claims (9)
1. Kontaktelement, welches auf einem vorzugsweise ferromagnetischem Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die äußere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zweite Schicht aus einem Edelmetall besteht, dadurch gekennzeichnet , daß die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,2 µm und 2 µm besitzt und die darunter liegende Edelmetallschicht aus Silber besteht.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,3 und 1 µm besitzt.
3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet , daß die Rhodiumschicht einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt.
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Silberschicht eine Dicke von 1 bis 10 µm, vorzugsweise 2 bis 5 µm besitzt.
5.Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb der Silberschicht eine Nickelschicht mit einer Dicke von 2 bis 4 µm liegt.
6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Trägermaterial und der Edelmetallschicht eine zusätzliche Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 µm vorgesehen ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf das gegebenenfalls mit Kupfer und/oder Nickel beschichtete Trägermaterial nacheinander die Silberschicht in Bad- oder Schwallgalvaniktechnik und dann die Rhodiumschicht in Spritzgalvaniktechnik aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß für das Aufbringen der Silberschicht ein besonders reiner Elektrolyt, der weitgehend frei von Glanzzusätzen und Netzmitteln ist, verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten getempert wird.
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