JPH0532848B2 - - Google Patents

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JPH0532848B2
JPH0532848B2 JP61084735A JP8473586A JPH0532848B2 JP H0532848 B2 JPH0532848 B2 JP H0532848B2 JP 61084735 A JP61084735 A JP 61084735A JP 8473586 A JP8473586 A JP 8473586A JP H0532848 B2 JPH0532848 B2 JP H0532848B2
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JP
Japan
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contact material
metal oxide
value
metal
contact
Prior art date
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JP61084735A
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Japanese (ja)
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JPS62241209A (en
Inventor
Masayuki Tsuji
Yoshinobu Takegawa
Shuji Yamada
Yoichi Aoyama
Kenichiro Horiuchi
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔技術分野〕 この発明は、内部酸化法により生成された金属
酸化物がAg中に分散されている接点材料に関す
る。 〔背景技術〕 各種接点材料が電磁接触機、リレー、ブレーカ
などに使用されている。これらの接点材料には、
消耗が少なく、溶着しにくく、かつ、接触抵抗が
低いという特性が要求されるわけであるが、しか
し、現実には、これら3つの特性を同時に満足す
る材料を求めることは困難なことである。現在、
リレーが、回路や装置の入力・出力の制御に多用
される傾向にあり、そのため、接点に突入電流が
流れても溶着が起きない、すなわち耐溶着性に優
れた接点材料が強く望まれている。 具体的な接点材料として、Ag−CdO、Ag−
Ni、Ag−SnO2が使用されている。Ag−CdOは
耐溶着性が、Ag−Niは接触抵抗特性が、そして
Ag−SnO2は耐消耗性が、それぞれ優れている材
料と知られている。 上記の材料のうちでも、Ag−SnO2について
は、さらにInを使つたAg−SnO2−In2O3が、耐
溶着性も向上した材料として知られている。た
だ、耐溶着性に関しては、上記のようにさらなる
改良が求められているのが現状である。 〔発明の目的〕 この発明は、前記の事情に鑑み、耐溶着性に極
めて優れたAg−SnO2−In2O3系内部酸化型の接
点材料を提供することを目的とする。 〔発明の開示〕 前記目的を達成するため、この発明は、内部酸
化法により生成された金属酸化物がAg中に分散
されている接点材料において、前記金属酸化物の
金属元素としてSn,InおよびAlが用いられてい
ることを特徴とする接点材料を要旨とする。 以下、この発明にかかる接点材料をさらに詳し
く説明する。 上記の課題を解決すべく、発明者らは、耐溶着
性と接点材料の物性に遡つて、様々な角度からの
検討を加えた。その結果、耐溶着性と高温硬度特
性の間に相関関係のあることが明らかになつた。
例えば、ピーク電流1KAの容量性負荷に用いた
接点が溶着してしまうまでの回数と、高温硬度特
性を示すA/B値との間に、正の相関関係がある
ことを見出したのである。ここで、Aは0°Kの硬
度であり、Bは温度による軟化係数を表し、A/
B値を温強度係数とする。A/B値が大きい程、
耐溶着性に優れる。そして、さらに深く検討を行
つた結果、接点材料中において、酸化物を微細化
することによりA/B値が向上することを見出す
とともに、そのためには、Ag−SnO2−In2O3
内部酸化型の接点材料にさらに、Alを酸化物の
形で含有させればよいことを見出したのである。 ところで、高温硬度特性(A/B値)が大きい
ほど耐溶着性が向上する理由は、つぎのとおりで
ある。すなわち、接点の溶着は、接点開閉時のア
ーク熱により接点の接触部分が溶融、軟化し、そ
の状態で接点が接合したため、接点の解離が不能
になることにより、起きる。したがつて、高温で
軟化しにくい材料、すなわち、高温での熱安定性
が高い材料は、耐溶着性に優れる、と言える。熱
安定性が大きく耐溶着性に優れた材料、すなわ
ち、A値が大きくB値が小さい材料は、このAを
Bで割つた値、すなわちA/B値が大きくなる。
このため、A/B値は、温度要因を含む強度(温
強度係数)に相関して、材料の高温での熱安定性
を表す指標になるのである。他方、酸化物を微細
化するとA/B値が向上する理由は、以下のとお
りである。一般に、内部酸化法でマトリツクス中
に粒子を分散させたときの強度(硬度)は、下式
で示す分散プレストン・グラント・パラメータと
相関し、 1/γ{(3f/4π)1/3−3f/4} ここに、γ:分散粒子の平均径(μm) f:体積率(%) そのため、体積率(f)が一定のとき、強度
は、1/γに比例する。すなわち、分散粒子径が
小さい程、0°Kでの強度(A)が大きくなる。他
方、温度による軟化係数(B)は、粒子を微細化
すれば変形抵抗が増加するため、粒子微細化によ
り小さくなると考えられる。以上の結果、酸化物
を微細化すると、A/B値が向上することになる
のである。 次に、Ag中に含まれる金属酸化物の好ましい
含有量の範囲を示す。なお、含有量を表す場合、
金属酸化物は、金属元素に換算して示すようにし
ている。つまり、内部酸化処理がなされる前の合
金における割合で示されているのである。 Sn(錫)は5〜12wt%の範囲が望ましく、In
(インジユウム)は3〜10wt%の範囲が望まし
い。Snが5wt%を下まわつたり、Inが3wt%を下
まわつたりすると、耐溶着性や耐消耗性が十分で
なくなる傾向にある。Snが12wt%を上まわつた
り、Inが10wt%を上まわつたりすると、内部酸
化処理ができにくくなつたり、加工性が劣化する
傾向にある。Al(アルミニウム)は0.01〜0.5wt%
の範囲が望ましく、効果をより確実なものとする
には、0.02〜0.2wt%の範囲がより好ましい。
0.01wt%を下まわると、金属酸化物微細化効果、
すなわち、温強度係数の向上効果が少なくなり、
0.5wt%上まわると、粒界における酸化物の凝集
が顕著となつて、導電性や加工性が低下する傾向
にある。 また、上記のSn,InおよびAlとともに、Mnを
用いると、いつそう、金属酸化物粒子が微細化す
るという効果、すなわち、温強度係数の向上がみ
られる。 第1図は、この発明にかかる一例として、
Sn:9wt%、In:5wt%、Al:0.09wt%、Mn:
0.03wt%:残部Agの接点材料の金属組織をあら
わす電子顕微鏡による写真であり、第2図は、従
来例として、Sn:9wt%、In:5wt%、残部Agの
接点材料の金属組織をあらわす電子顕微鏡写真で
ある。倍率はいずれも約7000倍であり、写真上の
白い線分一本が10ミクロン(μm)の長さを示し
ている。第1,2図の写真において、黒く写つて
いる個所は金属酸化物であり、白く写つている個
所はAgである。第1図では金属酸化物の平均粒
子径が0.5ミクロンであるのに対し、第2図では
1ミクロンであり、明らかにこの発明にかかる接
点材料の方が金属酸化物の平均粒子径が小さくて
優れていることがわかる。Mn(マンガン)は0.01
〜0.5wt%の範囲が望ましく、効果をより確実な
ものとするには、0.02〜0.2wt%の範囲がより好
ましい。0.01wt%を下まわると、金属酸化物微細
化効果、すなわち、温強度係数の向上効果が少な
くなり、0.5wt%を上まわると、粒界における酸
化物の凝集が顕著となつて、導電性や加工性が低
下する傾向にある。 つぎに、実施例と比較例を示す。ただし、この
発明にかかる接点材料は、以下の実施例に限定さ
れるものではない。 (実施例 1〜12) Ag,Sn,In,Al、および、Mnの各元素を適
宜選択秤量した。これらの金属を、アルゴンガス
雰囲気中で高周波炉を用いて溶解し、金型に鋳込
み、第1表に示すように、異なる所望の組成のイ
ンゴツトを得た。次に、このインゴツトをアルゴ
ンガス雰囲気中で加熱した焼鈍した。ついで、熱
間圧延を施した後、酸素雰囲気中で、700℃の温
度下、約50時間加熱することにより内部酸化処理
して板状の接点材料を得た。 この接点材料から高温硬度測定用試料を得て、
マイクロビツカース高温硬度計によつて、各試料
の高温硬度を測定し、この測定結果からA/B値
を算出した。結果を第1表に示す。 (比較例 1〜3) Ag,Sn、、および、Inの各元素を適宜選択秤量
した。これらの金属を、アルゴンガス雰囲気中で
高周波炉を用いて溶解し、金型に鋳込み、第1表
に示すように、所望の異なる組成のインゴツトを
得た。次に、このインゴツトをアルゴンガス雰囲
気中で加熱し焼鈍した。ついで、熱間圧延を施し
た後、酸素雰囲気の中で、700℃の温度下、約50
時間加熱することにより内部酸化処理して板状の
接点材料を得た。 この接点材料から高温硬度測定用試料を得て、
マイクロビツカース高温硬度計によつて、各試料
の高温硬度を測定し、この測定結果からA/B値
を算出した。結果を第1表に示す。
[Technical Field] The present invention relates to a contact material in which a metal oxide produced by an internal oxidation method is dispersed in Ag. [Background Art] Various contact materials are used in electromagnetic contactors, relays, breakers, etc. These contact materials include:
Characteristics such as low wear, resistance to welding, and low contact resistance are required, but in reality, it is difficult to find a material that satisfies these three characteristics at the same time. the current,
Relays are increasingly being used to control the input and output of circuits and devices, and for this reason, there is a strong demand for contact materials that do not cause welding even when inrush current flows through the contacts, that is, have excellent welding resistance. . Specific contact materials include Ag−CdO, Ag−
Ni, Ag- SnO2 are used. Ag-CdO has welding resistance, Ag-Ni has contact resistance characteristics, and
Ag-SnO 2 is known to be a material with excellent wear resistance. Among the above-mentioned materials, regarding Ag-SnO 2 , Ag-SnO 2 -In 2 O 3 which further uses In is known as a material with improved welding resistance. However, with regard to welding resistance, there is currently a need for further improvement as described above. [Object of the Invention] In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide an internally oxidized Ag-SnO 2 -In 2 O 3- based contact material that has extremely excellent welding resistance. [Disclosure of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention provides a contact material in which a metal oxide produced by an internal oxidation method is dispersed in Ag, in which Sn, In, and Sn are used as the metal elements of the metal oxide. The gist is a contact material characterized by the use of Al. Hereinafter, the contact material according to the present invention will be explained in more detail. In order to solve the above problems, the inventors conducted studies from various angles, going back to the welding resistance and the physical properties of the contact material. As a result, it was revealed that there is a correlation between welding resistance and high temperature hardness properties.
For example, they discovered that there is a positive correlation between the number of times a contact used for a capacitive load with a peak current of 1 KA is welded and the A/B value, which indicates high-temperature hardness characteristics. Here, A is the hardness at 0°K, B is the softening coefficient due to temperature, and A/
Let the B value be the thermal intensity coefficient. The larger the A/B value, the
Excellent welding resistance. As a result of further investigation, we discovered that the A/B value could be improved by making the oxide finer in the contact material, and that in order to do so, we needed to improve the A/B value within the Ag- SnO2 - In2O3 system . They discovered that it is sufficient to further contain Al in the form of an oxide in the oxidized contact material. By the way, the reason why the welding resistance improves as the high temperature hardness property (A/B value) increases is as follows. That is, welding of the contacts occurs because the contact portions of the contacts melt and soften due to arc heat when the contacts are opened and closed, and the contacts are joined in this state, making it impossible to separate the contacts. Therefore, it can be said that a material that does not easily soften at high temperatures, that is, a material that has high thermal stability at high temperatures, has excellent welding resistance. A material with high thermal stability and excellent welding resistance, that is, a material with a large A value and a small B value, has a large value obtained by dividing A by B, that is, an A/B value.
Therefore, the A/B value correlates with the strength (thermal strength coefficient) including temperature factors, and serves as an index representing the thermal stability of the material at high temperatures. On the other hand, the reason why the A/B value improves when the oxide is made finer is as follows. Generally, the strength (hardness) when particles are dispersed in a matrix using the internal oxidation method correlates with the dispersion Preston-Grant parameter expressed by the following formula: 1/γ{(3f/4π) 1/3 −3f /4} Here, γ: Average diameter of dispersed particles (μm) f: Volume fraction (%) Therefore, when the volume fraction (f) is constant, the strength is proportional to 1/γ. That is, the smaller the dispersed particle diameter, the greater the strength (A) at 0°K. On the other hand, the softening coefficient (B) due to temperature is considered to be reduced by making the particles finer because the deformation resistance increases if the particles are made finer. As a result of the above, if the oxide is made finer, the A/B value will improve. Next, a preferred range of the content of metal oxides contained in Ag will be shown. In addition, when expressing the content,
Metal oxides are shown in terms of metal elements. In other words, it is expressed as a percentage in the alloy before undergoing internal oxidation treatment. Sn (tin) is preferably in the range of 5 to 12 wt%, and In
(Indium) is preferably in the range of 3 to 10 wt%. When Sn is less than 5wt% or In is less than 3wt%, welding resistance and abrasion resistance tend to be insufficient. When Sn exceeds 12wt% or In exceeds 10wt%, internal oxidation treatment becomes difficult and workability tends to deteriorate. Al (aluminum) is 0.01~0.5wt%
A range of 0.02 to 0.2 wt% is preferable for more reliable effects.
When it is less than 0.01wt%, the metal oxide refinement effect,
In other words, the effect of improving the thermal strength coefficient is reduced,
When the content exceeds 0.5 wt%, aggregation of oxides at grain boundaries becomes noticeable, and electrical conductivity and processability tend to decrease. Further, when Mn is used together with Sn, In, and Al mentioned above, the effect of making metal oxide particles finer, that is, improving the thermal strength coefficient can be seen. FIG. 1 shows, as an example of this invention,
Sn: 9wt%, In: 5wt%, Al: 0.09wt%, Mn:
This is an electron microscope photograph showing the metal structure of a contact material with 0.03 wt%: balance Ag. Figure 2 shows the metal structure of a contact material with Sn: 9 wt%, In: 5 wt%, and balance Ag as a conventional example. This is an electron micrograph. The magnification is approximately 7,000 times, and each white line on the photograph represents a length of 10 microns (μm). In the photographs in Figures 1 and 2, the black parts are metal oxides, and the white parts are Ag. In Figure 1, the average particle size of the metal oxide is 0.5 microns, while in Figure 2 it is 1 micron, and it is clear that the average particle size of the metal oxide in the contact material according to the present invention is smaller. It turns out that it is excellent. Mn (manganese) is 0.01
A range of ~0.5wt% is desirable, and a range of 0.02-0.2wt% is more preferred to ensure the effect. If it is less than 0.01wt%, the metal oxide refinement effect, that is, the effect of improving the thermal strength coefficient, will be reduced, and if it is more than 0.5wt%, the aggregation of oxides at grain boundaries will become significant, resulting in poor conductivity. and processability tends to decrease. Next, examples and comparative examples will be shown. However, the contact material according to the present invention is not limited to the following examples. (Examples 1 to 12) Each element of Ag, Sn, In, Al, and Mn was appropriately selected and weighed. These metals were melted using a high frequency furnace in an argon gas atmosphere and cast into molds to obtain ingots with different desired compositions as shown in Table 1. Next, this ingot was annealed by heating in an argon gas atmosphere. Then, after hot rolling, the material was internally oxidized by heating at a temperature of 700° C. for about 50 hours in an oxygen atmosphere to obtain a plate-shaped contact material. A sample for high temperature hardness measurement was obtained from this contact material,
The high-temperature hardness of each sample was measured using a Micro-Vickers high-temperature hardness meter, and the A/B value was calculated from the measurement results. The results are shown in Table 1. (Comparative Examples 1 to 3) Each element of Ag, Sn, and In was appropriately selected and weighed. These metals were melted using a high frequency furnace in an argon gas atmosphere and cast into molds to obtain ingots with different desired compositions as shown in Table 1. Next, this ingot was heated and annealed in an argon gas atmosphere. Then, after hot rolling, it was rolled at a temperature of 700℃ in an oxygen atmosphere for about 50℃.
A plate-shaped contact material was obtained by internal oxidation treatment by heating for a period of time. A sample for high temperature hardness measurement was obtained from this contact material,
The high-temperature hardness of each sample was measured using a Micro-Vickers high-temperature hardness meter, and the A/B value was calculated from the measurement results. The results are shown in Table 1.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように、この発明にかかる内部酸
化法により生成された金属酸化物がAg中に分散
されている接点材料では、前記金属酸化物の金属
元素としてSn,InおよびAlが用いられている構
成となつている。そのため、高温硬度が高くな
り、金属酸化物の微細化が進行するので、接点材
料の耐溶着性が著しく良くなるのである。
As detailed above, in the contact material in which the metal oxide produced by the internal oxidation method according to the present invention is dispersed in Ag, Sn, In, and Al are used as the metal elements of the metal oxide. The structure is as follows. Therefore, the high-temperature hardness increases and the metal oxide becomes finer, so the welding resistance of the contact material is significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明にかかる接点材料の一実施
例における金属組織をあらわす(電子顕微鏡によ
る)写真であり、第2図は、従来例の接点材料の
金属組織をあらわす(電子顕微鏡による)写真で
ある。
FIG. 1 is a photograph (taken by an electron microscope) showing the metal structure of an embodiment of the contact material according to the present invention, and FIG. 2 is a photograph (taken by an electron microscope) showing the metal structure of a conventional contact material. It is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内部酸化法により生成された金属酸化物が
Ag中に分散されている接点材料において、前記
金属酸化物の金属元素としてSn,InおよびAlが
用いられていることを特徴とする接点材料。 2 金属酸化物は、金属元素に換算して、Snが
5〜12wt%、Inが3〜10wt%、および、Alが
0.01〜0.5wt%である特許請求の範囲第1項記載
の接点材料。 3 金属酸化物の金属元素として、Mnも用いら
れている特許請求の範囲第1項記載の接点材料。 4 金属酸化物は、金属元素に換算して、Snが
5〜12wt%、Inが3〜10wt%、Alが0.01〜0.5wt
%、および、Mnが0.01〜0.5wt%である特許請求
の範囲第3項記載の接点材料。
[Claims] 1. A metal oxide produced by an internal oxidation method
A contact material dispersed in Ag, wherein Sn, In, and Al are used as metal elements of the metal oxide. 2 The metal oxide contains 5 to 12 wt% Sn, 3 to 10 wt% In, and Al in terms of metal elements.
The contact material according to claim 1, wherein the content is 0.01 to 0.5 wt%. 3. The contact material according to claim 1, wherein Mn is also used as the metal element of the metal oxide. 4 In terms of metal elements, the metal oxide contains 5 to 12 wt% Sn, 3 to 10 wt% In, and 0.01 to 0.5 wt% Al.
% and Mn is 0.01 to 0.5 wt%.
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