KR101552428B1

KR101552428B1 - Ag / HIGH OXIDE Ag ALLOY ELECTRIC CONTACT MATERIAL FOR CIRCUIT BREAKER

Info

Publication number: KR101552428B1
Application number: KR1020140025552A
Authority: KR
Inventors: 김종배; 기호; 박재성; 양승호; 윤원규
Original assignee: 희성금속 주식회사
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-09-10

Abstract

The present invention relates to a multilayer contact made of an Ag/Ag alloy for a circuit breaker, and an electric contact composite material used therein. The contact material can reduce the prime costs of products by increasing the content of oxides by 22.5 wt% or more, and increases electric life. The contact material also can have the same quality as an existing contact material. Moreover, the contact material can be manufactured into a multilayer strip type or a plate contact type by a plasma bonding method using a filler metal.

Description

The high oxide for circuit breaker is silver / silver alloy electrical contact material {Ag / HIGH OXIDE Ag ALLOY ELECTRIC CONTACT MATERIAL FOR CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 차단기용 고산화물 전기접점용 소재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은(Ag)-카드뮴(Cd), 주석(Sn) 등을 주성분으로 하는 상부; 및 순은(Pure Ag)을 주성분으로 하는 하부를 포함하여 구성되는 2상 구조의 전기개폐기 또는 차단기용 전기접점 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a material for a high oxide electrical contact for a circuit breaker, and more particularly, to a material for a high oxide electrical contact for a circuit breaker, more particularly, an upper portion comprising silver (Ag) -cadmium (Cd), tin (Sn) And a bottom portion containing pure silver as a main component, and a method of manufacturing the same.

전기접점 제조에 사용되는 클래딩(cladding) 기술은 압접, 압출, 분말소결 등의 방식으로 나뉘어진다. 이중 냉간 압접은 초기 압하율을 50% 이상 인가하여야 하기 때문에, 산화물 함량이 높은 재질의 경우 소재의 가공성 문제로 인해 크랙의 발생 가능성이 높아서 상대적으로 가공성이 양호한 은(Ag)이나 금(Au)을 주성분으로 하는 합금계 재료의 클래딩에 사용되고 있다. 또한 수명의 증대나 원가 절감을 위해서 산화물의 함량을 증대시키려 하지만, 산화물 함량 증대시 가공성이 낮아 제조에 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 열간 압연이나 전기저항용접 등의 방법이 사용되고 있으나, 이러한 장비가 고가이기 때문에 생산비용의 증가로 이어진다. The cladding technique used in the manufacture of electrical contacts is divided into two methods: pressure welding, extrusion, and powder sintering. In the case of a material having a high oxide content, there is a high possibility of cracking due to the workability problem of the material, so that silver (Ag) or gold (Au) having a relatively good workability is highly likely to be generated because double cold- And is used for cladding an alloy-based material as a main component. In addition, although it is intended to increase the content of oxides in order to increase the lifetime and reduce the cost, it is difficult to manufacture due to low processability in increasing the oxide content. To solve this problem, methods such as hot rolling and electric resistance welding are used. However, since such equipment is expensive, it leads to an increase in production cost.

한편 종래 스트립(Strip) 제품은 산화물 함량이 20 중량% 내외 수준으로, 산화물 함량 증대시 제품의 균일성을 확보하기가 어려우며, 결정립을 따라 생성된 산화물에 의해 모재 내 크랙(Crack) 등의 결함이 발생하게 된다. 이러한 결함은 피로 파괴시 약점(Weak Point)으로 작용하여 제품의 수명 및 신뢰성을 떨어뜨린다.
On the other hand, in conventional strip products, the oxide content is about 20 wt%, and it is difficult to ensure uniformity of the product when the oxide content is increased, and defects such as cracks in the base material due to oxides formed along the crystal grains . These defects act as weak points in the fatigue failure and degrade the life and reliability of the product.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 은(Ag)을 기본 재질로 하고, 여기에 카드뮴(Cd)이나 주석(Sn), 니오븀(Nb), 안티몬(Sb) 등의 합금 원소가 첨가된 조성을 가짐으로써, 총 산화물 함량을 23% 수준으로 증대시키면서도 종래의 전기접점 성능과 유사한 수준을 가지는 전기 접점 재료 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which Ag is used as a base material and alloying elements such as cadmium (Cd), tin (Sn), niobium (Nb), and antimony It is an object of the present invention to provide an electrical contact material having an added composition and having a total oxide content increased to a level of 23% and a level similar to that of a conventional electrical contact, and a method for producing the same.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 카드뮴(Cd) 함량 18~20.5 중량%, 주석(Sn) 함량 0.8~1.3 중량%, Nb 및 Sb로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상 성분의 함량 0.5 중량% 이하, 기타 불가피한 불순물의 함량 0.5 중량% 미만, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 은(Ag)을 포함하는 용해주조된 합금이 전(前)산화방식에 의해 내부산화하여 형성된 구상형태의 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 차단기용 은(Ag) 합금계 전기접점 복합소재를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a cadmium (Cd) content of 18 to 20.5 wt%, a tin (Sn) content of 0.8 to 1.3 wt%, a content of at least one component selected from the group consisting of Nb and Sb, % Or less, and the remaining amount of silver (Ag) satisfying the content of the inevitable impurities of less than 0.5 wt% and 100 wt% is formed by internal oxidation by a pre-oxidation method, (Ag) alloy based electrical contact composite material for a circuit breaker.

또한 본 발명은 전술한 복합소재를 이용하여 제조되며, 접점 형태가 스트립(strip) 또는 판 형태인 것을 특징으로 하는 차단기용 은(Ag) 합금계 전기접점을 제공한다. The present invention also provides a silver (Ag) alloy-based electrical contact for a circuit breaker, which is manufactured using the above-described composite material, and has a contact form in the form of a strip or a plate.

아울러, 본 발명은 2층 이상의 다층 접점 클래드가 접합된 차단기용 다층 전기 접점에 있어서, 상기 다층 전기접점 클래드는 (i) 전술한 은 합금계 복합소재로 구성되는 은(Ag) 합금층; 및 (ⅱ) 은(Ag) 층을 포함하며, 이들이 플라즈마 접합에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 차단기용 다층 접점 클래드재를 제공한다.Further, the present invention is a multi-layered electrical contact for a breaker having two or more multi-layered contact clads joined together, the multi-layered electrical contact clad comprising: (i) a silver alloy layer composed of the silver alloy composite material; And (ii) a silver (Ag) layer, which are bonded by plasma bonding.

여기서, 상기 (i) 은(Ag) 합금층과 (ⅱ) 은(Ag)층은, 은(Ag), 인(P), 및 구리(Cu)가 14.5~15.5: 4.8~5.3 : 79.2~80.7 중량비로 구성되는 용가재(filler metal)에 의해 접합된 것일 수 있다.
The silver (Ag), phosphorus (P), and copper (Cu) in the silver (Ag) alloy layer and the silver (Ag) layer are preferably 14.5-15.5: 4.8-5.3: 79.2-80.7 And may be bonded by a filler metal constituted by a weight ratio.

본 발명에 따른 접점 재료는 산화물 함량 증대를 통하여 은(Ag) 함량을 줄일 수 있으며, 이를 통해 사용자(고객)는 접점 제조시 원가절감을 기대할 수 있다. The contact material according to the present invention can reduce the silver (Ag) content through the increase of the oxide content, thereby allowing the user (customer) to expect cost reduction in manufacturing the contact.

또한 산화물 함량 증대에 의해 전기 접점의 수명이 늘어나는 효과를 기대할 수 있다.
Also, the effect of increasing the lifetime of the electrical contact by increasing the oxide content can be expected.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 소재의 외형과 단면 조직도를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 소재의 단면 조직도의 FE-SEM 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기접점용 소재의 제조방법을 나타내는 전체 공정 흐름도이다1 is a photograph showing an outer shape and a cross-sectional structure of a material for an electrical contact manufactured by the present invention.
Fig. 2 is an FE-SEM photograph of a cross-sectional structure diagram of a material for an electrical contact manufactured by the present invention.
3 is an overall process flow chart showing a method of manufacturing a material for an electrical contact according to the present invention

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 기존 접점소재에 비해 산화물 함량이 증대되면서도, 종래 전기접점의 성능과 대등한 효과를 발휘하는 신규 조성을 가진 전기 개폐기 또는 차단기용 은(Ag)-은 합금(Ag alloy)계 전기접점 복합 소재를 제공하고자 한다. In the present invention, an oxide of silver (Ag) -based electrical contact composite material for an electric switch or a circuit breaker having a novel composition that exhibits an effect comparable to the performance of a conventional electrical contact, &Lt; / RTI >

이를 위해, 본 발명에서는 상기 전기접점 복합소재의 주성분으로 은(Ag)을 사용하고, 추가로 은(Ag) 보다 산화친화력이 높은 원소, 일례로 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 네오븀(Nb), 안티몬(Sb)을 포함하되, 이들의 함량을 특정 범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.For this, in the present invention, silver (Ag) is used as a main component of the electrical contact composite material, and furthermore, an element having higher oxidation affinity than silver (Ag), for example, cadmium (Cd), tin (Sn) Nb) and antimony (Sb), and the content thereof is controlled to a specific range.

은(Ag)은 산화가 어렵기 때문에, Ag 합금계 전기접점의 경우, '내부산화'라는 공정을 거치게 된다. 이러한 내부산화는 특정한 조건(고온 고압)에서 산화 친밀한 분위기를 형성했을 때, Ag 내부에 산화친화력이 높은 원소, 일례로 Cd, Sn, Zn, 등의 원소가 선택적으로 산화되는 것을 의미한다. 전기 접점의 경우 이러한 산화층이 휘발되면서 개폐시 발생하는 아크(Arc)열을 흡수하여 접점의 역할을 수행하는 중요한 핵심이 되는 것이다. Since silver (Ag) is difficult to oxidize, in the case of an Ag alloy electrical contact, it is subjected to a process called 'internal oxidation'. This internal oxidation means that elements such as Cd, Sn, Zn and the like having high oxidation affinity are selectively oxidized in Ag when an intimate atmosphere of oxidation is formed under specific conditions (high temperature and high pressure). In the case of an electrical contact, this oxide layer is volatilized and absorbs the arc heat generated when opening and closing, which is an important point for performing the role of a contact.

본 발명에 따른 접점 소재는 산화물의 함량을 22.5 중량% 이상 증대하여 제품의 원가를 절감시키고 장수명 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 종래의 접점소재와 비교하여 대등한 품질을 발휘할 수 있다. 또한 플라즈마 접합 방식을 통한 용가제와의 접합을 통해 다층의 스트립 형태 또는 판 접점 형태로 제조가 가능하다. The contact material according to the present invention increases the content of the oxide by 22.5% by weight or more to reduce the cost of the product and to exhibit the effect of prolonged life, and to exhibit a comparable quality to that of the conventional contact material. In addition, it can be manufactured in the form of a multilayer strip or a plate contact through bonding with a solvent via a plasma bonding method.

또한 본 발명에서는 산화물의 함량이 증대되었음에도 불구하고, 압출법을 이용하여 결정립 및 접합면에 밀집되는 산화물 분포를 제어한다. 이러한 방식으로 제조된 스트립재는 모재 내 크랙 및 결함 발생 가능성이 적어 제품의 내구성 향상 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
Also, in the present invention, although the content of the oxide is increased, the distribution of oxides densely deposited on the crystal grains and the bonding surfaces is controlled by the extrusion method. The strip material produced in this way has a low possibility of cracks and defects in the base material, which can be expected to improve the durability and reliability of the product.

<은(Ag)-은 합금(Ag alloy)계 전기접점 복합소재, 이를 포함하는 전기접점 및 다층 전기접점><Ag - Ag alloy electrical contact composite material, electrical contacts and multi-layer electrical contacts containing the same>

본 발명에 따른 전기 개폐기용 은-은(Ag) 합금계 전기접점 복합 소재는 은(Ag)을 주성분으로 함유하고, 여기에 은(Ag) 보다 산화친화력이 높은 원소, 일례로 카드뮴(Cd), 주석(Sn), Nb, Sb 등의 성분 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. The silver alloy based electrical contact composite material for an electric switch according to the present invention contains silver (Ag) as a main component and an element having higher oxidation affinity than silver (Ag), for example, cadmium (Cd) Tin (Sn), Nb, Sb, and other unavoidable impurities.

보다 구체적으로, 상기 복합 소재의 조성은 카드뮴(Cd) 함량 18~20.5 중량%, 주석(Sn) 함량 0.8~1.3 중량%, Nb 및 Sb로 구성된 군에서 선택되는 성분의 함량 0.5 중량% 이하, 기타 불가피한 불순물의 함량 0.5 중량% 미만, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 은(Ag)을 포함하는 용해주조된 합금이 내부산화하여 형성된 구상 형태의 산화물을 함유하는 것이 바람직하다. More specifically, the composition of the composite material preferably has a cadmium (Cd) content of 18 to 20.5 wt%, a tin (Sn) content of 0.8 to 1.3 wt%, a content of a component selected from the group consisting of Nb and Sb of 0.5 wt% It is preferable that the melt-cast alloy containing the remaining amount of silver (Ag) satisfying the content of unavoidable impurities less than 0.5 wt% and 100 wt% contains spherical oxide formed by internal oxidation.

이때 내부산화는, 산화방식에 따라 제품의 형태로 가공을 한 후 내부산화를 시키는 것을 후(後)산화, 내부산화를 시킨 후 제품 형태로 가공하는 것을 전(前)산화라고 통칭한다. 본 발명에서는 전(前)산화 방식이 바람직하다. At this time, internal oxidation is referred to as pre-oxidation in which internal oxidation is performed after the product is processed according to the oxidation method, and after the internal oxidation and internal oxidation are performed, the product is processed into a product form. In the present invention, the former oxidation method is preferable.

본 발명의 은(Ag) 합금계 전기접점 복합소재에서, 은(Ag)을 제외한 산화물은 은(Ag)보다 승화점이 낮으며, 승화열에 의해 접점표면부의 온도를 낮춤으로써 은의 소모를 방지하여 접점 수명을 늘이는 역할을 한다.In the silver alloy based electrical contact composite material of the present invention, oxides other than silver (Ag) have a lower sublimation point than silver (Ag). By lowering the temperature of the surface of the contact portion by the heat of sublimation, .

본 발명에 따른 접점 소재에서 산화물 성분으로 주요하게 첨가되는 원소는 카드뮴, 주석, 네오븀, 안티몬 등이다. 이중 카드뮴(Cd)은 신호 전달 등 신뢰성이 요구되는 일부 부품에 사용되며, 상기 카드뮴의 함량은 내부산화 전 용해 주조된 합금 조성의 총 중량%를 기준으로 18 내지 20.5 중량% 범위가 바람직하다. 이때 총 중량%는 100 중량%를 의미한다. In the contact material according to the present invention, the elements mainly added as the oxide component are cadmium, tin, nebium, and antimony. The double cadmium (Cd) is used in some parts requiring reliability such as signal transmission, and the content of cadmium is preferably in the range of 18 to 20.5% by weight based on the total weight% of the composition of the pre-internal oxidation-dissolution alloy. Here, the total weight% means 100 weight%.

일반적으로, 전기회로의 개폐 시에 접점의 표면에서는 고온, 고압의 아크 (arc)가 발생하며, 표면의 은(Ag)과 산화물은 동시에 용융하여 증발한다. 이때 산화카드뮴(CdO)과 같이 승화점이 낮은 접점용 산화물은 은(Ag)에 우선하여 승화되며, 승화열에 의해 접점 표면의 온도를 낮춤으로써 은(Ag)의 소모를 방지하게 된다. 또한 접점으로서 아크 소호 능력이 좋고, 내소모성, 전기전도도, 접촉저항 등의 특성이 워낙 탁월하고, 1A(암페어)급 릴레이로부터 수 백 A급의 중전기 기기용까지 폭 넓은 사용 범위를 가지고 있다. Generally, when an electric circuit is opened and closed, a high-temperature and high-pressure arc is generated on the surface of the contact, and the silver on the surface and the oxide simultaneously melt and evaporate. At this time, the contact oxide having a low sublimation point such as cadmium oxide (CdO) sublimates in preference to silver (Ag), and the temperature of the contact surface is lowered by the heat of sublimation, thereby preventing consumption of silver (Ag). In addition, the arc extinguishing ability is good as the contact point, and the characteristics such as the consumption resistance, the electric conductivity and the contact resistance are excellent, and it has a wide use range from the relay of 1A (amperes) to the heavy-weight appliance of several hundreds class.

또한 주석(Sn)은 산화물을 형성함으로써 내용착성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 주석의 함량은 내부산화 전 합금 조성의 총 중량%를 기준으로 0.8 내지 1.3 중량%이 바람직하다. 본 발명에서 전술한 범위를 벗어나는 경우 우수한 내용착성을 얻을 수 없으며, 이와 동시에 접점으로서의 접촉저항이 상승하게 되고, 가공성도 저하된다. Further, tin (Sn) plays a role of improving the tackiness by forming an oxide. The content of such tin is preferably 0.8 to 1.3% by weight based on the total weight% of the internal pre-oxidation composition. In the present invention, when it is out of the above-mentioned range, excellent brazing resistance can not be obtained, and at the same time, the contact resistance as a contact point increases and the workability also deteriorates.

또한 네오븀(Nb)이나 안티몬(Sb) 등 기타 성분은 Sn과 배합함으로써 내구성과 내용착성의 향상을 기대할 수 있으며, 이들의 함량을 내부산화 전 합금 조성의 총 중량%를 기준으로 0.5 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. In addition, other components such as nebium (Nb) and antimony (Sb) can be expected to be improved in durability and adhesion by mixing with Sn, and the content thereof is preferably 0.5% by weight or less based on the total weight% .

그리고 은(Ag)은 본 발명에 따른 전기접점 복합 소재의 주 성분이다. 전술한 성분들 이외의 잔량의 성분은 은(Ag)이며, 그 외 불가피한 불순물이 일부 포함될 수 있다. 이때 불순물의 총합은 내부산화 전 합금 조성의 총 중량%를 기준으로 0.5 중량% 미만으로 조절하는 것이 바람직하다. And silver (Ag) is a major component of the electrical contact composite material according to the present invention. The remaining component other than the above-mentioned components is silver (Ag), and some other unavoidable impurities may be contained. Preferably, the sum of the impurities is less than 0.5% by weight based on the total weight percent of the pre-oxidation pre-alloy composition.

본 발명에 따른 차단기용 은(Ag) 합금계 전기접점 복합소재에 있어서, 은(Ag)을 제외한 성분의 총 산화물(MO_x)의 함량은 내부산화 후 합금 조성의 총 중량%를 기준으로 22.5 중량% 이상일 수 있다. 바람직하게는 내부산화 후 총 중량%을 기준으로 22.5 ~ 23.5 중량% 범위이며, 보다 바람직하게는 23 ~ 23.5 중량% 범위일 수 있다. 상기와 같이 산화물 함량이 증가할 경우, 전기 접점의 장수명 효과 및 원가절감 효과가 도모될 수 있다.In the silver (Ag) alloy based electrical contact composite for a circuit breaker according to the present invention, the content of total oxides (MO _x ) of components other than silver (Ag _x ) is 22.5 wt% based on the total weight% % &Lt; / RTI > Preferably in the range of 22.5 to 23.5% by weight, more preferably in the range of 23 to 23.5% by weight, based on the total weight% after internal oxidation. If the oxide content increases as described above, the effect of longevity of the electrical contact and the cost saving effect can be achieved.

또한 본 발명은 전술한 조성을 가진 은(Ag) 합금계 전기접점 복합 소재를 이용하여 제조되는 차단기용 은(Ag) 합금계 전기접점을 제공한다.The present invention also provides a silver (Ag) alloy-based electrical contact for a circuit breaker manufactured using a silver (Ag) alloy electrical contact composite material having the above composition.

이때 상기 접점 형태는 특별히 한정되지 않으며, 스트립(strip) 또는 판 형태일 수 있다. At this time, the shape of the contact is not particularly limited and may be a strip or plate shape.

나아가, 본 발명은 2층 이상의 다층 접점 클래드가 접합된 전기개폐기 또는 차단기용 다층 전기 접점을 제공한다. Furthermore, the present invention provides a multi-layer electrical contact for an electric switch or a circuit breaker to which two or more multi-layer contact clads are bonded.

본 발명에서, 다층 전기 접점은 단일 또는 이종 성분을 포함하는 2층 이상으로 이루어진 전기접점으로, 일례로 은(Ag) 함유 합금층과 은(Ag) 층을 포함하는 2층 이상의 다층 판상 형태의 스트립 소재일 수 있다. 이는 전기회로를 개폐시켜 주는 기능을 담당하는 부품으로서, 특히 전자기기 중에서 스위치, 릴레이, 전기 개폐기 및 차단기 등에 사용된다. In the present invention, the multilayer electrical contact is an electrical contact made up of two or more layers including single or heterogeneous components. The multilayer electrical contact is composed of two or more layers of multilayered platelets including, for example, a silver (Ag) It may be a material. This is a part that functions to open and close an electric circuit, and is used particularly in electronic devices such as switches, relays, electric switches and circuit breakers.

보다 구체적으로, 본 발명의 다층 전기접점 클래드는 전술한 은 합금(Ag alloy)계 복합소재로 구성되는 은(Ag) 합금층; 및 은(Ag) 층을 포함하며, 이들이 접합된 것이다. More specifically, the multi-layered electrical contact clad of the present invention comprises a silver (Ag) alloy layer composed of the above-described silver alloy composite material; And a silver (Ag) layer, which are bonded to each other.

여기서, 상기 은(Ag) 층은 100% 은(Ag) 층으로 구성될 수 있다. Here, the silver (Ag) layer may be composed of 100% silver (Ag) layer.

본 발명에서, 상기 은(Ag) 합금층과 은(Ag) 층은 플라즈마 접합 방식에 의해 접합된 것일 수 있으며, 바람직하게는 플라즈마 접합 방식을 통한 용가제(filler metal)에 의해 접합될 수 있다. In the present invention, the silver (Ag) alloy layer and the silver (Ag) layer may be bonded by a plasma bonding method, and preferably by a filler metal through a plasma bonding method.

이때 용가재는 당 업계에 알려진 통상적인 필러 메탈 소재를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 필러 메탈 스트립은 구리(Cu), 은(Ag) 및 인(P)으로 구성된 군으로부터 선택되는 2종 이상을 포함하는 합금 형태의 조성일 수 있다. In this case, the filler can be used without limitation in a conventional filler metal material known in the art. For example, the filler metal strip may be a composition in the form of an alloy including at least two selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag) and phosphorus (P).

본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 용가재는 은(Ag), 인(P), 구리(Cu)가 14.5~15.5: 4.8~5.3 : 79.2~80.7 중량비로 구성되는 조성을 가질 수 있으며, 전술한 조성을 가진 원형 빌렛(billet)을 열간 압출하여 제조된 판상 형태의 스트립재일 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the above-mentioned excipient may have a composition composed of silver (Ag), phosphorus (P) and copper (Cu) in a weight ratio of 14.5-15.5: 4.8-5.3: 79.2-80.7, And may be a plate-shaped strip material produced by hot extruding a circular billet.

<전기 개폐기용 다층 접점 클래드재의 제조방법>&Lt; Manufacturing Method of Multilayer Contact Clad Material for Electric Switch >

이하, 본 발명에 따른 전기 개폐기용 다층 접점 클래드재의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method for manufacturing a multilayer contact clad material for an electric switch according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following production methods, and the steps of each process may be modified or optionally mixed as required.

본 발명에 따른 전기 개폐기용 다층 접점 클래드재의 제조방법은, 2층 이상의 다층 전기접점 클래드를 접합하되, 이중 전술한 은(Ag) 합금계 전기접점 복합소재로 구성되는 은(Ag) 합금층을 은(Ag) 층과 플라즈마 접합하는 방식에 의해 접합될 수 있다.
A method for manufacturing a multi-layer contact clad material for an electric switch according to the present invention is characterized in that a silver (Ag) alloy layer composed of a composite material of silver (Ag) (Ag) layer by a plasma joining method.

이하, 상기 제조방법을 각 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the manufacturing method will be described separately for each step.

(1) 주조 (제1단계)(1) Casting (first step)

상술한 바와 같이, 은(Ag)을 주성분으로 하고, 여기에 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 네오븀(Nb), 안티몬(Sb) 등을 포함하되, 이들의 산화물 함량이 22.5 중량% 이상이 되도록 조성을 설계하여 금속을 용해 주조한 후, 압출과 신선 공정을 거쳐 1 ~ 3 Φ의 와이어(wire) 형태로 제조한다.As described above, it is preferable to use silver (Ag) as a main component and to contain cadmium (Cd), tin (Sn), nebium (Nb), antimony (Sb) , The metal is melted and cast, and then extruded and drawn to form wire of 1 to 3 Φ.

이때 용해주조된 합금 내 산화물 함량은, Cd 함량 18 ~ 20.5 중량%, Sn 함량 0.8 ~ 1.3 중량%, 기타 Ni, Sb 등의 함량 0.5 wt% 이하가 되도록 하며, 불순물의 총합은 0.5 중량%가 넘지 않도록 한다. 이때 전체 100 중량%를 기준으로 하여, 전술한 성분을 제외한 잔량은 은(Ag)의 함량이다.
At this time, the content of the oxide in the melt-cast alloy is such that the content of Cd is 18 to 20.5% by weight, the content of Sn is 0.8 to 1.3% by weight, the content of Ni, Sb and others is 0.5% by weight or less and the total amount of impurities is not more than 0.5% . In this case, the remaining amount excluding the above-mentioned components is the content of silver (Ag) based on the entire 100 wt%.

(2) 칩(chip) 제조 (제2단계)(2) chip manufacturing (second step)

상기 제조된 와이어(Wire)를 칩(Chip) 형태로 절단한다. 이때 칩의 크기는 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 크기가 1 ~ 3 mm 범위일 수 있다.
The produced wire is cut into chips. The size of the chip may be appropriately adjusted within the conventional range known in the art, for example, the size may be in the range of 1 to 3 mm.

(3) 내부산화 (제3단계)(3) internal oxidation (third step)

상기 절단된 칩을 내부산화 공정을 거쳐 산화물을 형성시킨다. The chip is then subjected to an internal oxidation process to form an oxide.

이때 내부 산화공정의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 산소 분위기 하에서 650 ~ 800℃에서 10 ~ 72시간 동안 내부산화 공정을 거칠 수 있다.
The conditions of the internal oxidation process are not particularly limited. For example, the internal oxidation process may be performed at 650 to 800 ° C. for 10 to 72 hours in an oxygen atmosphere.

(4) 압축 (제4단계)(4) Compression (step 4)

상기와 같이 제조된 칩을 원형의 금형에 투입한 후, 압력을 가하여 빌렛(billet) 형태로 성형한다. 이때 압력 범위는 재질에 따라 상이하게 조절할 수 있으며, 일례로 50 ~ 200 kgf/cm² 범위일 수 있다. The chip thus prepared is put into a circular mold, and then pressed into a billet shape. At this time, the pressure range may be varied depending on the material, and may be, for example, in the range of 50 to 200 kgf / cm ² .

성형 완료 후 밀도를 높이기 위해서 냉간압축, 열간 압축 또는 이들 모두를 실시할 수 있다. 필요한 경우, 열처리를 실시한 후 다시 빌렛을 압축하는 공정을 원하는 압축밀도를 얻을 때까지 반복할 수 있다. 이때 빌렛을 충분한 온도(700 ~ 850℃)로 예열하게 되는데, 이때 예열은 특별히 제한되지 않으며, 분위기로 또는 고주파 예열 등의 다양한 방법이 수행될 수 있다.
After completion of the molding, cold compression, hot compression, or both may be performed to increase the density. If necessary, the process of compressing the billet after the heat treatment can be repeated until a desired compression density is obtained. At this time, the billet is preheated to a sufficient temperature (700 to 850 ° C). At this time, the preheating is not particularly limited, and various methods such as atmosphere or high frequency preheating can be performed.

(5) 압출 (제5단계)(5) Extrusion (Step 5)

예열이 완료된 후, 빌렛을 압출기 로더에 장착하여 압출을 실시한다. 압출시 금형에 따라 표면이 거칠거나, 이물질, 산화물이 발생할 수 있으며, 필요시 브러쉬 또는 산처리 공정을 통해 표면을 면삭할 필요가 있다.After the preheating is completed, the billet is mounted on the extruder loader and extruded. Depending on the mold during extrusion, the surface may be rough, foreign matter, or oxides may be generated, and it is necessary to finish the surface through a brush or acid treatment process if necessary.

상기 압출공정시 조건은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 150 내지 250 kgf/cm² 범위의 압력을 가압할 수 있다. 이러한 압출공정에 의해 스트립 형태 또는 판 접점 형태의 접점 소재가 제조될 수 있다. The conditions for the extrusion process are not particularly limited, and pressures in the range of 150 to 250 kgf / cm < ² > can be applied, for example. By this extrusion process, a contact material in the form of a strip or plate contact can be produced.

이와 같이 압출법을 실시하면, 결정립 및 접합면에 밀집되는 산화물 분포를 제어할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 제조된 스트립재는 모재 내 크랙 및 결함의 발생 가능성이 적어 제품의 내구성 향상 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
When the extrusion method is carried out in this way, the distribution of oxides densely formed on the crystal grains and the bonding surfaces can be controlled. Therefore, the strip material manufactured in this manner is less likely to cause cracks and defects in the base material, so that durability and reliability of the product can be expected to be improved.

(6) 압연 (제6단계)(6) Rolling (Step 6)

이후 접점 소재를 원하는 두께에 맞추기 위해 압연을 실시한다. Then, the contact material is rolled to the desired thickness.

압연은 소재의 가공성과 설비에 따라 압하율의 차이를 두고 진행해야 하며, 일반적으로 1회당 0.1 ~ 1.0mm 수준으로 두께를 감소시킨다. 이때 압하율이 30% 이상이 되면 소재의 균열 발생이 쉬우므로, 풀림 처리를 통해 내부응력을 제거한 후 추가 압연을 실시한다. 압연이 완료되면 필요한 폭만큼 절단(Slitting)하여 사용한다.
Rolling should proceed with the difference in rolling reduction depending on the workability of the material and the equipment, and generally the thickness is reduced to 0.1 to 1.0 mm per one time. At this time, if the reduction rate is more than 30%, it is easy to cause cracking of the material. Therefore, after the internal stress is removed through annealing treatment, additional rolling is performed. When rolling is completed, it is used by slitting to a required width.

(7) 접합 (제7단계)(7) Bonding (Step 7)

상기와 같이 제조된 은(Ag) 합금계 전기접점 소재로 구성되는 은(Ag) 합금층과 은(Ag)층을 이용하여 다층 전기접점을 제조한다. A multi-layered electrical contact is fabricated using a silver (Ag) layer and a silver (Ag) layer, which are made of the silver (Ag) alloy electrical contact material prepared as described above.

이때 다층 전기접점을 제조하는 방법은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 바람직하게는 대한민국 특허 공개 제2013-0042246호에 따른 클래드재의 제조방법에 따라 2층 이상의 다층 구조를 가지는 전기 접점으로 제조될 수 있다.At this time, the method for manufacturing the multilayered electrical contact may be manufactured according to a conventional method known in the art. Preferably, according to the manufacturing method of the clad material according to Korean Patent Publication No. 2013-0042246, Can be manufactured as a contact.

본 발명에서, 은 합금(Ag alloy)층과 은(Ag)층을 포함하는 다층 전기 접점 클래드재는 플라즈마 접합법에 의해 접합되며, 바람직하게는 플라즈마 접합 방식을 통한 용가재(filler metal)와의 접합을 통해 다층의 스트립 형태 또는 판 접점 형태가 제조되는 것이다. In the present invention, a multi-layered electrical contact clad material comprising a silver alloy layer and a silver (Ag) layer is joined by a plasma joining method, and is preferably bonded to a multi-layered structure by joining with a filler metal through a plasma joining method. A strip shape or a plate contact shape is manufactured.

상기 플라즈마 접합방식의 바람직한 일례를 들면, 진공 조건하에서 은 합금층(예, 제1금속박)과 은(Ag) 층(제2금속박) 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화 처리한 후, 표면 활성화 처리된 제 1 금속박 및 제 2 금속박을 가열 및 저압 압연하는 것이다.In a preferable example of the plasma bonding method, the surface of the silver alloy layer (e.g., the first metal foil) and the silver (Ag) layer (the second metal foil) are subjected to surface activation treatment under a vacuum condition, Heating and low-pressure rolling of the first metal foil and the second metal foil.

이때 진공 조건하에서 표면 활성화 처리시, DC 플라즈마를 사용하여 플라즈마 전력 1.0~1.5kw, 플라즈마 반응가스 Ar과 10% 수소 혼합가스를 사용하며, 유량은 500~600sccm, 은 합금층 및 은(Ag)층 가열온도 100~500℃, 압연롤 속도 100~200m/min, 저압 압연 하중 1.0 ~ 3.0 Ton 조건을 통해 금속 클래드재를 제조할 수 있다.At this time, in the surface activation treatment under the vacuum condition, DC plasma is used for plasma power of 1.0 to 1.5 kw, plasma reaction gas Ar and 10% hydrogen gas are used, the flow rate is 500 to 600 sccm, silver alloy layer and silver (Ag) A metal clad material can be produced through a heating temperature of 100 to 500 ° C, a rolling roll speed of 100 to 200 m / min, and a low-pressure rolling load of 1.0 to 3.0 Ton.

또한, 은 합금층과 은(Ag) 층의 가열에 따라 0.1mm ~ 3.0mm 두께의 금속 클래드재 제조가 가능하며, 저압압연에 따른 압하율 제어로 금속 클래드재 제조 후 후가공 공정 (풀림처리를 위한 열처리 및 두께 제어를 위한 압연)이 삭제되어 공정 리드타임이 획기적으로 단축되며 높은 접합강도를 가진 금속 클래드재를 제조할 수 있다. In addition, it is possible to manufacture a metal clad material having a thickness of 0.1 mm to 3.0 mm by heating the silver alloy layer and the silver (Ag) layer. By controlling the reduction rate according to the low pressure rolling, Rolling for heat treatment and thickness control) is eliminated, the process lead time is remarkably shortened, and a metal clad material having a high bonding strength can be manufactured.

상기 접합 단계에서 사용되는 용가재(filler metal)는 당 업계에 알려진 통상적인 필러 메탈 소재를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 필러 메탈 스트립은 구리(Cu), 은(Ag) 및 인(P)으로 구성된 군으로부터 선택되는 2종 이상을 포함하는 합금 형태의 조성일 수 있다. The filler metal used in the bonding step may be any of conventional filler metal materials known in the art. For example, the filler metal strip may be a composition in the form of an alloy including at least two selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag) and phosphorus (P).

본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 필러 메탈 스트립은 구리(Cu), 은(Ag) 및 인(P)의 합금이며, 은(Ag) 및 인(P)의 중량비로 은(Ag) : 인(P) = 14.5~15.5 : 4.8~5.3 범위로 용해되어 제조된 원형 빌렛(billet)을 열간 압출하여 제조된 판상 형태의 스트립재일 수 있다. 이때 전체 100 중량부를 기준으로 하여, 은(Ag)과 인(P)을 제외한 잔량은 구리의 함량으로, 79.2~80.7 중량부일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the filler metal strip is an alloy of copper (Cu), silver (Ag) and phosphorus (P), and silver (Ag) P) = 14.5 to 15.5: 4.8 to 5.3. The billet may be a plate-shaped strip material manufactured by hot extrusion. In this case, the remaining amount excluding silver (Ag) and phosphorus (P) based on 100 parts by weight of the total amount may be 79.2 to 80.7 parts by weight in terms of copper content.

상기 단계를 거치게 되면, 진공 조건 하에서 플라즈마 표면 활성화 처리 후 은 합금층과 은(Ag) 층의 가열 및 저압압연을 통해 0.1 ~ 3.0mm 두께의 높은 접합강도 가진 다층 전기접점 금속 클래드재를 얻을 수 있다.
Through the above steps, a multilayered electrical contact metal clad material having a high bonding strength of 0.1 to 3.0 mm in thickness can be obtained through heating of the silver alloy layer and the silver (Ag) layer and low pressure rolling after the plasma surface activation treatment under vacuum conditions .

(8) 브러쉬 및 슬릿팅 (제8단계)(8) Brush and slit (Step 8)

이후, 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 브러쉬와 레벨링 공정을 진행한 후 슬릿팅 공정을 수행한다.
Thereafter, the brush and leveling process are performed according to a conventional method known in the art, and a slitting process is performed.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples and comparative examples.

[실시예 1][Example 1]

하기 도 3에 도시된 제조공정 흐름도에 따라, 은(Ag) 함량이 77 중량%이고, 카드뮴(Cd)을 포함한 산화물 함량이 23 중량%인 전기 접점용 복합소재와 순은(Pure Ag)의 2종 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태의 클래드 스트립(Clad Strip)재를 제조하였다. 이때 도 3은 상기 클래드 스트립재의 제조공정 흐름도이다.
According to the manufacturing process flow chart shown in FIG. 3, a composite material for electrical contacts having a silver (Ag) content of 77 wt% and an oxide content of cadmium (Cd) of 23 wt% and two kinds of pure silver A clad strip material having a structure of a stripe having a structure of the structure shown in FIG. 3 is a flow chart of the manufacturing process of the clad strip material.

1-1. 전기접점용 복합 소재 제조1-1. Manufacture of composite materials for electrical contacts

먼저 은과 카드뮴 및 합금원소를 용융하여, 원형의 빌렛 형태로 주조하였다. 주조된 주조물은 면삭 등을 통해 표면을 깨끗하게 한 후, 120~200 kgf/mm²의 압력으로 가압하여 원형의 압출재로 제조하였다. 압출재는 신선을 통해 1 ~ 3Φ의 와이어(Wire) 형태로 제조하는데, 와이어는 길이 1 ~ 3mm로 절단을 실시하여 칩(Chip) 형태로 제조하였다. 칩은 내부산화를 통해 내부에 산화물을 형성시켰다. 이후 원형의 금형에 장입한 후 170 kgf/cm²의 압력으로 가압하여 원형의 빌렛을 제조하였다. 이렇게 제조된 빌렛은 대기열처리로를 통해 400 ~ 800℃로 4 ~ 8시간 풀림처리를 실시하였다. 풀림 처리 후 170 kgf/cm²의 압력으로 냉간 압축을 실시하고, 이후 풀림 처리를 실시하였다. 이후, 170 kgf/cm²의 압력으로 열간압축공정을 실시하여, 원하는 밀도에 도달하도록 하며, 필요시 풀림 처리를 실시하여 빌렛에 발생된 잔류 응력을 제거하였다. 이와 같이 제조된 빌렛은 700 ~ 850℃로 가열한 후 150 ~ 250 kgf/cm²의 압력으로 압출을 실시하여 스트립 형태 또는 판접점의 접점 소재로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 스트립 형태의 접점 소재는 가공률 10%씩 압연하여 최종 1.2 mm 두께로 압연하였다.
First, silver and cadmium and alloying elements were melted and cast into a round billet. The casted casting was cleaned by a cutting tool and then pressurized at a pressure of 120 to 200 kgf / mm ² to produce a circular extruded material. The extruded material is manufactured in the shape of wire of 1 ~ 3Φ through drawing. The wire is cut into 1 ~ 3mm and made into chip shape. The chips formed internal oxides through internal oxidation. Thereafter, the billet was charged into a circular mold and pressurized at a pressure of 170 kgf / cm ² to produce a circular billet. The billets thus prepared were annealed at 400 to 800 ° C. for 4 to 8 hours through an atmospheric heat treatment furnace. After the annealing treatment, cold compression was performed at a pressure of 170 kgf / cm ² , and then annealing was performed. Thereafter, a hot compression process was performed at a pressure of 170 kgf / cm ² to reach a desired density and, if necessary, annealing was performed to remove the residual stress generated in the billet. In this way the produced billet is subjected to extrusion to 150 to 250 pressure kgf / cm ² and then heated to 700 ~ 850 ℃ was prepared with the contact material of the strip-shaped or plate contact. The thus prepared strip-shaped contact material was rolled at a processing rate of 10% and finally rolled to a thickness of 1.2 mm.

1-2. 다층 전기접점 제조1-2. Multi-layer electrical contact manufacturing

상기 실시예 1-1에서 제조된 스트립 형태의 접점을 플라즈마(Plasma) 접합 방식을 이용하여 0.15 mm의 순은(Pure Ag) 스트립과 접합시킨 후, Cu와 P가 함유된 용가재(Filler metal) 스트립과 접합하였다. The strip-shaped contacts prepared in Example 1-1 were bonded to a 0.15 mm pure silver strip using a plasma bonding method, and then a filler metal strip containing Cu and P Respectively.

이후 브러쉬와 레벨링 공정을 수행한 후, 슬릿팅(Slitting) 공정을 통해 고객이 원하는 치수를 제공하였다. After the brushing and leveling process, the slitting process was performed to provide the desired dimensions.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 복합 소재의 외관 형태와 단면 조직도를 각각 나타내는 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a photograph showing an outer shape and a cross-sectional view of a composite material for an electrical contact manufactured by the present invention; Fig.

도 1에 따르면 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전기접점 재료는 스트립(Strip) 형태의 클래드 스트립재이며, 균일한 두께 편차를 가지고 있다는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 1, it can be seen that the electrical contact material manufactured according to the embodiment of the present invention is a clad strip material in the form of a strip, and has a uniform thickness deviation.

또한 도 2는 본 발명에 의해 제조된 전기접점용 복합 소재의 단면 조직의 FE-SEM 사진이다. 전기 접점부(Ag - Oxide Layer)에서 검은 색으로 표시된 부분이 산화물(Cd, Sn 등)로서, 접점 내 산화물이 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다.2 is an FE-SEM photograph of the cross-sectional structure of the composite material for an electrical contact manufactured by the present invention. It was confirmed that the oxide in the contact point was uniformly distributed as an oxide (Cd, Sn, etc.) in a black portion in the Ag - Oxide layer.

Claims

A cadmium (Cd) content of 18 to 20.5% by weight,
Tin (Sn) content of 0.8 to 1.3% by weight,
Nb and Sb in an amount of not more than 0.5% by weight,
The content of other unavoidable impurities is less than 0.5% by weight, and
(Ag) which satisfies 100% by weight is contained in a spherical oxide formed by internal oxidation by a previous oxidation method,
Wherein the total oxide content of the component excluding silver (Ag) is in the range of 22.5 to 23.5 wt%.

delete

A silver (Ag) alloy-based electrical contact for a circuit breaker, which is manufactured using the silver (Ag) alloy electrical contact composite material according to claim 1, wherein the contact form is in strip or plate form.

A multi-layer electrical contact for a breaker to which two or more multi-layer contact clads are bonded, the multi-
A silver (Ag) alloy layer composed of the silver alloy composite material according to claim 1; And
And a silver (Ag) layer, which are bonded by plasma bonding.

The method of claim 4, wherein the silver (Ag) alloy layer and the silver (Ag) layer are bonded by a filler metal, wherein the filler comprises silver (Ag), phosphorus (P) 15.5: 4.8 to 5.3: 79.2 to 80.7 weight ratio.