KR100527916B1 - 전기접점재료 - Google Patents

Abstract

본발명은 전기접점재료에 관한 것으로, 특히 내용착성 및 내소모성이 큰 은산화물을 이용한 전기접점재료에 관한 것이다. 이는 종래의 Ag-Cd 산화물합금이 Cd성분으로 인하여 건강에 해로우며, 또한 종래에 Cd을 이용한 접점이 건강에 해를 끼치는 문제를 해결하기 위하여 이러한 해로운 물질대신 Ag-Sn-In과 그밖의 물질 등을 이용한 산화물합금을 이용하여 만든 접점재료를 제공하는 것이며, 본발명에 의하면 건강에 해가 없고, 나아가 내용착성 및 내소모성이 큰 전기접점재료를 제공할 수 있다. 본발명은 스위치, 접촉기, 기타 등등의 전기에 관한 장치들에 사용되는 전기접점재료로 사용될 수 있다.

Description

전기접점재료{Electric contact material}

본발명은 내용착성 및 내소모성이 우수한 은-산화물계 전기접점재료에 관한 것으로 사용수명이 긴 것이 특징이다. 종래 많은 전기접점재료가 제조되어 실제로 각종 전기장치에 사용되어 왔으나, 특히 Cd 성분이 함유된 접점재료가 많았으며 이들이 건강에 해를 입힌다는 사실 때문에 사용이 자제되어 왔다. 그러다가 Cd을 사용하지 않은 은산화물계의 접점재료가 등장하면서 은과 기타물질을 적당히 혼합하여 내부산화처리한 은-산화물계 전기접점재료가 사용되었다.

이는 종래의 접점재료가 가진 문제점을 해소한 의미있는 발명이나, 그 조성물질의 비율이나 첨가물질의 종류 등에 의하여 효과가 현저히 달라질 수 있다. 따라서 본발명은 더 나아가서 접점재료의 효과를 현저히 상승시킬 수 있도록 그 조성물질을 여러가지 더 첨가함으로써 내용착성과 내소모성의 면에서 더욱 진보한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

최근의 전기접점기기의 고성능화로 그 기술력이 향상되었으나, 아직도 내용착성 및 내소모성에 한계가 있는 것이 사실이다.

본발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 전기접점재료의 내용착성, 내소모성 및 내식성을 보완하여 장기간의 수명을 갖는 전기접점재료를 제공하고자 한다.

또한 본발명에 의하면, Al, Zr의 첨가로 인하여, 내부산화에 의한 합금 조성 중의 산화물 입자의 조대화를 저지시킬 수 있어, 산화물의 미세화 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 측면에서 본 발명은, Sn 4∼20중량%, In 0.5∼6중량%, 및 Au, Pt, Rh, Os, Ir, Ru을 1종 또는 2종 이상 총 0.001∼1중량% 함유하고, Sb 를0.01~2중량% 더 함유하며, 필요에 따라 Fe, Ni및 Co 중 1종 또는 2종 이상을 0.001∼1중량% 함유하고, 또한 필요에 따라 상기의 조성에 Al, Zr 중 1종 또는 2종 이상 총 0.001~1중량% 함유하고 나머지가 Ag으로 된 조성을 갖는 Ag합금을 내부산화처리하여 내용착성, 내소모성 및 내식성에 우수한 은-산화물계 전기접점재료를 제공한다.

Sn의 역할은 산화물을 형성함으로써 내용착성을 향상시키는 것이다.

Sn의 함유량은 4∼20중량%이며, 이는 그 함유량이 4중량%미만에서는 우수한 내용착성을 얻을 수 없고, 반면에 20중량%을 초과하면 접점으로서의 접촉저항의 상승이 과도해지며 제조단계에서의 가공성이 저하하기 때문이다.

In의 역할은 Sn성분의 산화를 촉진하고 동시에 자기가 산화물을 형성하여 내용착성과 내소모성을 높이는 것이다.

In의 함유량은 0.5중량%미만에서는 원하는 효과를 발생시킬 수 없고, 반면에 6중량%을 초과하면 내용착성이 저하되기 때문에, 0.5∼6중량%가 알맞다.

또한 Au, Pt, Rh, Os, Ir, Ru 성분을 1종 또는 2종 이상 총0.001∼1중량% 더 포함하는데, 이들 중 1B족 구리족원소인 Au를 제외하고는 모두 8족인 백금족 원소들로써 내식성 및 내열성이 뛰어나, 전기접점재료의 기능성을 증대시키는 작용을 한다.

Au은 백금족 원소는 아니나, 유연하여 구리, 은, 백금족 원소 등의 합금으로 사용되며 전성과 연성이 강하고 전기와 열의 양도체이며, 강산화제에 의하여도 변하지 않는 특성을 가지는 바 접점재료의 내식성을 증대시킨다.

Fe, Ni, Co성분은, base metal에 고용되어 산화물 및 은입자를 미세화하고, 내용착성을 향상시키는 역할을 한다. 이들은 합금 구조를 조절하기 위해 합금에 혼합되는 것이며 그 함유량은 0.001∼1중량%로 함이 바람직하다. 왜냐면, 0.001 중량% 미만인 경우에는 기대되는 효과를 얻을 수 없고 반면에 그 함유량이 1중량%을 넘으면 가공성이 저하되기 때문이다.

Sb성분은 Sn과 배합함으로써 내구성과 내용착성의 향상을 기대할 수 있으며, 그 성분량은 0.01~2중량%로 함이 바람직하다.

Mg, Al, Zr성분은 0.001~1중량%로 했을 때, 산화물의 미세화 효과가 가장 크다. 적당량 첨가시, 조성원소가 Ag내에서 확산하여 적당히 분산하게 하여, 내부산화에 의한 합금 조성 중의 산화물 입자의 조대화를 저지하는 효과가 있다. 또한 내부산화에 의해 석출한 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 산화 마그네슘은 융점이 높아서 내아크성(arc)이 뛰어나며, 내용착성도 우수하다.

[실시예1]

표 1에 나타내는 합금조성을 갖는 주괴를 용해법에 의해 만들어서, Ag층으로서 Ag판을 가열 압착하고, 롤 압연 후, Φ6×1mm뿔의 소자에 펀칭하고, 이 소자를 압력이 3atm인 산소 분위기 속에서 내부산화하여 전기접점소자를 얻었다.

이 전기접점소자를 표 2에 나타내는 시험조건으로 수명테스트를 하였다.

또한 비교시료로서, 표 1의 비교예 1~5와 같은 재료의 전기접점소자를 동일한 방법으로 만들어서, 실시예의 경우와 동일한 테스트를 행하고, 이 결과를 표 1에서 나타냈다.

표에 나타난 것처럼, 총합 특성의 면에서 본실시예의 것이 가장 뛰어난 것을 알 수 있다.

<표1>

시료		합금조성 중량%	내용착성	내소모성	온도상승	접점탈락	총합평가
본발명의 실시예		Ag-7Sn-5In-0.5Sb-0.03Al-0.02Ni-0.02Au	◎	◎	○	○	1
비교예	1	Ag-6Sn-5In-0.5Sb-0.02Ni	×	△	×	○	4
	2	Ag-2Cd-6Sn-4In-0.02Ni	○	○	○	○	2
	3	Ag-5In-10Cd-0.07Ni	△	△	○	○	5
	4	Ag-15Cd-1.5Sn-0.3Ni	◎	△	○	○	3
	5	Ag-15Cd	×	×	◎	△	6

<표2>

시험조건	투입용착시험	소모시험
시험전압	AC120V	AC120V
시험전류	2900A	2900A
통전시간	0.5∞	0.5∞
시험횟수	80회	80회
접점길이	5φ × 1.5	6φ × 1.5

[실시예2]

실시예의 본발명재를 용해하고, 실시예1과 동일한 제조방법으로, 5Φ × 0.5 및 4Φ × 0.5 의 접점을 제작하고, 동리벳대금에 납땜하여 리벳형 접점 시료라고 하였다. 이 시료를 종래의 은-산화 카드뮴계 접점으로, 접점치수 5Φ × 0.5 의 리벳형 접점을 사용하고 있는 시판 안전 브레이커에 편성 전기 용품 규격에 준한 단락 시험을 하였다. 시험조건은 단극, 직렬 시험 모두 AC120V, 1.6KA, 역률 0.73이고, 단극은 O(open)-CO(close open)만, 직렬시험은 O-CO-CO-···을 용착이 발생할 때까지 실시하였다. 이 시험결과는 표 3에 나타난다.

<표3>

	접점길이	단극시험	직렬시험
본발명재료	5Φ × 0.5	OK	2대 동시에 7번째의 CO까지 OK
본발명재료	4Φ × 0.5	OK	1/2대 6번째의 CO에서 용착
비교재료	5Φ × 0.5	OK	2대 동시에 4~5번째의 CO에서 용착

표 1,2,3에서 나타난 바와 같이 , 본발명은 종래접점재료에 비하여 내용착성, 내소모성, 온도상승, 접점탈락의 면에서 산출한 총합평가가 우수한 것을 알 수 있다. 상기에서 서술한 바와 같이 본발명은 우수한 내용착성 및 내소모성을 갖는 은-산화물계 전기접점재료를 제공하므로, 각종전기기기에 조립되어 사용될 때 그 가치를 높일 수 있다.

본발명에 의한 전기접점재료는 기존의 전기접점재료에 비하여 내용착성 및 내소모성과 내식성 등 종합적인 면에서 향상된 접점재료를 제공한다.

기존의 기술에 비하여 조성물의 종류를 더욱 다양하게 첨가함으로써, 이상의 효과를 발생시킬 수 있으며, 본발명은 각종 전기전자 기기에 실질적으로 사용되어 그 기기의 고성능화에 기여할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. Sn 4∼20중량%과 In 0.5∼6중량%와 Ag을 포함하는 용해합금을 내부산화한 은-산화물계 전기접점재료에 있어서,

   상기의 용해합금은 Au, Pt, Rh, Os, Ir, Ru 을 1종 또는 2종 이상 총 0.001∼1중량% 더 포함하고 Sb 를 0.01~2중량% 더 포함하며 나머지는 Ａｇ으로 이루어진 것을 특징으로 하는 은-산화물계 전기접점재료.
2. 제 1항에 있어서,

   상기의 전기접점재료는 Al, Zr을 1종 또는 2종 이상 총0.001∼1중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은-산화물계 전기접점재료.
3. Sn 4∼20중량%과 In 0.5∼6중량%와 Ag을 포함하며, Ni, Co, Fe 을 1종 또는 2종 이상 총 0.001∼1중량% 더 포함하는 용해합금을 내부산화한 은-산화물계 전기접점재료에 있어서,

   상기의 용해합금은 Au, Pt, Rh, Os, Ir, Ru 을 1종 또는 2종 이상 총 0.001∼1중량% 더 포함하고 Sb 를 0.01~2중량% 더 포함하며 나머지는 Ａｇ으로 이루어진 것을 특징으로 하는 은-산화물계 전기접점재료.