JPH111733A - Ag−Ni系電気接点材料及びその製造方法 - Google Patents

Ag−Ni系電気接点材料及びその製造方法

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JPH111733A
JPH111733A JP9165217A JP16521797A JPH111733A JP H111733 A JPH111733 A JP H111733A JP 9165217 A JP9165217 A JP 9165217A JP 16521797 A JP16521797 A JP 16521797A JP H111733 A JPH111733 A JP H111733A
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JP
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grain
powder
contact material
average particle
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JP9165217A
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Kazuhito Ichinose
一仁 一之瀬
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐溶着性、耐消耗性に優れ、接触抵抗が低い
Ag−Ni系電気接点材料を経済的な製造方法で提供する。 【解決手段】 それぞれ特定量の、平均粒径1μm以下
のNi粉末とAg粉末とを平均粒径0.5μm以下のC粉末
の存在下又は不存在下にメカノケミカル(メカノフュー
ジョン)反応により混合してAg粒子の表面をNi粒子で被
覆した混合粉末を調製し、これを成形・焼結して、Ni粒
子及びC粒子が各々独立して均一に分散したAg-Ni系電
気接点材料を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的特性に優れ
たAg-Ni系電気接点材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に導電性金属であるAg母相中に絶縁
性の分散粒子が存在する電気接点では、分散粒子の分散
状態が不均一である場合、接点の開閉による消耗と共
に、接触部分の分散粒子の分散状態が変化し、接点の電
気的特性に影響を与えることが知られている。従って、
安定した電気的特性を得るためには、分散粒子の分散状
態を均一且つ微細に制御することが不可欠であり、これ
が可能となれば、電気特性の安定した信頼性のある電気
接点が得られることになる。
【0003】従来、Ag母相中にNi粒子を分散させたAg−
Ni系電気接点材料は、Ag−CdO系接点材料やAgSnO2系接
点材料に比べて、製造時の加工性に優れているものの、
電気的には耐アーク性及び耐溶着性に劣るという欠点を
持っている。特に耐溶着性は接点の電気特性に大きな影
響を与える。このため、Ag−Ni系電気接点材料の用途
は、軽負荷(接点間の接触力で10〜70g程度)又は
中負荷(前記接触力で70〜200g程度)用の開閉器
に限られる傾向があり、耐溶着性の改良が望まれてい
た。
【0004】Ag−Ni系電気接点材料が耐溶着性に劣る原
因は、分散粒子であるNiの分散状態が不均一であるた
め、接点開閉時のアーク放電が一個所に集中しやすく、
その部分で接点の開閉による消耗と共に、接触部分の分
散粒子の分散状態が変化して、Agリッチ部が発生し、Ag
リッチ部同士で固着するためである。この現象は、特に
アークエネルギーが大きくなるような負荷電流が大きい
場合に顕著に現れる傾向がある。
【0005】一方、Ag−Ni系電気接点材料の製造方法に
ついては、AgとNiは殆ど固溶域を持たず、AgへのNiの固
溶限界が低いため、Ni粒子がAg母相中に殆ど固溶せず、
従って、通常の溶解法では製造困難であることから、一
般に粉末冶金法を利用した製造方法が採用され、その
他、溶湯急冷法を利用した製造方法も提案されている。
【0006】粉末冶金法を利用した製造方法は、Ag粒子
とNi粒子との混合粉を成形・焼結した後、ヘッダー加工
用線材として供するために、得られた焼結体を押出・伸
線加工するのが一般的である。この方法は経済的である
が、前記粒子の混合工程で、Ni粒子が凝集しやすいた
め、その後の工程で材料が加工し難い上、Ni粒子の均一
微細分散が行えず、その結果、電気的には耐溶着性の劣
化につながることが多かった。
【0007】また、溶湯急冷法を利用した製造方法は、
溶湯から、噴霧による急冷でNiを強制固溶させ、固溶体
粉末を得る方法である。これは、AgとNiとを溶融して溶
湯を作り、次いでこれを噴霧してAg母相中にNi粒子が分
散した混合粉とし、これを成形・焼結する方法である。
この方法では非常に微細なNi粒子の分散が可能である
が、粗大なNi粒子の析出が起こりやすく、加工性又は電
気特性においても問題を生じることがある。また、この
方法では粒径の揃った混合粉を得るために、分級工程を
加え、分級しなければならなず、この分級作業が大幅な
コストアップの原因になるという問題もあった。
【0008】このように従来のAgーNi系電気接点材材料
の製造方法については、Ag及びNiが殆ど固溶域を持たな
いため、粉末冶金法又は溶湯急冷法を利用した方法等に
限定され、しかもこれらの製造方法を用いた場合でも、
Ag母相へのNi粒子の均一且つ微細な分散の制御は困難で
あった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ag母相への
Ni粒子の均一且つ微細な分散の制御を可能にすることに
より、接点の開閉によっても、消耗量が少なく、接触抵
抗が増大せず、しかも溶着が起こり難いAg−Ni系電気接
点材料及び従来と同等以下の低コストで製造できる前記
Ag−Ni系電気接点材料の製造方法を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のAg-Ni系電気接
点材料は、Ag粒子の母相中に平均粒径1μm以下のNi粒
子単独、又は前記Ni粒子と平均粒径0.5μm以下のC
粒子とが分散され、Ni粒子はAg粒子の表面を被覆した状
態で存在し、Ni粒子の含有量が金属換算で0.1〜20
wt%であり、C粒子の含有量が0.1〜1.0wt%であ
り、且つNi粒子及びC粒子は各々独立に均一に分散した
成形焼結体からなることを特徴とするものである。
【0011】また本発明のAg-Ni系電気接点材料の製造
方法は、平均粒径0.5μm以下のC粒子からなる粉末
0.1〜1.0wt%の存在下又は不存在下で平均粒径1
μm以下のNi粒子からなる粉末を金属換算で0.1〜2
0wt%と残部がAg粒子からなる粉末とをメカノケミカル
反応(メカノフュージョン反応)により混合して、Ag粒
子の表面をNi粒子で被覆した混合粉を調製し、これを成
形・焼結することを特徴とするものである。更に本発明
の製造方法においては、ヘッダー加工用の線材を得るた
めに、焼結により得られた焼結体を押出・伸線加工する
ことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。Ag-Ni系電気接点材料 本発明のAg-Ni系電気接点材料は、Ag粒子の母相中にNi
粒子単独、又はNi粒子とC粒子とが各々独立に均一に分
散した成形焼結体で構成される。Ni粒子の平均粒径は1
μm以下であり、またC粒子の平均粒径は0.5μm以
下である。なお、Ag母相の粒子としての大きさは、平均
粒径で10〜20μm程度が好ましい。Ni粒子の平均粒
径が1μmを越えると、アーク放電がNi粒子に集中し、
耐溶着性の劣化を招き、またC粒子の平均粒径が0.5
μmを越えると、アーク放電がC粒子に集中し、電気接
点の消耗が著しくなる。
【0013】このNi粒子の含有量は、混合粉に対し0.
1〜20wt%であり、またC粒子の含有量は、混合粉に
対し0.1〜1.0wt%である。Ni粒子の含有量が0.
1wt%未満では耐溶着性及び耐磨耗性が顕著に劣化し、
一方、20wt%を越えると、伸線・リベット加工ができ
なくなる。また、C粒子の含有量が0.1wt%未満では
接触抵抗の安定性の効果が現れない上、C粒子を含まな
い接点材料の場合以上の耐溶着性効果が得られず、一
方、1.0wt%を越えると、加工性が悪くなる。
【0014】Ag-Ni系電気接点材料の製造方法 本発明のAg-Ni系電気接点材料の製造方法では、混合粉
の調製工程で、Ni粒子の粉末及びAg粒子の粉末か、或い
はNi粒子の粉末、Ag粒子の粉末及びC粒子の粉末が使用
される。これら粒子の平均粒径及び使用量は前記Ag-Ni
系電気接点材料について説明した場合と同じである。即
ち、Ni粒子の平均粒径は1μm以下であり、またC粒子
の平均粒径は0.5μm以下である。Ag粒子の平均粒径
は10〜20μm程度が好ましい。Ni粉の使用量は混合
粉に対して金属換算で0.1〜20wt%であり、C粉の
使用量は混合粉に対して0.1〜1.0wt%であり、残
部はAg粉である。
【0015】本発明の製造方法では、まず、これらの原
料粉末から混合粉を調製する。この混合粉の調製工程は
メカノケミカル反応を利用して行う。本発明でいうメカ
ノケミカル反応とは、物質に圧縮、せん断、摩擦、延伸
等の手段により加えられる機械的エネルギーがその物質
の化学的変化をもたらす一般的なメカノケミカル反応の
うち、特に物質間に高せん断力を付与し得る混合機(例
えばロッキングミキサー等)又は粉砕機(例えば特開平
6−187984に記載されるような圧縮磨砕式粉砕機
等)によるメカノフュージョンと呼ばれる反応をいう。
本発明の製造方法の場合は、Ag粉とNi粉と必要ならばC
粉とを、Ag粉とNi粉との間に高せん断力を付与し得る混
合機又は粉砕機によるメカノフュージョン反応を利用し
て混合し、Ag粒子の表面をNi粒子で被覆した状態の混合
粉を得る。
【0016】次にこうして得られた混合粉を成形・焼結
して本発明のAg-Ni系電気接点材料を得る。ここで成形
及び焼結方法は従来の粉末冶金法による製造方法と同様
でよい。即ち、一般に成形は1〜5ton/cm2の圧力で行
い、また焼結は真空雰囲気中又は還元雰囲気中、750
〜900℃の温度で行う。更に必要ならば、リベット加
工用の線材を得るために、得られた焼結体を常法に従っ
て押出・延線加工する。
【0017】メカノフュージョン反応による作用 前述のように、電気特性の安定した信頼性のある電気接
点を得るためには、分散粒子の分散状態を均一且つ微細
に制御することが不可欠である。しかし、従来の粉末冶
金法又は急冷溶湯法を利用したAg−Ni系電気接点材料の
製造方法では、Ag母相にNi粒子を均一且つ微細に分散す
ることは困難であったが、本発明の製造方法では、混合
粉の調製工程でAg粉とNi粉との間に高せん断力を付与す
るメカノフュージョン反応を利用することにより、従来
の粉末冶金法における利点、即ち乾式プロセスによる操
作の容易性、及び不純物の混入が少ないという利点もそ
のまま生かされる上、得られる混合粉においては、Ag粒
子の表面がNi粒子で被覆された状態となり、しかもこの
表面被覆Ni粒子(C粒子が存在する場合はC粒子も)が
各々独立して均一に分散することが可能となった。ま
た、この混合粉に対し成形・焼結を行っても混合粉中の
Ni粒子(C粒子が存在する場合はC粒子も)の分散又は
分布状態はそのまま維持され、焼結後もAg粒子表面上に
Ni粒子が同様に分布させることが可能である。更に、焼
結後の焼結体を押出加工・延線加工と面積減少率を大き
くするのに従って、Ni粒子はAg粒界(粒子の表面)から
Ag粒子の内部にも分散するようになり、その結果Ni粒子
は原料粒子の大きさのままAg母相中に均一且つ微細に分
散することも可能である。
【0018】
【実施例】実施例1 平均粒径25μmのAg粉及び平均粒径0.3μmのNi粉
を表1に示す組成となるよう配合し、これをロッキング
ミキサーに入れ、このロッキングミキサーよるメカノフ
ュージョン反応を利用して乾式混合した。混合前のAg粉
の粒子集団の外観構造(各粒子の全体が判るような倍率
で粒子集団の外観を観察したもの)及び一粒子の表面構
造(一つの粒子の表面を更に高倍率で観察したもの)の
電子顕微鏡写真をそれぞれ図1、図2に示し、また混合
後、得られた混合粉の粒子集団の外観構造及び一粒子の
表面構造の電子顕微鏡写真をそれぞれ図3、図4に示
す。これらの図から、メカノフュージョン反応を利用し
て得られた混合粉のAg粒子の表面には、微小のNi粒子が
付着し、全体を被覆していることが判る。
【0019】次にこの混合粉を5ton/cm2の圧力でCIP
(Cold Isostatic Press)(冷間静水圧成形)した後、
得られた成形体を還元雰囲気中、850℃で焼結し、Ag
−Ni系接点材料を製造した。
【0020】更に、得られた焼結体を押出・伸線加工し
てリベット加工用の線材とし、これをヘッダー加工機で
リベット状に加工した。最終的に得られた本発明のAg−
Ni系接点材料からなるリベットの断面を光学顕微鏡で観
察した結果、従来の粉末冶金法による製造方法で製造し
たAg−Ni系接点材料からなるリベット(後記比較例1参
照)に比べて本発明リベットのNi粒子は微小で、しかも
均一に分散していた。これらの接点材料の電気特性を調
べるため、各接点材料を銅台金に固定した後、ASTM試験
機を用いて開閉試験を行った。試験条件は、AC120V、定
常電流5A、突入電流78A、ランプ負荷、開閉頻度1secON-
9secOFF、接点間の接触力30g、開閉回数25,000回とし
た。その結果を表2に示す。
【0021】実施例2〜4 平均粒径25μmのAg粉、平均粒径0.3μmのNi粉及
び平均粒径15nmのC粉を表1に示す組成となるよう配
合し、以下この配合物を実施例1と同様な方法で混合
し、成形し、焼結してAg−Ni系接点材料を製造した。
【0022】更に実施例1と同様に、得られた焼結体を
押出・伸線加工してリベット加工用の線材とし、これを
ヘッダー加工機でリベット状に加工した。最終的に得ら
れた実施例3のリベット断面の粒子表面を光学顕微鏡で
観察した結果、従来の粉末冶金法による製造方法で製造
したAg−Ni系接点材料からなるリベット(後記比較例1
参照)に比べて、本発明のAg−Ni系接点材料からなるリ
ベットのNi粒子は微小で、しかも均一に分散していた。
【0023】これらのリベット状接点材料に対し、実施
例1と同様に電気特性試験を行った。その結果を表2に
示す。比較例1 (粉末冶金法によるAg−10wt%Ni接点材料の製
造) 平均粒径25μmのAg粉及び平均粒径3μmのNi粉を表
1に示す組成となるよう配合し、これをボールミルを用
いて常温で混合して混合粉を調製した他は、実施例1と
同じ製造方法で焼結体(比較用Ag−Ni系接点材料)を製
造した。更に、この焼結体を実施例1と同様に押出・伸
線加工してリベット加工用の線材とし、これをヘッダー
加工機でリベット状に加工し、電気特性試験に供した。
最終的に得られたリベット断面の粒子表面を光学顕微鏡
で観察した。
【0024】比較例2(前酸化法によるAg−13wt%CdO接
点材料の製造) Ag−12wt%Cdの銀合金を溶解、鋳造した後、押出・伸線
加工して、小さなチップ形状とした。これらのチップに
内部酸化処理(酸化条件は700℃、10atmPO2)を施し、
成形し、更に押出・伸線加工してリベット加工用の線材
とし、これをヘッダー加工機でリベット状に加工した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】 表2から判るように、本発明のAg−Ni系接点材料は、粉
末冶金法による従来のNi粒子を用いたAg−Ni系接点材料
や前酸化法で製造したAg−13wt%CdO接点材料よりも接触
抵抗が安定しており、また耐溶着性及び耐消耗性にも優
れている。
【0027】
【発明の効果】本発明のAg−Ni系電気接点材料は、耐溶
着性及び耐消耗性に優れ、しかも接触抵抗が低く、その
工業的価値は大きい。また、本発明の製造方法によれば
このAg−Ni系電気接点材料を低コストで提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1において、混合前のAg粉の粒子集団
の外観的粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図2】 実施例1において、混合前のAg粉の一粒子表
面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図3】 実施例1で得られたAg−Ni系混合粉の粒子集
団の外観的粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図4】 実施例1で得られたAg−Ni系混合粉の一粒子
表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ag粒子の母相中に平均粒径1μm以下の
    Ni粒子単独、又は前記Ni粒子と平均粒径0.5μm以下
    のC粒子とが分散され、Ni粒子はAg粒子の表面を被覆し
    た状態で存在し、Ni粒子の含有量が金属換算で0.1〜
    20wt%であり、C粒子の含有量が0.1〜1.0wt%
    であり、且つNi粒子及びC粒子は各々独立して均一に分
    散した成形焼結体からなるAg-Ni系電気接点材料。
  2. 【請求項2】 平均粒径0.5μm以下のC粒子からな
    る粉末0.1〜1.0wt%の存在下又は不存在下で平均
    粒径1μm以下のNi粒子からなる粉末を金属換算で0.
    1〜20wt%と残部がAg粒子からなる粉末とをメカノケ
    ミカル反応により混合して、Ag粒子の表面をNi粒子で被
    覆した混合粉を調製し、これを成形・焼結することを特
    徴とするAg-Ni系電気接点材料の製造方法。
  3. 【請求項3】 更に、焼結により得られた焼結体を押出
    ・伸線加工することを特徴とする請求項2に記載のAg-N
    i系電気接点材料の製造方法。
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