KR20070036984A - Ni added silver and silver alloys and their manufacturing method thereof - Google Patents

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윤영옥
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Abstract

본 발명은 은-니켈 합금은 은 또는 은 합금에 니켈이 미세하게 균일 분산된 미세 합금으로, 이를 이용한 전기접점재료 제조시, 은 합금이 본래 가지는 우수한 도전성 등의 전기적 특성과 가공성 및 스폿 용접성을 저하시키지 않고, 기계적 특성의 향상을 도모하여 복잡한 형상의 접점 또는 경부하로부터 중부하의 접점에 넓게 사용될 수 있는 니켈이 첨가된 은 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a silver-nickel alloy is a fine alloy in which nickel is finely uniformly dispersed in silver or a silver alloy. When manufacturing an electrical contact material using the same, the electrical properties such as excellent conductivity of silver alloy, and workability and spot weldability are deteriorated. The present invention relates to a silver alloy containing nickel and a method for producing the same, which can be widely used for a contact of a complicated shape or a light load to a heavy load without improving the mechanical properties.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 은 합금에 있어서 니켈의 고용도를 높이고, 합금의 조직을 미세하고 균일하게 분포시킬 수 있는 용해 기술을 확보할 수 있으며, 내 용착성 및 내 소모성 등의 접점 특성을 크게 높인 은-니켈 합금을 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, in the silver alloy, it is possible to secure a dissolution technique capable of increasing the solid solution of nickel and distributing the structure of the alloy finely and uniformly, and improving contact characteristics such as welding resistance and consumption resistance. A significantly higher silver-nickel alloy can be obtained.

은, 니켈, 전기접점재료, 주조공정 Silver, nickel, electrical contact materials, casting process

Description

니켈이 첨가된 은 합금 및 그의 제조방법{Ni Added Silver and Silver Alloys and their Manufacturing Method Thereof}Nickel-added silver alloy and its manufacturing method {Ni Added Silver and Silver Alloys and their Manufacturing Method Thereof}

도 1은 은-니켈의 상태도;1 is a state diagram of silver-nickel;

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 은-니켈 합금의 제조방법을 나타내는 블럭도;2 is a block diagram showing a method of manufacturing a silver-nickel alloy according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 니켈이 첨가된 은-니켈 합금의 500배 확대도; 및3 is an enlarged 500 times view of nickel-added silver-nickel alloy according to an embodiment of the present invention; And

도 4는 본 발명에 따른 니켈이 첨가된 은-니켈 합금의 에너지 분산형 분광기(EDX) 분석결과도이다.4 is an energy dispersive spectroscopy (EDX) analysis result of the nickel-added silver-nickel alloy according to the present invention.

본 발명은 니켈이 첨가된 은 합금 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 은-니켈 합금은 은 또는 은 합금(이하 '은 합금'이라 한다)에 니켈이 미세하게 균일 분산된 미세 합금으로, 이를 이용한 전기접점재료 제조시 은 합금이 본래 가지는 우수한 도전성 등의 전기적 특성과 가공성을 손상시키지 않고, 기계적 특성의 향상을 도모하여 복잡한 형상의 접점이나 경부하로부터 중부하의 접점에 이 르기까지 넓게 사용될 수 있는 니켈이 첨가된 은 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silver alloy to which nickel is added and a method of manufacturing the same. More specifically, the silver-nickel alloy is a fine alloy in which nickel is finely uniformly dispersed in silver or a silver alloy (hereinafter referred to as a 'silver alloy'). In the manufacture of electrical contact materials using the same, it is possible to improve the mechanical properties without compromising the excellent electrical properties and processability of the silver alloy, which is inherently inherent in the silver alloy, and to be widely used from the contact of the complicated shape or the light load to the heavy load contact. The present invention relates to a silver alloy to which nickel may be added and a method of manufacturing the same.

종래로부터 전기접점재료로서 여러 가지의 것들이 사용되지만, 가장 널리 사용되고 있는 것은 은-카드뮴계 합금으로 중전류 이하 영역에서 광범위하게 사용되며 전기접점 총수요량의 90% 이상을 차지하고 있다.Conventionally, various kinds of electric contact materials are used, but the most widely used silver-cadmium-based alloys are widely used in the region below medium current and occupy 90% or more of the total electrical contact demand.

그러나, 은-카드뮴계 전기접점재료는 내마멸성, 전기전도도 및 접촉저항등의 특성이 우수한 재료이지만, 최근 카드뮴의 유해성과 함께 내용착성의 불량이 문제시 되고 있으며, 또한 카드뮴이 산화전에 선택적으로 증발하기 때문에 표면부분에서의 용질농도가 감소하게 되므로 조직에서의 불균일도가 심하게 나타나는 문제가 발생되고 있다.However, silver-cadmium-based electrical contact materials have excellent properties such as abrasion resistance, electrical conductivity, and contact resistance. However, in recent years, cadmium has a problem of poor welding resistance along with the harmfulness of cadmium. As a result, the solute concentration in the surface portion decreases, causing a problem of severe unevenness in the tissue.

한편 또다른 전기접점재료인 은-니켈 합금재료는 고온에서 해당 원소를 상호 용융상태로 혼합시킨 후 냉각시켜 제조하는 통상의 합금제조법으로는 제조하기 어려운데, 이는 도 1의 은-니켈의 상태도에서 보여주는 바와 같이, 은과 니켈은 상온에서 상호 고용도가 거의 없기 때문이다. Meanwhile, the silver-nickel alloy material, which is another electrical contact material, is difficult to be manufactured by a conventional alloy manufacturing method in which the elements are mixed with each other at high temperature and then cooled, which is shown in the state diagram of silver-nickel of FIG. As shown, silver and nickel have almost no mutual solid solubility at room temperature.

즉, 보통 합금의 용해 후 상온으로 냉각 중에 은과 니켈의 고용도는 완전히 없어지기 때문에 합금원소로 첨가된 니켈이 은의 기지중에 불규칙하게 편성된 조직만을 얻게 된다.That is, since the solubility of silver and nickel disappears normally during cooling to room temperature after melting of an alloy, only a structure in which nickel added as an alloying element is irregularly knit in the matrix of silver is obtained.

따라서 은-니켈 합금재료는 은과 니켈의 미세한 분말을 균일하게 상호 혼합하여 성형한 후, 고온에서 소결하는 분말야금법을 이용하여야만 제조가 가능하게 된다.Therefore, the silver-nickel alloy material can be manufactured only by using a powder metallurgy method in which fine powders of silver and nickel are uniformly mixed with each other and molded, and then sintered at a high temperature.

상기 분말야금법으로 은-니켈 합금분말을 제조하는 방법은 첫째, 화학적인 방법을 이용하여 습식으로 분말을 제조하고 은과 니켈을 공침시켜 분자 단위에서 혼합시켜 제조하는 방법과 둘째, 은과 니켈을 함께 용해한 후 아토마이징(atomization) 하여 직접 합금 분말을 만드는 방법이 있다.The method of preparing silver-nickel alloy powder by the powder metallurgy method is firstly prepared by using a chemical method, and a powder is prepared by mixing the molecular unit by coprecipitation of silver and nickel, and secondly, silver and nickel There is a method of making alloy powder directly by dissolving together and atomizing.

그러나 상술한 전자의 방법은 유사한 특성의 전기접점재료를 제조할 수 있으나 그 공정이 복잡하여 대량 생산에는 많은 어려움이 있으며, 후자의 방법은 대량 생산에는 적합하나 고가의 장비가 필요 하고 재료의 손실량이 큰 단점이 있다.However, the former method can produce an electrical contact material with similar characteristics, but the process is complicated, so there are many difficulties in mass production. The latter method is suitable for mass production, but requires expensive equipment and the amount of material loss There is a big disadvantage.

또한 상기 분말야금법으로 은-니켈 합금 제조시, 조직을 미세/균질화 시키기 위해서는 분말의 입자를 가능한 한 작게 제조할 필요가 있는데, 분말의 입자가 미세화할수록 분말가격이 급격히 상승하고, 취급이 힘들어 균일하게 혼합하기 어려운 공정상의 문제가 발생하게 된다. In addition, when the silver-nickel alloy is manufactured by the powder metallurgy, it is necessary to make the particles of the powder as small as possible in order to finely / homogenize the structure. As the particles of the powder become finer, the powder price increases rapidly and the handling becomes difficult and uniform. Process problems are difficult to mix.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 은 또는 은 합금에 니켈을 미세하게 균일 분산된 합금을 제조하는 제조방법과 그에 의해 얻어지는 은 합금을 이용한 전기접점재료의 제조시, 은 합금이 본래에 가지는 우수한 도전성 등 전기적 특성과 가공성을 손상시키지 않고, 기계적 특성의 향상을 도모하여 복잡한 형상의 접점이나 경부하로부터 중부하의 접점에 이르기까지 넓게 사용할 수 있는 은-니켈 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the production method for producing an alloy finely uniformly dispersed in nickel or silver alloy and in the production of an electrical contact material using the silver alloy obtained thereby, silver alloy The silver-nickel alloy and its manufacturing method which can be widely used from complex contact point or light load to heavy contact point without improving the electrical characteristics and workability such as the inherent excellent conductivity and the mechanical properties are improved. The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 니켈이 첨가된 은 합금은 순수 은 또는 모든 은 합금에 1 내지 10 중량%의 니켈이 함유된 것을 특징으로 한다.Nickel-added silver alloy according to the present invention for achieving the above object is characterized in that 1 to 10% by weight of nickel contained in pure silver or all silver alloys.

또한, 상기 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법은 상기 순수 은 또는 모든 은 합금 및 1 내지 10 중량%의 니켈을 도가니에 장입하여 보호가스 분위기에서 1500 내지 1650℃의 온도로 용해하는 제 1단계, 및 상기 제 1단계에서 얻어진 은 합금을 1400 내지 1450℃의 온도에서 수냉식 금형속에 넣어 주조공정을 통하여 빌렛 또는 주조품을 제조하는 제 2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing the nickel-added silver alloy is the first step of charging the pure silver or all silver alloy and 1 to 10% by weight of nickel in the crucible to dissolve at a temperature of 1500 to 1650 ℃ in a protective gas atmosphere, And a second step of preparing the billet or cast product through a casting process by putting the silver alloy obtained in the first step into a water-cooled mold at a temperature of 1400 to 1450 ° C.

또한, 상기 제 1단계 후에 1 내지 30분 동안 후교반을 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the first step it is characterized in that it further comprises a step of post stirring for 1 to 30 minutes.

또한, 상기 제 1단계는 순수 은 또는 모든 은 합금 및 니켈을 용해한 후 교반 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first step is characterized in that it further comprises a stirring process after dissolving pure silver or all silver alloys and nickel.

여기서, 상기 금형은 금형, 세라믹형 또는 그라파이트형 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 주조공정은 중력 주조 및 진공 주조공정 중 어느 하나의 공정인 것이 바람직하다.Here, the mold is preferably any one of a mold, a ceramic type or a graphite type, and the casting step is preferably one of gravity casting and vacuum casting.

본 발명의 실시 예에서 사용된 공정은 중력 주조공정(Gravity Casting)이며, 사용된 은은 99.99% 순도이다.The process used in the embodiment of the present invention is a gravity casting process (Gravity Casting), the silver used is 99.99% purity.

상기 순수 은은 본 발명의 일실시 예일 뿐이며, 본 발명에 의해 얻어지는 니켈이 첨가된 은 합금은 상기 순수 은 뿐만 아니라, 모든 은 합금에 니켈이 첨가되어도 같은 효과를 얻을 수 있다.The pure silver is only one embodiment of the present invention, and the nickel alloy obtained by the present invention may have the same effect even if nickel is added to all the silver alloys as well as the pure silver.

또한, 상기 주조공정은 중력 주조공정 이외에 진공 주조공정을 사용하여도 무방하다.In addition, the casting process may use a vacuum casting process in addition to the gravity casting process.

한편, 본 발명에 따른 은-니켈 합금의 제조방법은 은과 니켈의 특성상 이들 두 재료는 상온에서 고용도가 거의 없기 때문에, 종래의 주조법과는 달리 급냉 응고 기술을 적용한 금형주조법을 적용하여 니켈이 미세하고 균일하게 분포하는 것이 특징이다.On the other hand, the method of manufacturing the silver-nickel alloy according to the present invention, since these two materials have almost no solid solution at room temperature due to the properties of silver and nickel, unlike the conventional casting method, nickel is applied by applying a die casting method to which a rapid cooling solidification technique is applied. It is characterized by a fine and uniform distribution.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부 도면 중, 도 2는 본 발명에 따른 은-니켈 합금의 제조방법을 나타내는 블럭도이다.2 is a block diagram showing a method for producing a silver-nickel alloy according to the present invention.

상기 도면에 의하면, 본 발명에 의한 니켈이 첨가된 은 합금의 제조는 순수 은 또는 모든 은 합금 및 1 내지 10 중량%의 니켈을 도가니에 장입하여 보호가스 분위기에서 1500 내지 1650℃의 온도로 용해하는 제 1단계(100)와, 및 상기 제 1단계(100)에서 얻어진 은 합금을 1400 내지 1450℃의 온도에서 수냉식 금형속에 넣어 주조공정을 통하여 빌렛 또는 주조품을 제조하는 제 2단계(300)에 의해 제조된다.According to the drawings, the preparation of the nickel-added silver alloy according to the present invention is charged with pure silver or all silver alloys and 1 to 10% by weight of nickel in the crucible to dissolve at a temperature of 1500 to 1650 ℃ in a protective gas atmosphere By the first step 100 and the second step 300 of manufacturing the billet or cast through the casting process by putting the silver alloy obtained in the first step 100 in a water-cooled mold at a temperature of 1400 to 1450 ℃ Are manufactured.

여기서, 상기 제 1단계(100)후에 1 내지 30분 동안 후교반을 하는 단계(200)를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include a step 200 of performing post stirring for 1 to 30 minutes after the first step 100.

또한, 상기 제 1단계(100)에서 순수 은 또는 모든 은 합금 및 니켈의 용해 후에 교반 과정을 더 포함할 수 있다.In addition, the first step 100 may further include a stirring process after the dissolution of pure silver or all silver alloys and nickel.

상기와 같은 제조 방법에 의하여 1 내지 10 중량%의 니켈이 첨가된 은 합금을 얻을 수 있게 된다.By the manufacturing method as described above it is possible to obtain a silver alloy to which 1 to 10% by weight of nickel is added.

상기 제 1단계(100)의 도가니는 금형, 세라믹형 또는 그라파이트형 중 어느 하나의 도가니를 사용하며, 첨가되는 니켈은 다양한 형태로 첨가될 수 있으나, 분말의 형태가 우선되며, 분말은 입자의 크기가 30㎛미만인 것이 바람직하다.The crucible of the first step 100 uses a crucible of any one of a mold, a ceramic type or a graphite type, and nickel to be added may be added in various forms, but the form of the powder takes precedence and the powder is the particle size. It is preferable that it is less than 30 micrometers.

첨가되는 니켈의 조성비는 0.01 내지 10중량%가 바람직하며, 이는 보통 합금을 제조함에 있어 첨가되는 성분의 조성비가 10중량%가 넘을 경우에는 주재(主材)의 물성(Property)이 사라질 염려가 있기 때문이다.The composition ratio of nickel to be added is preferably 0.01 to 10% by weight, and in the manufacture of an alloy, when the composition ratio of the added component is more than 10% by weight, there is a possibility that the property of the main material will disappear. Because.

상기 제 2단계(300)에서 주형은 금형, 세라믹형 또는 그라파이트형 중에서 어느 것을 사용하여도 무방하다.In the second step 300, the mold may be any one of a mold, a ceramic type, and a graphite type.

한편, 주조공정은 용융금속을 주형 속으로 주입하여 주형 안에서 금속을 응고시켜 원하는 형상을 얻는 제조 방식이다.On the other hand, the casting process is a manufacturing method in which molten metal is injected into a mold to solidify the metal in the mold to obtain a desired shape.

상기 제 2단계(300)에서 사용되는 주조방식은 중력 주조 또는 진공 주조방식이 사용된다.As the casting method used in the second step 300, gravity casting or vacuum casting is used.

첨부 도면 중, 도 3는 본 발명의 일실시 예에 따른 니켈이 첨가된 은-니켈 합금의 500배 확대도이고, 도 4은 본 발명에 따른 니켈이 첨가된 은-니켈 합금의 에너지 분산형 분광기(EDX) 분석결과도이다.In the accompanying drawings, FIG. 3 is a 500 times magnification of the nickel-added silver-nickel alloy according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an energy dispersive spectrometer of the nickel-added silver-nickel alloy according to the present invention. (EDX) Analysis results.

상기 도면 중 도 3에 나타나는 바에 의하면, 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어지는 니켈이 첨가된 은 합금에 있어서, 기지를 이루는 은(Ag) 속에 니켈(Ni)입자가 균일하고 미세하게 고용되어 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 3 of the drawings, in the silver alloy to which nickel was added by the production method of the present invention, it was found that nickel (Ni) particles were uniformly and finely dissolved in the silver (Ag) formed as a base. Can be.

또한 상기 도면 중 도 4에 나타나는 바에 의하면, 도 3에서 보여주는 성분들이 은(Ag)과 니켈(Ni)의 합금임을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4 of the drawings, it can be seen that the components shown in FIG. 3 are alloys of silver (Ag) and nickel (Ni).

한편 표 1에서 보여주는 데이터는 종래의 은-니켈 합금의 제조방법에 의한 경도와 본 발명에 따른 제조방법에 의한 합금의 경도의 값을 비교한 것으로, 본 발명의 제조방법에 따른 은-니켈 합금의 경도값이 향상되었음을 알 수 있다.Meanwhile, the data shown in Table 1 compares the hardness of the conventional silver-nickel alloy with the hardness of the alloy according to the manufacturing method of the present invention. It can be seen that the hardness value is improved.

종 류Kinds 경도(Hv)Hardness (Hv) 종래 기술에 따른 제조방법 Manufacturing method according to the prior art 분말야금법 Powder metallurgy 1717 공침법 Copulation 2222 본 발명에 따른 제조방법Manufacturing method according to the present invention 5353

상기와 같은 본 발명에 의한 니켈이 첨가된 은 합금 및 그의 제조방법에 의하면, 은 합금에 있어서 니켈의 고용도를 높이고, 합금의 조직을 미세하고 균일하게 분포시킬 수 있는 용해 기술을 확보할 수 있으며, 내 용착성 및 내 소모성 등의 접점 특성을 크게 높인 은-니켈 합금을 얻을 수 있다.According to the silver alloy containing nickel and the method for producing the same according to the present invention as described above, it is possible to secure a dissolution technology capable of increasing the solubility of nickel in the silver alloy and distributing the structure of the alloy finely and uniformly. It is possible to obtain a silver-nickel alloy having greatly improved contact characteristics such as welding resistance and wear resistance.

Claims (8)

순수 은에 1 내지 10 중량%의 니켈이 함유된 것을 특징으로 하는 은 합금.Silver alloy, characterized in that 1 to 10% by weight of nickel contained in pure silver. 모든 은 합금에 1 내지 10 중량%의 니켈이 함유된 것을 특징으로 하는 은 합금.Silver alloy, characterized in that all silver alloy contains 1 to 10% by weight of nickel. 상기 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 니켈 입자의 크기가 30㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 은 합금.The silver alloy is characterized in that the size of the nickel particles are less than 30㎛. 주조공정에 의해서 순수 은 또는 모든 은 합금에 니켈이 첨가된 은 합금을 제조함에 있어서,In producing a silver alloy in which nickel is added to pure silver or all silver alloys by a casting process, 상기 순수 은 또는 모든 은 합금 및 1 내지 10 중량%의 니켈을 도가니에 장입하여 보호가스 분위기에서 1500 내지 1650℃의 온도로 용해하는 제 1단계; 및A first step of charging pure silver or all silver alloys and 1 to 10% by weight of nickel in a crucible and dissolving it at a temperature of 1500 to 1650 ° C. in a protective gas atmosphere; And 상기 제 1단계에서 얻어진 은 합금을 1400 내지 1450℃의 온도에서 수냉식 금형속에 넣어 주조공정을 통하여 빌렛 또는 주조품을 제조하는 제 2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법.And a second step of preparing the billet or cast product through a casting process by putting the silver alloy obtained in the first step into a water-cooled mold at a temperature of 1400 to 1450 ° C. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1단계 후에 1 내지 30분 동안 후교반을 하는 단계를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법. And after-stirring for 1 to 30 minutes after the first step. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제 1단계는 순수 은 또는 모든 은 합금 및 니켈을 용해한 후 교반 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법.The first step is a method of producing a nickel-added silver alloy, characterized in that it further comprises a stirring process after dissolving pure silver or all silver alloy and nickel. 상기 제 4항에 있어서,The method of claim 4, 상기 주형은 금형, 세라믹형 및 그라파이트형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법.The mold is a method for producing a nickel alloy is added nickel, characterized in that any one of a mold, a ceramic type and a graphite type. 상기 제 4항에 있어서,The method of claim 4, 상기 주조공정은 중력주조 및 진공주조공정 중 어느 하나의 공정인 것을 특징으로 하는 니켈이 첨가된 은 합금의 제조방법.The casting process is a method of producing a nickel-added silver alloy, characterized in that any one of the process of gravity casting and vacuum casting.
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