JPS5948947B2 - electrical contact materials - Google Patents

electrical contact materials

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JPS5948947B2
JPS5948947B2 JP53011948A JP1194878A JPS5948947B2 JP S5948947 B2 JPS5948947 B2 JP S5948947B2 JP 53011948 A JP53011948 A JP 53011948A JP 1194878 A JP1194878 A JP 1194878A JP S5948947 B2 JPS5948947 B2 JP S5948947B2
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JP
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carbide
silver
copper
contact
electrical contact
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良成 天野
雅也 三宅
昭夫 原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、銀あるいは銅−炭化物系接点材料に係る。[Detailed description of the invention] The present invention relates to silver or copper-carbide contact materials.

銀あるいは銅−炭化物系接点材料は、銀あるいは銅のす
ぐれた導電性、炭化物の高硬度を複合したものであり、
ノーヒユーズブレーカ−を始めとする気中しゃ断器ある
いは各種の電気機器の接点材料として使用されている。
Silver or copper-carbide contact materials combine the excellent conductivity of silver or copper and the high hardness of carbide.
It is used in air circuit breakers such as no-fuse breakers, and as a contact material for various electrical devices.

中でも炭化物としてWCを使用した材料は優れた耐アー
ク性、耐溶着性を完備するため、これら機器の中心材料
としての位置を占めている。
Among these, materials using WC as the carbide have excellent arc resistance and welding resistance, and therefore occupy a position as the central material for these devices.

しかるにこれらしゃ断器、開閉器は機器の小型化、高性
能化に進みつつあり、これに伴って接点材料への負荷が
増し、接点性能の向上が望まれている。
However, these circuit breakers and switches are becoming smaller in size and higher in performance, and as a result, the load on contact materials is increasing, and improvements in contact performance are desired.

即ち機器の小型化による接点寸法の小型化、接触力の低
下の傾向にある。
That is, as equipment becomes smaller, the size of the contact point tends to become smaller and the contact force tends to decrease.

これらによって電流しゃ断時の消耗、溶着、さらに定格
電流開閉時の温度上昇がおこりやすくなり、これら特性
の改良が望まれている。
These tend to cause wear and welding when the current is cut off, as well as temperature rise when switching on and off at the rated current, and improvements in these characteristics are desired.

周知の如くWCは電流の多数回開閉てWCが酸化し、さ
らに銀あるいは銅と反応して絶縁物である低融点ガラス
を形成し、通電性を阻害して温度上昇をもたらす欠点が
あり、小型化の傾向に伴なってこの特性が重要な1つに
なってきている。
As is well known, WC has the drawback that the current is turned on and off many times, causing the WC to oxidize and further react with silver or copper to form a low melting point glass, which is an insulator, impeding electrical conductivity and causing a rise in temperature. This characteristic is becoming more important as the trend toward

一方、MO□Cは電流の多数回開閉で酸化し、これが蒸
発するため、通電性は優れているものの、耐消耗、耐溶
着性に難点があり、はとんど使用されていない。
On the other hand, MO□C oxidizes and evaporates when the current is turned on and off many times, so although it has excellent current conductivity, it has poor wear resistance and welding resistance, so it is rarely used.

もしWCなみの耐消耗性、耐溶着性がこれに加わるなら
ば、接点の欠点である開閉時の温度上昇が防止出来るの
でより高性能な接点の開発が期待される。
If wear resistance and welding resistance comparable to WC are added to this, the temperature rise during opening and closing, which is a drawback of contacts, can be prevented, and the development of higher performance contacts is expected.

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、銀ある
いは銅−炭化物系接点材料の性能、中でも温度上昇特性
を改良し、さらに高価なWCを安価なものにした材料を
提供するものである。
The present invention has been made in view of the above points, and aims to provide a material that improves the performance of silver or copper-carbide contact materials, especially the temperature rise characteristics, and further reduces the cost of expensive WC. be.

本発明は炭化物の物性に着目し、WおよびM。The present invention focuses on the physical properties of carbides, including W and M.

の固溶体からなるヘキサゴナルモノカーバイドを銀ある
いは鋼中に分散させることによって、優れた温度上昇特
性を示し、WCなみの耐溶着、耐消耗を示す材料を見出
したものである。
By dispersing hexagonal monocarbide consisting of a solid solution in silver or steel, we have discovered a material that exhibits excellent temperature rise characteristics and exhibits welding resistance and wear resistance comparable to WC.

次の本発明の特徴につき述べる。The following features of the present invention will be described.

WおよびMoからなるヘキサゴナルモノカーバイドは、
WCに近い物理特性と硬度を持ち、MO2Cのような酸
化特性を持っている。
Hexagonal monocarbide consisting of W and Mo is
It has physical properties and hardness similar to WC, and oxidation properties similar to MO2C.

このカーバイドが接点特性に優れることは、以下の実施
例で明らかであるがその理由は次のように考えられる。
It is clear from the following examples that this carbide has excellent contact characteristics, and the reason is thought to be as follows.

本来、AgもしくはCu等の食型導性金属中にWC粉末
を分散させる目的は、(1)WCの融点が高いのでアー
ク放電にて溶解を防止する、(2)高温における変形抵
抗がすぐれる、(3)接点の開閉による機械的摩耗を少
なくする等がある。
Originally, the purpose of dispersing WC powder in an edible conductive metal such as Ag or Cu was to (1) prevent melting due to arc discharge due to the high melting point of WC, and (2) provide excellent deformation resistance at high temperatures. , (3) reducing mechanical wear due to opening and closing of contacts, etc.

当然硬質材料であればこの特性は十分満足するはずであ
るが、接点の開閉時にはかなりの衝撃も加わるので、さ
らに靭性が要求され、ヤング率も高い方が変形防止に役
立つので好ましい。
Naturally, a hard material should fully satisfy this property, but since a considerable impact is applied when the contact opens and closes, even more toughness is required, and a high Young's modulus is preferable because it helps prevent deformation.

これらの理由からもっばらWCを主成分としている接点
が多い。
For these reasons, many contacts contain WC as a main component.

しかしながら接点として使用する場合、合金表面がアー
ク熱にさらされるので、WCはWO2、WO2,7□、
WO3等の酸化物になる。
However, when used as a contact, the alloy surface is exposed to arc heat, so WC is WO2, WO2, 7□,
It becomes oxides such as WO3.

このW酸化物は1100℃以上の高温にならないと揮撥
しない。
This W oxide does not volatilize unless it is heated to a high temperature of 1100° C. or higher.

これは電流容量の小さい接点ではあまり表面温度が上昇
しないので、接点の使用回数の増大とともに表面部分に
多量の酸化物が残り、被膜を形成することになる。
This is because the surface temperature of a contact with a small current capacity does not rise much, so as the number of times the contact is used increases, a large amount of oxide remains on the surface and forms a film.

しかもこの酸化物は銅、銀と反応してさらに強固な低融
点のガラスを形成するのは前に述べたごとくである。
Furthermore, as mentioned above, this oxide reacts with copper and silver to form a stronger glass with a lower melting point.

以上の問題点を解決するには、表面に出来る酸化物の揮
撥性が良いということが低電流接点に要求されてくる。
To solve the above problems, low current contacts are required to have good volatility of the oxide formed on the surface.

これを満足するのはMoの酸化物しかない。Only Mo oxide satisfies this requirement.

その理由はMoの酸化物は600℃から揮撥し、揮撥量
はW酸化物の100倍以上もあるからである。
The reason for this is that Mo oxide volatilizes from 600° C., and the amount of volatilization is more than 100 times that of W oxide.

よってMoの炭化物を用いれば簡単に解決すると思われ
るが、WCに対しMoCは常温で存在しない。
Therefore, it seems that the problem can be easily solved by using Mo carbide, but unlike WC, MoC does not exist at room temperature.

このため今までの研究者はMO2Cで実験を試みた。For this reason, previous researchers have attempted experiments using MO2C.

しかしMO2Cは第1表に示す如く、WCの特性を満足
しない。
However, as shown in Table 1, MO2C does not satisfy the characteristics of WC.

すなわちMO2CはWCにくらべて硬さが7割、電気抵
抗は2倍以上であり、また熱伝導率は1710以下であ
る。
That is, compared to WC, MO2C is 70% harder, has more than twice the electrical resistance, and has a thermal conductivity of 1710 or less.

MO2Cを用いると抵抗が大きいし、熱拡散性も悪いの
で、接点表面は異常に温度が上ることになる。
If MO2C is used, the resistance is large and the thermal diffusivity is poor, so the temperature of the contact surface will rise abnormally.

しかも硬さが低く、酸化物はすぐに揮撥するので消耗し
てしまう。
Moreover, the hardness is low, and the oxide quickly volatilizes and is consumed.

すなわちMo2CはW2Cと対比されるものであって、
その特性はWCと全く異なる。
In other words, Mo2C is compared with W2C,
Its characteristics are completely different from WC.

MOの炭化物がWCと似かよった特性を満すにはその結
晶形はWCと同じ単純六方晶であるM。
In order for MO carbide to satisfy characteristics similar to WC, its crystal form must be a simple hexagonal crystal like WC.

のモノカーバイド(MoC)で゛な(すれは゛ならない
The monocarbide (MoC) of

MoCを常温で安定化するには、MoとWの固溶体から
なるヘキサゴナルモノカーバイド((MOW)C)とす
るのが良い。
In order to stabilize MoC at room temperature, it is preferable to use hexagonal monocarbide ((MOW)C) consisting of a solid solution of Mo and W.

この(MoW)Cは1950年にW、 Dawihlに
よって発見されている。
This (MoW)C was discovered by W. Dawihl in 1950.

この(MoW)Cは超硬合金の原料として開発されたも
のであるが、焼結時にあまり安定しないのであまり使用
されていない。
This (MoW)C was developed as a raw material for cemented carbide, but it is not very stable during sintering, so it is not used much.

しかしながら、AgとかCu中に分散させる場合にはそ
の焼結温度が1100〜1400℃であり、 (MoW
)Cが比較的安定する温度であるので、むしろこのよう
な合金には適する材料でもある。
However, when dispersed in Ag or Cu, the sintering temperature is 1100-1400°C, (MoW
) C is a relatively stable temperature, so it is also a material suitable for such alloys.

以上の如<AgもしくはCu中に粒度が20μ以下の(
Mob)C粒子を分散させた接点合金はWC並みの物理
特性を持つが故にアーク下での耐熱強度にすぐれ、投入
力あるいはアークガス圧による消耗が少なく、且つ投入
時の変形量が少ないために耐溶着性に優れるものと思わ
れる。
As shown above, (with particle size of 20μ or less in Ag or Cu)
Contact alloys containing dispersed Mob) C particles have physical properties similar to those of WC, so they have excellent heat resistance and strength under arcs. It seems to have excellent weldability.

さらに(MoW)CはWCと異なり、酸化物が蒸発する
ため、接点表面に被膜を形成しがたく、このため温度上
昇特性が優れるものと考えられる。
Furthermore, unlike WC, (MoW)C evaporates oxides, making it difficult to form a film on the contact surface, which is thought to provide excellent temperature rise characteristics.

これら炭化物の量は、使用される機器によって異なるが
20〜80重量%が好ましい。
The amount of these carbides varies depending on the equipment used, but is preferably 20 to 80% by weight.

含有量の多いものは大電流向きであり、少ないものは中
電流向きである。
Those with a large content are suitable for large currents, and those with a small content are suitable for medium currents.

基本的には本構成材料で接点性能は具備される。Basically, the contact performance is provided by this constituent material.

しかしながら、銀あるいは銅とこれら炭化物は、相互に
固溶しないため、通常の焼結ではフクレあるいは巣が発
生する。
However, since silver or copper and these carbides do not form a solid solution with each other, blisters or cavities occur during normal sintering.

焼結安定性につき、種々検討した結果鉄族元素の添加が
好ましいことがわかった。
As a result of various studies regarding sintering stability, it was found that addition of iron group elements is preferable.

この鉄族元素の有効範囲は10重量%以下である。The effective range of this iron group element is 10% by weight or less.

WおよびM。からなるヘキサゴナルモノカーバイドは焼
結温度(1000〜1400℃)で1部分解し、炭素(
C)を析出しやすいが、この分解を鉄族元素が阻止して
いるものと思われる。
W and M. The hexagonal monocarbide consisting of carbon (
Although C) tends to precipitate, it is thought that the iron group elements prevent this decomposition.

この鉄族元素が多くなるとこの炭化物の特長が十分発揮
しがたくなるため10重量%以下が適当である。
If the iron group element content increases, it becomes difficult to fully exhibit the characteristics of the carbide, so a content of 10% by weight or less is appropriate.

次に本発明の電気接点材料の特性を一層明瞭ならしめる
ーために具体的な電気接点の代表的な実施例を述べる。
Next, in order to further clarify the characteristics of the electrical contact material of the present invention, typical examples of specific electrical contacts will be described.

第2表に示す割合で各粉末を配合し、湿式ボールミル混
合を30時間行なう。
Each powder was blended in the proportions shown in Table 2, and mixed in a wet ball mill for 30 hours.

この粉末を成形し、成形体を水素ガス雰囲気で1150
℃で焼結する。
This powder is molded, and the molded body is heated to 1150°C in a hydrogen gas atmosphere.
Sinter at °C.

得られた焼結体の焼結状態は第3表に示す如くであった
The sintered state of the obtained sintered body was as shown in Table 3.

これら合金を所定の形状に切り出し、Cu合金にろう付
し、第3表に示す条件で3種の性能評価を行なった。
These alloys were cut into predetermined shapes, brazed to a Cu alloy, and three types of performance evaluations were performed under the conditions shown in Table 3.

通電性試験結果を第1図に示す。The conductivity test results are shown in Figure 1.

本発明合金は従来材(H)に比べ約半分の電圧降下値を
示す。
The alloy of the present invention exhibits a voltage drop value that is approximately half that of the conventional material (H).

試験後の接点裏面を走査電子顕微鏡で観察した結果を第
2,3図に示す。
Figures 2 and 3 show the results of observing the back surface of the contact using a scanning electron microscope after the test.

第2図は本発明材、第3図は比較材である。FIG. 2 shows the invention material, and FIG. 3 shows the comparative material.

本発明材には低融点ガラス相が形成されていないことが
認められる。
It is recognized that a low melting point glass phase is not formed in the material of the present invention.

溶着試験結果を第4表に示す。The welding test results are shown in Table 4.

本発明合金は、従来材(H)並みの溶着力であり、一方
従来材(I)は2kg以上の強固な溶着を示した。
The alloy of the present invention had a welding force comparable to that of the conventional material (H), while the conventional material (I) exhibited strong welding strength of 2 kg or more.

しゃ断試験後の消耗量を第5表に示す。Table 5 shows the consumption amount after the cutoff test.

本発明材は従来材(H)並みの消耗量であり、アーク発
生量の点でも差はみられなかった。
The amount of wear of the material of the present invention was comparable to that of the conventional material (H), and no difference was observed in terms of the amount of arc generation.

又、第6表に示す割合で各粉末を配合し、湿式ボールミ
ル混合を30時間行なった。
Further, each powder was blended in the proportions shown in Table 6, and mixed in a wet ball mill for 30 hours.

この粉末を成形し、成形体を水素ガス雰囲気で1300
℃で焼結した。
This powder is molded, and the molded body is heated to 1300 in a hydrogen gas atmosphere.
Sintered at °C.

これら合金を所定の形状に切り出し、Cu合今にろう付
けし、第3表に示す通電性試験、溶着試験、及びしゃ断
試験を行なった。
These alloys were cut into predetermined shapes, brazed to Cu joints, and subjected to the electrical conductivity test, welding test, and interruption test shown in Table 3.

尚、通電性試験は1000回行ない、電圧降下を測定し
た。
The conductivity test was conducted 1000 times and the voltage drop was measured.

結果を第7表に示す。The results are shown in Table 7.

本発明合金は比較材に比べ、電圧降下値は、約60%と
なる。
The voltage drop value of the alloy of the present invention is about 60% compared to the comparative material.

又、溶着力及び消耗量も少ない値を示した。Furthermore, the welding force and the amount of wear were also low.

以上の如く、本発明合金は従来材に比べ温度上昇、耐溶
着性、耐消耗性において優れており、更に低コストのた
め、工業的価値の高いものである。
As described above, the alloy of the present invention is superior to conventional materials in terms of temperature rise, welding resistance, and abrasion resistance, and is also of low cost, so it is of high industrial value.

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

第1図は実施例における通電試験結果を示し、第2図は
本発明材の実施例に示した試験後の接点表面の走査電子
顕微鏡写真図、第3図は第2図と同じく比較材の図であ
る。
Figure 1 shows the current conduction test results in Examples, Figure 2 is a scanning electron micrograph of the contact surface of the inventive material after the test shown in the Example, and Figure 3 is the same as Figure 2 for the comparative material. It is a diagram.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 カーバイドがタングステン、モリフ゛テ゛ン、炭素
の固溶体で構成され、この固溶体の結晶構造がヘキサゴ
ナルモノカーバイドであり、これらカーバイドの少なく
とも1種以上を20〜80重量%含有し、結合相が銀あ
るいは銅からなる耐酸化性を向上させたことを特徴とす
る銀あるいは銅−炭化物系の電気接点材料。 2 カーバイドがタングステン、モリフ゛デン、炭素の
固溶体で構成され、この固溶体の結晶構造がヘキサコ゛
ナルモノカーバイドで゛あり、これらカーバイドの少な
くとも1種以上を20〜80重量%含有し、結合相が銀
あるいは銅と、鉄族元素から構成され、その鉄族元素の
含有量が10重量%以下であり、耐酸化性を向上させた
ことを特徴とする銀あるいは銅−炭化物系の電気接点材
料。
[Claims] 1. Carbide is composed of a solid solution of tungsten, morphine, and carbon, and the crystal structure of this solid solution is hexagonal monocarbide, containing 20 to 80% by weight of at least one of these carbides, and a binder phase. A silver- or copper-carbide-based electrical contact material characterized in that the material is composed of silver or copper and has improved oxidation resistance. 2 Carbide is composed of a solid solution of tungsten, molybdenum, and carbon, and the crystal structure of this solid solution is hexagonal monocarbide, containing 20 to 80% by weight of at least one of these carbides, and the binder phase is silver or copper. A silver or copper-carbide electrical contact material comprising an iron group element, having an iron group element content of 10% by weight or less, and having improved oxidation resistance.
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