EP0586411B1 - Materiau de contact a base d'argent pour l'utilisation dans des appareils de commutation en technologie des courants forts, ainsi que procede pour la fabrication de pieces de contact en ce materiau - Google Patents

Materiau de contact a base d'argent pour l'utilisation dans des appareils de commutation en technologie des courants forts, ainsi que procede pour la fabrication de pieces de contact en ce materiau Download PDF

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EP0586411B1 EP92909684A EP92909684A EP0586411B1 EP 0586411 B1 EP0586411 B1 EP 0586411B1 EP 92909684 A EP92909684 A EP 92909684A EP 92909684 A EP92909684 A EP 92909684A EP 0586411 B1 EP0586411 B1 EP 0586411B1
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contact
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Wolfgang Haufe
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material

Definitions

  • the invention relates to an improvement in a silver-based contact material for use in switchgear in power engineering, in particular for contact pieces in low-voltage switches, which, in addition to silver, contains at least one higher-melting metal, a metal alloy or a metal compound as further active components.
  • the invention also relates to a method for producing contact pieces from such a material.
  • contact materials of the silver-metal system have proven themselves for a long time.
  • this system are silver-nickel (AgNi) and silver-iron (AgFe).
  • Silver-nickel has advantageous contact properties which, together with the test methods for contact materials, for example in INT.J. Powder Metallurgy and Powder Technology, Vol. 12 (1976), P 215-228.
  • nickel dust in particular has harmful effects on the human organism.
  • DE-C-38 16 895 describes the use of a silver-iron material with 3 to 30% by weight of iron and one or more of the additives manganese, copper, zinc, antimony, bismuth oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, chromium nitride Quantities totaling 0.05 to 5% by weight, the remainder silver proposed for electrical contacts.
  • DE-A-39 11 904 discloses a powder metallurgical process for producing a semi-finished product for electrical contacts from a silver-based composite material with iron , in which 5 to 50 wt .-% iron as a first minor component and 0 to 5 wt .-% of a second minor component from one or more substances from the group comprising the metals titanium, zirconium, niobium, tantalum, molybdenum, manganese, copper and contains zinc as well as their oxides and their carbides.
  • DE-C-888 178 specifies a contact material which can contain silver, rhenium and iron.
  • the new material should be characterized by low contact heating with stable heating behavior, acceptable tendency to weld and a long service life in relation to specified switching currents.
  • the object is achieved according to the invention in a material of the type mentioned at the outset that the active components in combination are iron in mass fractions between 1 and 50% and rhenium in mass fractions between 0.01 and 5%.
  • the iron and the rhenium can be added to the silver in the form of pure metals and / or as an alloy, the material being produced by powder metallurgy.
  • the ratio of the mass fractions of iron to rhenium can be between approximately 4: 1 and approximately 20: 1.
  • rhenium in combination with iron and silver improves the property spectrum as a contact material.
  • the use of rhenium in combination with silver has already been proposed in the specialist literature. There, however, the rhenium was provided as the only component with a comparatively high proportion, for example around 20 percent by mass. Due to the high price, such a material could not prevail. It has now been recognized in the context of the invention that rhenium, as a minor component, improves a silver-iron material to the desired extent.
  • the iron content will be considerably less than 50%.
  • the iron will be in a mass fraction of 2 to 25% and the rhenium in a mass fraction of 0.1 to 3%.
  • Switching tests with contact materials in which the iron is in a mass fraction of 2 to 10% and the rhenium in a mass fraction of 0.1 to 1% have shown particularly advantageous results.
  • the total volume fraction of the two active components can fluctuate within comparatively wide limits. For example, it is 6, 12 or 18%.
  • the table shows measured values for the overtemperature of the stressed materials, which were measured on the contact bridge of the switching device.
  • the first column of the temperature measurements contains the maximum overtemperature (T Ü max ) and the second column the mean bridge temperature (T Ü ), which are the temperature difference to the room temperature.
  • the table comprises six exemplary embodiments with meaningful compositions of the claimed silver-iron-rhenium contact material.
  • manufacture the actual material and the manufacture of the relevant contact pieces is carried out according to partly different methods.
  • the measured values of the individual AgFeRe materials are compared with AgFe9 and AgRe20 and with pure silver. The results are discussed in more detail below.
  • an iron-rhenium alloy is first melted from 80 parts of iron and 20 parts of rhenium. This alloy melt is atomized in the molten state by known methods, so that a FeRe composite powder is present in each case. A particle size of about 25 »m is sieved from the powder.
  • a corresponding amount of commercially available silver powder is then weighed into the alloy powder, so that a material with a mass fraction of 5.7 iron-rhenium and the rest silver is formed.
  • molded parts are pressed from the powder mixture into contact pieces at a pressure of approx. 200 MPa.
  • the molded parts are sintered at a temperature of approx. 850 ° C. for about an hour in a vacuum or under protective gas.
  • the sintered bodies are pressed at a pressure of approx. 1000 MPa and sintered again at approx. 650 ° C for about an hour in a vacuum or under protective gas.
  • the contact pieces thus produced are again calibrated at a pressure of approx. 1000 MPa.
  • the proportions of silver and FeRe alloy can be varied using the same procedure. A material with 9.9 parts by mass of FeRe20 was examined, the rest silver.
  • Another process uses separate powders of iron, rhenium and silver as the starting material.
  • a powder mixture is prepared by wet mixing the individual powders. From the powder mixture, strips or wires of the material are first produced as semi-finished products using the so-called extrusion technique.
  • the process conditions with regard to temperature on the one hand and pressure on the other hand are in the known order of magnitude. Contact pieces with a directional structure can then be separated from the semi-finished product thus produced.
  • the powder metallurgical method for producing the additional components was used to produce three materials in which the ratio of iron to rhenium was approximately 4: 1 or 9: 1.
  • the total proportion of the additional components was selected as an alternative to 5.3 m%, 5.7 m% and 9.4 m%.
  • Another material was manufactured with a ratio of iron to rhenium of 19: 1 and a total share of the additional components of 8.8 m%.
  • the alloys or the powder mixtures can be produced by so-called mechanical alloying of single-component individual powders.
  • the structural properties of the finished material are advantageously influenced.
  • the table shows that in all five examples of the material according to the invention according to different methods or the contact pieces made therefrom, there are sufficient switching numbers, which in any case are more than 50,000. Such switching numbers cannot be achieved with silver-rhenium or pure silver.
  • the overtemperature in the switching device is decisive for the use of the switching material.
  • the latter can be measured at different points on the switchgear and is recorded directly on the bridge in the case of available examinations. In this respect, the comparative examples must be observed.
  • pure silver or silver-rhenium 20 have a favorable overtemperature behavior with low switching numbers.
  • AgFe9 shows such a high excess temperature that is no longer accepted in practice.
  • the high excess temperature can be explained by the formation of the cover layer, which increases the contact resistance and thus leads to increased heating at the contact.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Contacts (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Claims (19)

  1. Matériau pour contact à base d'argent destiné à être utilisé dans des appareils de coupure de la technique de la transmission d'énergie, notamment pour des pièces de contact dans des disjoncteurs basse tension, qui contient comme autre constituant actif, en plus de l'argent, au moins un métal à point de fusion supérieur, un alliage métallique ou un composé métallique, caractérisé par le fait qu'il est prévu en tant que constituants actifs, en combinaison, du fer (Fe) en une quantité comprise entre 1 et 50 % en masse et du rhénium (Re) en une quantité comprise entre 0,1 et 5 % en masse.
  2. Matériau pour contact suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le fer (Fe) est présent en une quantité inférieure à 40 % en masse.
  3. Matériau pour contact suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le fer (Fe) est présent en une quantité inférieure à 30 % en masse.
  4. Matériau pour contact suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rhénium (Re) est présent en une quantité inférieure à 4 % en masse.
  5. Matériau pour contact suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le rhénium (Re) est présent en une quantité inférieure à 3,5 % en masse.
  6. Matériau pour contact suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le fer Fe est présent en une quantité comprise entre 2 et 25 % en masse et que le rhénium (Re) est présent en une quantité comprise entre 0,1 et 3 % en masse.
  7. Matériau pour contact suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le fer (Fe) est présent en une quantité comprise entre 2 et 20 % en masse et le rhénium (Re) est présent en une quantité comprise entre 0,1 et 2 % en masse.
  8. Matériau pour contact suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le fer (Fe) est présent en une quantité comprise entre 2 et 10 % en masse et que le rhénium (Re) est présent en une quantité comprise entre 0,1 et 1,0 % en masse.
  9. Matériau pour contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rapport des pourcentages en masse du fer (Fe) au rhénium (Re) est compris entre 4:1 et 20:1.
  10. Matériau pour contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le pourcentage global en volume des constituants actifs est égal à environ 6 %.
  11. Matériau pour contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le pourcentage global en volume des deux constituants actifs est égal à environ 12 %.
  12. Matériau pour contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le pourcentage global en volume des constituants actifs est égal à environ 18 %.
  13. Procédé pour fabriquer des pièces de contact en un matériau suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 12, caractérisé par le fait que la fabrication s'effectue conformément à la métallurgie des poudres, par préparation tout d'abord d'un alliage à partir du fer et du rhénium, puis pulvérisation de l'alliage sous la forme d'une poudre, et par fabrication des pièces de contact à partir de la poudre d'argent et de la poudre d'alliage éventuellement en passant par un produit demi-fini.
  14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que la fabrication de l'alliage FeRe s'effectue par fusion sous vide ou dans un gaz protecteur.
  15. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que la fabrication de l'alliage FeRe s'effectue par alliage mécanique sous vide ou dans un gaz protecteur.
  16. Procédé pour fabriquer des pièces de contact à partir d'un matériau suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 12, caractérisé par le fait que la fabrication s'effectue conformément à la métallurgie des poudres, auquel cas on utilise des poudres séparées d'argent, de fer et de rhénium, à partir desquelles on fabrique les pièces de contact - éventuellement en passant par un produit demi-fini.
  17. Procédé pour fabriquer des pièces de contact à partir d'un matériau suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 12, caractérisé par le fait que la fabrication s'effectue conformément à la métallurgie des poudres, auquel cas on forme mécaniquement l'alliage de poudres séparées d'argent, de fer et de rhénium, alliage à partir duquel on fabrique les pièces de contact - éventuellement en passant par un produit demi-fini.
  18. Procédé suivant l'une des revendications 13, 16 ou 17, caractérisé par le fait que la fabrication des pièces de contact s'effectue au moyen d'une technique de fabrication de pièces moulées.
  19. Procédé suivant l'une des revendications 13, 16 ou 17, caractérisé par le fait que la fabrication des pièces de contact s'effectue par extrusion, opération pour laquelle on fabrique tout d'abord, à partir de la poudre, un produit demi-fini extrudé, dont on sépare des pièces de contact.
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