KR20090062864A

KR20090062864A - 산화 은-아연계 전기접점 소재

Info

Publication number: KR20090062864A
Application number: KR1020070130326A
Authority: KR
Inventors: 윤원규; 육장용; 김용희; 김갑수; 이연수
Original assignee: 희성금속 주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17
Also published as: KR100977294B1

Abstract

본 발명은 은 산화아연을 기초로 하는 전기접점 및 제조 방법을 제공한다. 산화 은-아연(AgZnO)계 전기접점 재료는 저접촉 저항성에 유리하지만 내 용착성이나 내 소모성은 충분한 특성을 만족하지 않는 것으로 알려져 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 ZnO를 미세하게 분산시키고 구리(Cu)와 망간(Mn), 안티몬(Sb)을 첨가하여 해결하고자 하였다.

아연(Zn)은 5.0~15중량%, 구리(Cu)는 0.1~3중량%이고, 망간(Mn)은 0.1~0.5중량%, 안티몬(Sb)은 0.05~0.5중량%를 포함한다. 그 제조방법은 내부산화법을 적용하였으며 은(Ag)과 아연(Zn), 구리(Cu), 망간(Mn), 안티몬(Sb)을 용해 주조한 후 압출하여 신선하고 신선한 것을 조각화하고 내부산화 처리한 뒤 내부산화한 조각을 다시 냉간, 열간 압축 성형하여 빌렛(billet)을 제작한 후 다시 압출하여 신선하는 방법으로 제조한다. 이와 같은 방법으로 제조된 AgZnO계 접점 재료는 가공성이 양호하고 카드뮴(Cd)이 포함하지 않아 인체 및 환경에 유해하지 않은 재료로 은산화 카드뮴을 대신할 수 있는 특성이 우수한 전기접점 소재이다.

전기접점재료, 접점, AgZnO, 내부산화

Description

산화 은-아연계 전기접점 소재{AgZnO electric contact material}

본 발명은 Ag-ZnO계 전기접점 소재에 관한 것이다.

일반적으로 Ag-ZnO계 전기접점 소재는 저접촉 저항성에 우수하지만, 내 용착성이나 내 소모성은 충분한 특성을 만족하지 않는 것으로 알려져 있다. 따라서 내 용착성이나 내 소모성이 특별히 요구되는 릴레이(relay)나 스위치(switch) 등의 개폐 접점으로 이용할 경우 내 용착성이나 내 소모성을 향상시키기 위해서 ZnO입자를 미세하게 분산시키는 방법을 들 수 있다.

내부 산화법은 조성량의 Ag-Zn합금을 용해 주조하고, 이것을 신선, 압출, 절단하여 우선적으로 형상을 만들어 내부산화 하는 것으로 은(Ag) 중에 아연(Zn)을 분산시킨다. 제 3의 금속원소를 첨가하여 ZnO의 미세 분산을 행한 경우, 은(Ag) 중의 ZnO는 그 형상이 침상에 되기 쉽고 그 침상 산화물이 줄무늬장에 석출한 분산 형태를 나타내는 경우가 많다. 이와 같은 분산상태는 아연(Zn)량의 증가에 비례하는 경향을 가지고 있다. 이 줄무늬장에 분산되는 침상 산화물에서는 분말 야금법처럼 구상의 ZnO가 미세 분산되는 것과 다르고, 내 용착성이나 내 소모성의 향상에 큰 영향을 미치지 못하였다. 미세 분산을 일으키기 위한 제 3의 금속원소 도 그 첨가량에 따라서는 AgZnO계 전기접점 소재의 특성에 악영향을 미치게 하는 경우도 있었다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 카드뮴(Cd)을 포함하지 않아 인체나 환경에 유해하지 않으며, ZnO를 보다 미세하고 균일하게 분산시키기 위해 내부산화법을 적용하여 저접촉 저항성을 유지하고, 내 용착성 및 내 소모성을 향상시키는 것이 가능하고 제조비용도 저렴한 Ag-ZnO계 전기접점 소재를 제조하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 아연(Zn)이 5.0~15중량%이고, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량%, 나머지는 은(Ag)을 포함하며, 상기 은과 아연, 구리를 용해 주조한 후 제 1압출하여 신선하고 조각화하고, 이 조각을 내부산화한 후, 상기 내부산화 조각을 다시 냉간 및 열간 압축 성형하여 빌렛(billet)을 제작하고, 상기 빌렛을 제 2압출하여 신선함으로써 ZnO를 미세 분산시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, AgZnO계 전기접점 재료는 카드늄(Cd)을 함유하지 않기 때문에 인체나 환경에 유해하지 않으며, 본 발명의 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 의해, ZnO를 미세하고 균일하게 분산 시켜 제조할 수 있으며, 내 용착성 및 내 소모성을 향상시킨다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 발명의 목적에 따른, AgZnO계 전기접점 소재를 내부 산화에 의한 제조방법으로 제조하는 것으로, 균일하고 미세한 ZnO를 분산시킨 AgZnO계 전기접점 소재를 제조한다.

제조과정은 은(Ag)과 아연(Zn)을 용해 주조한 합금을 제 1압출, 신선, 절단 후 내부산화 처리하여 은(Ag) 중에 아연(Zn)을 분산 시키며 내부산화 처리된 조각을 냉간 및 열간 압축 성형하고, 중량 환산으로 아연(Zn)을 5.0~15중량%, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량% 함유하며, 빌렛(billet)을 제작한 후 제 2압출하고 신선처리하여 제조하였다. 이 제조방법을 적용한다면 ZnO가 미세하고 균일하게 분산될 수 있다. 빌렛으로부터 압출 가공된 선재로 가공할 경우, 선재의 변형 과정에서는 재료의 길이 방향으로 큰 전단응력이 가해지게 된다. 이 경우, 빌렛의 줄무늬장으로 분산되어 있는 ZnO가 전단되어 은(Ag) 중에 미세하고 균일하게 분산되게 된다.

본 발명의 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 의해 미세하고 균일하게 분산된 AgZnO계 전기접점 소재를 제조할 수 있으며, 저접촉 저항성을 유지하고 우수한 내 용착성 및 내 소모성이 향상된다.

아연(Zn)이 5.0중량% 미만이라면, 실용적인 레벨(level)의 내 용착성에 이르고 내 소모성의 향상을 도모할 수 없다. 아연(Zn)이 15중량%를 넘는다면, 내부 산화처리가 어렵고 접촉 저항의 증가가 현저해지고, 가공성도 나빠진다.

또한, 구리(Cu)가 0.1중량% 미만이라면, 구리(Cu)의 첨가에 의한 ZnO의 미세화 효과가 작아지고, 3.0중량%를 넘는다면, 접점으로서의 사용중 ZnO중에 고용하고 있는 구리(Cu)를 분리하기 쉽고, 접점 표면에 CuO를 퇴적시킨 현상이 생김으로써 접촉 저항을 증가시킨다.

은-아연-구리(Ag-Zn-Cu) 합금을 이용하고 상기한 본 발명의 AgZnO계 전기접점 소재를 제조한 경우는, 구리(Cu)가 첨가되어도, ZnO은 은(Ag) 중에 미세하고 균일하게 분산된다. 이와 같이 구리(Cu)를 첨가하고 ZnO가 미세하고 균일하게 분산되는 경우, ZnO만의 것과 비교한다면, 저접촉 저항성을 유지하는 기능을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 구리(Cu)를 첨가한 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 있어서는 아연(Zn)이 5.0~15중량%, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량%, 나머지는 은(Ag)을 포함하여 조성하는 것이 타당하다. 보다 바람직하게는, 아연(Zn)이 7~9중량%, 구리(Cu)가 0.2~0.5중량%의 범위인 것으로, 구리(Cu)를 첨가함으로써 얻어지는 작용이 양호하게 된다.

은-아연-구리-망간(Ag-Zn-Cu-Mn) 합금을 이용하여 상기한 본 발명의 AgZnO계 전기접점 소재를 제조한 경우에는 개폐 접점으로서 이용할 때의 내 소모성을 또한 향상시킨 것이 가능해 진다.

망간(Mn)은 일반적으로 내부산화에 따라서 AgZnO계 전기접점 소재를 제조하는 경우에 ZnO를 미세 석출시키고 내열성이 우수한 첨가원소로서 알려져 있다.

이 구리(Cu) 및 망간(Mn)을 첨가한 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 있어서, 아연(Zn)이 5.0~15중량%, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량%, 망간(Mn)이 0.1~0.5중량%의 범위와 나머지는 은(Ag)을 포함하는 조성으로 하는 것이 타당하다. 보다 바람직한 것은, 아연(Zn)이 7~9중량%, 구리(Cu)가 0.2~0.5중량%, 망간(Mn)이 0.1~0.20중량%의 범위인 것으로 ZnO, 구리(Cu) 및 망간(Mn)과의 복합적인 작용이 가장 균형이 잡힌 상태가 된다.

망간(Mn)량이 0.1중량% 미만이면, 내 소모성의 향상 효과가 감소한다. 또한, 0.50중량%를 넘는다면 망간(Mn)이 내부 산화처리 전에 은(Ag) 합금 중에 편석하고, 내부산화 후에는 조대한 MnO입자를 석출시키고, 그것에 의해 접촉저항 증가 등의 원인이 된다.

은-아연-구리-망간-안티몬(Ag-Zn-Cu-Mn-Sb) 합금을 이용하여 상기한 본 발명의 AgZnO계 전기접점 소재를 제조한 경우에는 개폐 접점으로서 이용할 때의 내 소모성을 또한 향상시킨 것이 가능해 진다.

안티몬(Sb)은 일반적으로 내부산화에 따라서 AgZnO계 전기접점 소재를 제조하는 경우에 재질의 경도 균일화, 내 용착성 및 내 소모성이 우수한 첨가원소로서 알려져 있다.

이 구리(Cu), 망간(Mn) 및 안티몬(Sb)을 첨가한 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 있어서, 아연(Zn)이 5.0~15중량%, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량%, 망간(Mn)이 0.1~0.5중량% 그리고 안티몬(Sb)이 0.05~0.5중량%의 범위와 나머지는 은(Ag)을 포함하는 조성으로 하는 것이 타당하다. 보다 바람직한 것은, 아연(Zn)이 7~9중량%, 구리(Cu)가 0.2~0.5중량%, 망간(Mn)이 0.1~0.2중량% 그리고 안티몬(Sb) 0.1~0.3중량% 범위인 것으로 ZnO, 구리(Cu), 망간(Mn) 및 안티몬(Sb)과의 복합적인 작용이 가장 균형이 잡힌 상태가 된다.

안티몬(Sb)량이 0.05중량% 미만이면, 내 용착성 및 내 소모성의 향상 효과가 감소한다. 또한, 0.5중량%를 넘는다면, 안티몬(Sb)이 내부 산화처리 전에 은(Ag) 합금 중에 편석으로 인한 내 용착성 및 내 소모성 향상이 억제되고 그로 인해 접촉저항 증가 등의 원인이 된다.

상기와 같이, 본 발명에 관계되는 AgZnO계 전기접점 소재의 제조방법에 의해 얻을 수 있는 전기접점 소재는 은(Ag) 중의 ZnO의 내부 산화법에서는 미세하고 균일한 분산 상태이기 때문에 우수한 저접촉 저항성을 유지하고 내 용착성, 내 소모성이 향상된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명한다.

(실시예 1)

아연이 7.5중량%, 구리가 0.3중량%, 나머지는 은을 포함하는 AgZnO계 전기접점 소재를 제조하였다.

(실시예 2)

아연이 7.5중량%, 구리가 0.3중량%, 망간이 0.1중량%, 나머지는 은을 포함하는 AgZnO계 전기접점 소재를 제조하였다.

(실시예 3)

아연이 7.5중량%, 구리가 0.3중량%, 망간이 0.1중량%, 안티몬이 0.15중량%, 나머지는 은을 포함하는 AgZnO계 전기접점 소재를 제조하였다.

구분	내부산화전 조성(중량%)					경도 (HV)	인장시험
구분	은	아연	구리	망간	안티몬	경도 (HV)	인장강도 (kgf/㎟)	연신율 (%)
기존예	나머지	7.5	-	-	-	70∼80	20∼30	20∼30
실시예 1	나머지	7.5	0.3	-	-	75∼85	20∼30	20∼30
실시예 2	나머지	7.5	0.3	0.1	-	80∼100	25∼35	15∼25
실시예 3	나머지	7.5	0.3	0.1	0.15	80∼100	25∼35	15∼25

상기 표에서와 같이 본 발명의 실시예 1~3은 AgZnO 전기접점 소재의 합금조성(중량%)을 나타내고 있다. 실시예 1~3에서 나타내는 AgZnO계 전기접점 소재는 아래와 같은 제조방법으로 얻을 수 있다.

고주파 용해로를 이용하여 각 조성의 AgZn계 합금을 용해 주조하여 압출 빌렛(billet)을 제작한 후 압출 전 면삭을 실시한다. 압출온도는 650℃에서 Φ6mm 선재로 압출한다. 압출된 선재를 Φ2mm까지 중간 열처리 없이 신선 가공을 하고, Φ2mm, 길이 2mm로 절단하여 칩(chip)으로 제조한다.

내부산화 처리는 내부산화 온도 750℃, 산소기압 5kgf/㎠, 내부산화 시간은 48시간으로 한다. 내부산화한 칩을 모아 냉간, 열간압축 성형하여 Φ100mm의 원주 빌렛을 제조한다. 이때, 냉간압축은 4회(압축 후 열처리 700℃), 열간압축 2회(열간압축 온도 800℃)로 열간압축 성형된 빌렛을 830℃에서 Φ6mm(압출비 318:1)로 열간 압출하여 선재를 제조하고, 압출된 선재를 단면 감소율 20%로 Φ1.5mm로 신선 가공으로 선재를 제조한다. 헤더 머신(Header Machine)으로 두경 3.2㎜, 두고 0.6㎜, 족경 1.6㎜, 족장 2.5㎜의 리벳(Rivet) 접점을 제조한다(도시하지 않음).

각 조성별 AgZnO 전기접점 소재의 물성에 관해서 설명하면, 물성면에서 경도 및 인장시험 결과는 Zn의 함량 및 첨가 원소의 영향으로 다소 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 실시 예의 ZnO의 미세 분산 효과가 커서 경화되었다는 것을 확인할 수 있다.

도 2a, 2b, 2c, 2d에서는, 본 발명의 각 실시예에 대한 미세조직을 나타내는 것으로, 도 2a는 기존예, 도 2b는 실시예 1, 도 2c는 실시예 2, 도 2d는 실시예 3을 나타낸다. 따라서, 도 2에 의하면, 산화물의 분산상태가 미세하고 균일하게 분산 되어진 것을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예(1 ~ 3)에 대한 내구시험 결과 중 내 용착성을 나타낸다. 실시예(1, 2, 3)는 종래의 전기접점인 CdO계와 비교하여도 그 특성이 우수함을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 AgZnO 전기접점 소재의 전체 공정 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 AgZnO 전기접점 소재의 미세조직을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 AgZnO 전기접점 소재의 내구시험 결과 중 내 용착성 결과를 나타낸다.

Claims

아연(Zn)이 5.0~15중량%이고, 구리(Cu)가 0.1~3.0중량%, 나머지는 은(Ag)을 포함하며,

상기 은과 아연, 구리를 용해 주조한 후 제 1압출하여 신선하고 조각화하고, 이 조각을 내부산화한 후, 상기 내부산화 조각을 다시 냉간 및 열간 압축 성형하여 빌렛(billet)을 제작하고,

상기 빌렛을 제 2압출하여 신선함으로써 ZnO를 미세 분산시키는 것을 특징으로 하는 산화 은-아연(AgZnO)계 전기접점 소재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

망간(Mn)을 0.1~0.5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 은-아연계 전기접점 소재의 제조방법.
제 2항에 있어서,

안티몬(Sb)을 0.05~0.5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 은-아연계 전기접점 소재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 내부산화시 온도가 750℃이고, 산소압력이 5㎏/㎠이며, 유지 시간은 48 시간이고,

상기 제 2압출시 온도는 780~830℃인 것을 특징으로 하는 산화 은-아연계 전기접점 소재의 제조방법.
청구항 1항 내지 4항에 기재된 산화 은-아연계 전기접점 재료의 제조방법에 따라 제조된 전기접점 소재.