ES2253731T3 - Pieza de contacto fabricada en tungsteno provista con una capa de estaño resistente a la corrosion. - Google Patents
Pieza de contacto fabricada en tungsteno provista con una capa de estaño resistente a la corrosion.Info
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Abstract
Pieza de contacto que comprende una capa superpuesta de tungsteno (1) soldada sobre un soporte metálico (3) a través de una capa de soldadura (2), caracterizada porque al menos porciones de la capa de soldadura (2) y el soporte (3) están cubiertas por una capa de estaño (4).
Description
Pieza de contacto fabricada en tungsteno provista
con una capa de estaño resistente a la corrosión.
Debido a su excelente resistencia al desgaste, de
todos los metales de alto punto de fusión el tungsteno es el mejor
para ser utilizado como capa superpuesta de contacto en
dispositivos de conmutación electromecánicos cuando se trata con
elevadas secuencias de conmutación combinadas con una considerable
formación de chispas. Siempre que la fuerza de contacto sea lo
suficientemente alta y se proporcione un mínimo de voltaje de
conmutación, las piezas de contacto de tungsteno pueden ser
utilizadas sin problemas en diversos dispositivos de conmutación
tales como ruptores de vehículos a motor, bocinas de vehículos a
motor y relés. En general, la pieza de contacto se fabrica como un
remache que comprende una placa de tungsteno como capa superpuesta
de contacto soldada sobre un soporte en forma de remache fabricado
en cobre o hierro dulce (Cf. Fig. 1).
Sin embargo, el tungsteno no es un metal noble.
Cuando la conmutación se realiza en presencia de aire, se puede
esperar la formación de capas de óxido en la superficie. La
formación de corrosión sobre piezas de contacto de tungsteno ha
planteado problemas durante más de 50 años y en condiciones de
conmutación desfavorables afecta a la aplicabilidad universal del
tungsteno como material de contacto. En un entorno de calor y de
aire seco (clima desértico), el contacto de tungsteno permanecerá
inalterado y a pleno funcionamiento durante un largo periodo de
tiempo. Sin embargo, si el entorno es húmedo (clima tropical), se
producirá una rápida corrosión del tungsteno no
protegido.
protegido.
Las circunstancias y efectos de la formación de
corrosión están descritas en las siguientes publicaciones:
- Keil, A:
- Eine spezifische Korrosionserscheinung an Wolfram- Kontakten. Werkstoffe und Korrosion 7 (\underline{1952}) 263-265.
- Keil, A:
- Meyer, C.L.: Korrosionserscheinungen an Unterbrecherkontakten. Elektropost 7 (\underline{1954}) 93-95.
- Vinaricky, E et al:
- Elektrische Kontakte, Werkstoffe und anwendungen, Berlin \underline{2002}, p. 178.
Estas obras tratan sobre el mal funcionamiento de
los contactos debido a las sustancias orgánicas liberadas,
especialmente en condiciones tropicales.
Recientemente, se han realizado intensas
investigaciones sobre el mal funcionamiento en claxons y bocinas de
señal en el sector de suministros para vehículos a motor debido a
la corrosión de las piezas de contacto. Lo mismo se aplica a relés
electromecánicos cuyos contactos principales están revestidos de
tungsteno.
En climas cálidos y húmedos, los conjuntos de
contactos de tungsteno tienden a fallar cada vez más. Ello puede
ser observado de una manera estadísticamente sorprendente en los
contactos de bocinas si, por ejemplo, antes del lanzamiento de las
ventas de un nuevo tipo de vehículo a motor, se fabrica una serie
de estos vehículos para el parque de almacenaje, a los que se deja
posiblemente durante meses en condiciones de calor y humedad antes
de ser suministrados al cliente a través del concesionario.
En caso de que una bocina deje de funcionar,
cuando se abre la pieza defectuosa suele aparecer una gruesa capa
de óxido de tungsteno y tungstatos sobre y entre las piezas de
contacto de tungsteno cerradas. Debido a esta capa intermedia, los
contactos se separan, la resistencia al contacto aumenta, y la
bocina deja de funcionar. Se han hecho muchos esfuerzos para
remediar este defecto que es molesto para el cliente y costoso para
el fabricante.
Un método generalmente conocido por los expertos
en la materia es revestir todo el remache de contacto con una
delgada capa de níquel antes de incorporarla al dispositivo de
conmutación. Debido a la pasivación del níquel, el contacto
desconectado se mantiene limpio y exento de capas de corrosión
durante largo tiempo si la capa de níquel permanece intacta. Sin
embargo, debido a las pruebas necesarias que tiene que pasar la
nueva bocina donde el fabricante, la capa de níquel queda destruida
en parte en la superficie de conmutación. El efecto protector de la
capa de níquel se reduce considerablemente. En una prueba de campo,
el efecto positivo del recubrimiento de níquel ya no puede ser
demostrado.
La patente
US-A-2,547,947 describe
disposiciones de contactos eléctricos para sistemas de encendido de
motores de combustión interna en los que la parte móvil consiste en
un brazo de hierro o acero sobre el que se suelda una placa de
contacto de tungsteno. A fin de evitar la formación de depósitos de
color oscuro sobre la superficie de tungsteno, la disposición está
revestida con níquel, cromo, cadmio o cinc, habiéndose pulido la
superficie de contacto y sus bordes tras la aplicación de la capa
metálica a fin de eliminar el metal depositado de estas zonas de la
superficie
de tungsteno.
de tungsteno.
Otra posibilidad seria carburar la superficie de
conmutación del tungsteno. Así se forma una capa dura de carburo de
tungsteno de unas \mum de espesor. Sin lugar a dudas, dicha capa
dura muestra mayor resistencia a la corrosión.
La publicación de la patente japonesa 20128/1974
revela el uso del polvo de grafito como agente de
carburización.
La publicación alemana 3232097 Al revela el uso
de propano como agente de carburización en horno de atmósfera
controlada. En este contexto, no puede descartarse un deterioro del
lado de soldadura del revestimiento de contacto de tungsteno por la
carburización concurrente no deseada, así como un deterioro de los
conductores de calentamiento del horno.
Además, en ambos métodos, la fina capa de
protección queda destruida al conectar la bocina y a su vez el
tungsteno liberado queda expuesto a la atmósfera circundante sin
protección.
La preparación de dichas capas es costosa y
requiere etapas de trabajo adicionales, lo que la convierte en
demasiado cara. En la práctica, los contactos de tungsteno que
llevan capas duras no han demostrado funcionar con éxito.
Otros intentos de mejorar la resistencia a la
corrosión de los remaches de contacto de tungsteno consistían en
cubrir de plata el remache de contacto o utilizar un metal de
soldadura con un elevado contenido en plata (siendo por lo tanto un
metal más noble) en lugar de la corriente soldadura de cobre.
Estos métodos también se utilizaron sólo
esporádicamente y no aportaron una mejora drástica en la
resistencia a la corrosión.
La publicación alemana 3626144 Al presenta un
contacto que contiene una capa de base de plata, una capa
intermedia de estaño y una capa exterior de tungsteno.
Por lo tanto, el objeto subyacente a la invención
es desarrollar una pieza de contacto compuesta de un revestimiento
de tungsteno soldado sobre un soporte metálico por medio de un
metal de soldadura duro de Cu o Ag, no presentando dicha pieza de
contacto propiedades de conmutación mermadas en condiciones
corrosivas, en particular por influencia de un clima cálido y
húmedo.
Este objeto de la invención quedó resuelto al
descubrir por sorpresa que cubriendo la capa de soldadura y el
soporte con una fina capa de estaño, la resistencia a la corrosión
del revestimiento de tungsteno mejoraba considerable-
mente.
mente.
Por lo tanto, el objeto de la invención es una
pieza de contacto que comprende una capa de tungsteno (1), la
soldadura (2) y el soporte (3) que está revestido con una fina capa
de estaño (4).
Las realizaciones preferentes del remache son el
tema de las reivindicaciones 2 y 3. Un método para la preparación
de la pieza de contacto se describe en las reivindicaciones 4 a 7.
Con respecto a la serie electroquímica, el estaño difiere sólo
ligeramente del tungsteno. Sin embargo, en la práctica, en
comparación con los metales menos nobles Ni, Cr, Cd y Zn
recomendados en US-A-2,547,947, el
estaño ha demostrado ser especialmente adecuado. Lo que conviene
resaltar con relación a una deposición galvánica de Sn es que este
último es un método que puede ser realizado a un precio muy
razonable y que da un resultado estéticamente atractivo.
La solución de la invención tiene la ventaja de
que en el contacto de conmutación, el material de desgaste
tungsteno está exento de capas protectoras/extrañas y por lo tanto
no puede ser destruido por la formación de chispas ni por otras
influencias perturbadoras que suelen producirse con la conmutación.
El efecto de la capa de estaño no se logra cubriendo fisicamente el
tungsteno, sino que se logra simplemente por medios
electromecánicos.
Los inventores asumen que debido a la formación
de un elemento galvánico local por la inclusión de una película
líquida sobre la superficie correspondiente, el estaño se disuelve
preferentemente bajo las proporciones potenciales presentes en
beneficio del más noble tungsteno.
Si elementos más nobles como el cobre (como una
soldadura Cu) o Ag (como una cubierta electrolítica) forman un
elemento galvánico local con W, el tungsteno de la capa de contacto
W se disolverá preferentemente como el llamado ánodo de protección.
En vista de la formación de un elemento galvánico local, la plata
como capa protectora es contraproducente y el cobre como capa de
soldadura adyacente incluso favorece la corrosión. Lo mismo se
aplica presumiblemente al níquel, el cual, debido al desplazamiento
de potencial se comporta catódicamente, es decir, más noble.
En el dibujo adjunto:
La Fig. 1 (esquemáticamente) representa una pieza
de contacto para ser utilizada como contacto de relé y bocina que
consiste en una capa de contacto de tungsteno (1), soldada por
medio de soldadura (2) dura de Cu o Ag sobre un soporte metálico
(3) el cual según la invención está cubierto con una capa de estaño
(4).
La Fig. 2 describe una capa superpuesta de
contacto hecha de W sobre una base de remache, protegida
galvánicamente con 0,5 a 1 \mum de capa de estaño después de la
prueba de corrosión.
La Fig. 3 describe una capa superpuesta de
contacto hecha de W de un remache de acuerdo con el estado anterior
de la técnica como una referencia antes de la prueba de
corrosión.
La Fig. 4 describe una capa superpuesta de
contacto hecha de W de un remache de acuerdo con el estado anterior
de la técnica después de la prueba de corrosión.
El siguiente ejemplo no limitativo ilustra un
modo de realización preferente de la invención:
Remaches de contacto que comprenden una capa
superpuesta de tungsteno de 4 mm de diámetro y 0,8 mm de espesor,
soldados con soldadura Cu sobre soportes de hierro niquelado, están
provistos de una capa de estaño de 0,2 a 2 \mum de espesor que se
aplica galvánicamente. A continuación, el estaño que sólo se
adhiere ligeramente a la superficie de tungsteno es eliminado
mecánicamente por medio de rectificado. Los remaches de contacto
listos para suministrar son sometidos a un clima constante durante
la prueba de corrosión:
48 horas a 96% de humedad relativa y 50°C.
Durante esta prueba, se introducen en un desecador unas 20 piezas
de los remaches provistas de una capa de estaño tal como se
describe arriba y exhibiendo una superficie de tungsteno, sobre un
soporte de porcelana. El fondo del desecador contiene una solución
de sulfato de potasio saturada sobre la cual se ajusta la humedad
relativa al 96%. Sobre un soporte de porcelana separado, se agregan
como referencia remaches de acuerdo con el estado anterior de la
técnica, sin ninguna capa de metal de base galvánica adicional. La
temperatura del desecador se controla en una cámara para pruebas
climáticas durante 48 horas a una temperatura constante de 50°.
El resultado después de 48 horas se describe en
las Figuras 2 y 4. En comparación con el estándar que no presenta
corrosión (fig. 3), los remaches galvánicamente tratados muestran
sólo una ligera nebulosidad en la superficie de contacto. En lo que
respecta a la referencia sin tratamiento ulterior galvánico, la
superficie de tungsteno está cubierta con unas espesas costras
verde-marronáceas las cuales, desde la periferia de
la soldadura Cu se extienden hasta la superficie de tungsteno, en
parte, hacia su centro. Estas costras son probablemente sales
inorgánicas de cobre y tungsteno. Si dichas costras están situadas
entre los contactos cerrados de una bocina, tendrán como resultado
un aumento de la resistencia al contacto y en consecuencia, la
rotura de la bocina.
Claims (8)
1. Pieza de contacto que comprende una capa
superpuesta de tungsteno (1) soldada sobre un soporte metálico (3)
a través de una capa de soldadura (2), caracterizada porque
al menos porciones de la capa de soldadura (2) y el soporte (3)
están cubiertas por una capa de estaño (4).
2. La pieza de contacto según la reivindicación
1, caracterizada en que la capa de estaño es de 0,1 a 20
\mum de espesor.
3. La pieza de contacto según la reivindicación
2, caracterizada en que la capa de estaño es de 0,2 a 2
\mum de espesor.
4. Un método para la preparación de una pieza de
contacto tal como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado en que una capa de
estaño (4) es aplicada sobre la pieza de contacto y posteriormente,
el estaño (4) que pueda estar presente en la capa superpuesta de
tungsteno (1) es eliminado.
5. El método tal como se reivindica en la
reivindicación 4, caracterizado en que la capa se aplica
mediante galvanoplastia.
6. El método tal como se reivindica en la
reivindicación 4 ó 5, caracterizado en que el estaño se
aplica selectivamente sobre la soldadura y el soporte metálico.
7. El método tal como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado en que la
reexposición de la capa superpuesta de tungsteno es llevada a cabo
por rectificado.
8. Uso de la pieza de contacto tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 como un
contacto de bocina o un contacto de relé.
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