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.

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ES2253731T3 ES04728163T ES04728163T ES2253731T3 ES 2253731 T3 ES2253731 T3 ES 2253731T3 ES 04728163 T ES04728163 T ES 04728163T ES 04728163 T ES04728163 T ES 04728163T ES 2253731 T3 ES2253731 T3 ES 2253731T3
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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.
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.
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.
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:
Ejemplo
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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