KR20160071705A - 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법 - Google Patents

확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160071705A
KR20160071705A KR1020140179193A KR20140179193A KR20160071705A KR 20160071705 A KR20160071705 A KR 20160071705A KR 1020140179193 A KR1020140179193 A KR 1020140179193A KR 20140179193 A KR20140179193 A KR 20140179193A KR 20160071705 A KR20160071705 A KR 20160071705A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
billet
copper
silver
alloy
electrical contact
Prior art date
Application number
KR1020140179193A
Other languages
English (en)
Inventor
김종배
기호
연병훈
박재성
양승호
윤원규
Original Assignee
희성금속 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 희성금속 주식회사 filed Critical 희성금속 주식회사
Priority to KR1020140179193A priority Critical patent/KR20160071705A/ko
Publication of KR20160071705A publication Critical patent/KR20160071705A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0056—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches comprising a successive blank-stamping, insert-moulding and severing operation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 은(Ag)과 제1금속을 포함하는 접점 소재를 용융시켜 제1빌릿을 주조하는 단계; (b) 상기 제1빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계; (c) 상기 와이어를 절단하여 칩(chip)을 성형하는 단계; (d) 상기 칩을 산화시킨 후, 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 이용하여 제2빌릿을 주조하는 단계; (e) 상기 제2빌릿과 구리(Cu) 또는 구리 합금(alloy) 빌릿을 이용하여 절단 및 조립하여 제3빌릿을 형성하는 단계; (f) 제3빌릿을 확산접합하는 단계; 및 (g) 제3빌릿을 압출 및 압연하여 구리-은 합금판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 접점 기능을 하는 은(Ag) 합금층과 구리층을 확산 접합 방식을 이용하여 직접적으로 접합함으로써, 건전한 접합계면을 형성할 뿐만 아니라 이들 계면 상에 발생하기 쉬운 구리 산화물층 형성을 제어하여 전기 접점의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법{Method for manufacturing Copper-Silver Alloy for Electrical Contact Material by Using diffusion bonding}
본 발명은 구리/은 합금계 전기 접점을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래에 사용되는 은(Ag) 합금계 전기 접점은 용도에 따라 여러 대재에 접합하여 사용된다. 이때 사용되는 대재의 종류로는 Cu, Ni, 청동 등이 있으며, 특히 전기 전도도와 열전도도가 높은 구리(Cu)가 주로 사용된다.
기존의 접합 방식은 Heading과 같은 냉간 가공 방식을 사용하여왔다. 최근에는 생산성 향상을 위해, 접점재를 스트립(Strip) 형태로 사용하는 경우가 많은데, 이러한 경우 주로 저항용접 등을 이용하여 대재와 접합하게 된다.
현재 사용되는 스트립(Strip)재는 은(Ag) 합금과 은(Ag)이 층을 이루고 있는데, 상기 은(Ag) 층을 구리(Cu)로 대체하려는 접점의 수요가 점점 증가하고 있는 상황이다. 상기와 같이 구리(Cu)층을 포함하는 스트립(Strip)재의 제조는 구리(Cu)의 산화 문제 때문에, 해외 선진사에서는 열간 분위기 접합 방식을 사용하고 있다. 그러나 고가의 장비 구축 등의 한계로 인해 생산비용이 비싸다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 구리층과 은(Ag)층을 포함하여 구성되는 스트립재를 접합시, 확산접합 방식을 활용하여 건전한 접합계면을 지니도록 하는 전기 접점의 신규 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 전술한 확산접합 방식을 활용하여 제조된 다층(Multilayer) 스트립 형태의 전기 접점을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 은(Ag)과 제1금속을 포함하는 접점 소재를 용융시켜 제1빌릿을 주조하는 단계; (b) 상기 제1빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계; (c) 상기 와이어를 절단하여 칩(chip)을 성형하는 단계; (d) 상기 칩을 산화시킨 후, 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 이용하여 제2빌릿을 주조하는 단계; (e) 상기 제2빌릿과 구리(Cu) 또는 구리 합금(alloy) 빌릿을 이용하여 절단 및 조립하여 제3빌릿을 형성하는 단계; (f) 제3빌릿을 확산접합하는 단계; 및 (g) 제3빌릿을 압출 및 압연하여 구리-은 합금판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 단계 (a)의 제1금속은 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 인듐(In) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이때 제1금속의 함량은 당해 제1빌릿 100 중량%를 기준으로 20 중량% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 단계 (d)에서 산화단계는 산소 분위기 하에 650 내지 800℃에서 3 내지 24시간 동안 실시될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일례에 따르면, 상기 단계 (d)에서 제2빌릿 주조단계는 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 금형에 투입한 후, 160 내지 180 kgf/cm2의 압력을 가해 제2빌릿을 주조하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일례에 따르면, 상기 단계 (d)는 (d-1) 상기 제2 빌릿을 풀림처리(annealing)하는 단계; 및 (d-2) 상기 풀림처리된 제2 빌릿을 냉간 압축, 열간압축, 또는 이들 모두를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일례에 따르면, 상기 단계 (f)는 600~730℃의 온도 및 40 ~ 130 MPa 압력 조건 하에서 1 ~ 10 시간 동안 유지함으로써, 은(Ag) 합금층과 구리층 계면 간의 확산을 통해 접합이 이루어지는 것일 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 또 다른 일례에 따르면, 상기 제조방법은 (h) 상기 구리-은 합금판과 제2금속판을 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2금속판은 은(Ag) 또는 은 합금일 수 있다.
한편 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 구리-은 합금계 전기 접점을 제공한다.
본 발명은 구리층과 은(Ag)층을 포함하여 구성되는 스트립재를 접합시, 확산 접합 방식을 활용하여 직접적으로 접합함으로써, 건전한 접합계면을 지닌 전기 접점을 제조할 수 있다.
또한 본 발명에서는 전술한 확산접합 방식을 활용하여 여러 층(Multi-layer)을 지닌 스트립 형태의 전기 접점을 제조할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 전기접점 소재는 내구성 및 신뢰도가 우수하기 때문에 다양한 분야의 접점 재료로 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 전기 접점의 단면을 확인한 FE-SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 전기 접점의 단면을 확인한 FE-SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 전기 접점의 FE-SEM 이미지이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 구리-은 스트립재의 전기 접점을 제조함에 있어서, brazing 접합을 활용하는 대신, 접점 기능을 하는 은(Ag) 합금층과 구리층을 확산접합 방식을 활용하여 직접적으로 접합시키는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 brazing은 스트립(strip)과 모재와의 접합을 의미하며, 용가재(filler metal)를 녹여서 접합하는 것이다. 이에 비해, 본 발명에서 적용하는 확산접합은 brazing을 포함하지 않는, 협의의 의미로서 스트립층(strip layer) 간의 접합을 지칭하며, 융점의 70~80% 수준에서 접합하게 된다.
즉, 다른 종류의 물체끼리 접촉시키면 시간과 온도에 따라 각 물체의 원자들이 자신의 농도보다 낮은 상대 물체로 원자 이동하는 확산이 일어나게 된다. 특히 금속은 융점이 높기 때문에, 인위적으로 압력과 온도와 간격을 조절할 경우, 이종 금속소재 내에서 강제로 원자간 이동을 일으켜 접합이 일어나게 되는데, 이를 확산접합(diffusion bonding) 이라고 한다.
상기와 같이 확산접합을 적용할 경우, 건전한 접합계면을 형성할 뿐만 아니라 이들의 접합계면 상에 발생하기 쉬운 구리 산화물층 형성을 제어하여 전기 접점의 수명을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명에서는 Canning이라는 공정 및 탈가스 공정을 통해서 진공상태에서 접합을 함으로써, 산화물층을 형성할 산소 (O2)와의 접촉이 없게 되어 구리 산화물층 형성 자체를 억제하게 된다.
<전기접점의 제조방법>
이하, 본 발명에 따른 전기접점의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.
상기 전기접점을 제조하는 방법의 바람직한 일 실시예를 들면, (a) 은(Ag)과 제1금속을 포함하는 접점 소재를 용융시켜 제1빌릿을 주조하는 단계('S10'); (b) 상기 제1빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계('S20'); (c) 상기 와이어를 절단하여 칩(chip)을 성형하는 단계('S30'); (d) 상기 칩을 산화시킨 후, 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 이용하여 제2빌릿을 주조하는 단계('S40'); (e) 상기 제2빌릿과 구리(Cu) 또는 구리 합금(alloy) 빌릿을 이용하여 절단 및 조립하여 제3빌릿을 형성하는 단계('S50'); 및 (f) 제3빌릿을 확산접합하는 단계('S60'); (g) 제3빌릿을 압출 및 압연하여 구리-은 합금판을 형성하는 단계('S70')를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 필요에 따라, (h) 상기 구리-은 합금판과 제2금속판을 접합하는 단계('S80')를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.
(a) 제1 빌릿 주조 (이하, 'S10 단계'라 함)
먼저, 은(Ag)과 제1 금속을 포함하는 접점 소재를 이용하여 제1빌릿을 주조한다.
보다 구체적으로, 은(Ag)을 주성분으로 하고, 여기에 제1금속이 포함되는 접점소재의 조성을 설계한 후 이러한 금속을 용해로에 투입하여 용해시킨 다음 금형에 부어 제1 빌릿을 주조한다.
여기서, 주조는 용융된 소재를 이후 압출이 용이한 형태의 금속 덩어리인 빌릿(billet)으로 만드는 것을 의미한다. 이때 빌릿은 단면이 장방형으로 한 변이 160mm 이하, 단면적 25,600 이하의 각형 강편, 또는 소강편일 수 있다.
상기 제1 금속은 당 업계에서 은과 합금을 형성할 수 있는 접점소재라면 특별히 한정되지 않으며, 일례로 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 인듐(In) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 이러한 제1 금속의 함유량은 상기 제1 빌릿 100 중량%를 기준으로 10 중량% 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 40 중량% 범위일 수 있다.
(b) 와이어 성형 (이하, 'S20 단계'라 함)
본 S20 단계에서는 주조된 제1 빌릿을 압출하여 와이어(wire)를 성형한다.
여기서, 성형되는 와이어의 직경은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 1 내지 3Φ인 것이 바람직하다.
또한 상기 S2 단계에서, 와이어를 성형하는 방법도 특별히 한정되지 않으며, 일례로 제1 빌릿과, 와이어 성형을 위한 금형을 각각 500 내지 600℃로 예열한 후 금형에 제1 빌릿을 주입하고 120 내지 170kgf/㎠의 압력을 가해 와이어를 성형할 수 있다.
(c) 칩 성형 (이하, 'S30 단계'라 함)
이전 단계(S20)에서 성형된 와이어를 절단하여 칩(Chip)을 성형한다. 이와 같이 작게 절단하는 이유는 내부산화를 균일하게 하고 빠른 시간 내에 내부산화가 완료될 수 있도록 하기 위해서이다.
여기서 성형되는 칩의 길이는 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있으며, 일례로 1 내지 3㎜인 것이 바람직하다.
상기와 같이 칩(chip)을 성형한 후 산화과정을 거쳐 후술되는 제2 빌릿(billet)을 주조할 경우 제1금속 산화물이 균일하게 분포된 제2 빌릿을 주조할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
(d) 산화 및 제2 빌릿 주조 (이하, 'S40 단계'라 함)
본 S40 단계에서는 성형된 칩을 내부산화 공정을 거쳐 산화물을 형성한 후, 상기 산화된 칩을 이용하여 제2 빌릿을 주조한다.
상기 산화단계는 고압의 산소 분위기 하에서 가열을 통해 산소가 금속 내부로 침입하여 고용되게 하는 목적이 있다. 이와 같이 내부산화된 금속소재는 산화물이 형성되어, 내부산화 전 금속 소재보다 전기접점소재로서 전기적, 기계적 수명이 향상된 소재가 된다.
즉, 은(Ag)은 산화가 어렵기 때문에, Ag 합금계 전기 접점소재의 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, In 등의 원소가 선택적으로 산화되는 것을 의미한다. 전기 접점의 경우 이러한 산화층이 휘발되면서 개폐시 발생하는 아크(Arc)열을 흡수하여 접점의 역할을 수행하는 중요한 핵심이 된다. 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 방식에 의해 전기접점을 제조한다.
이때, 상기 칩을 산화시키는 조건은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 산소 분위기 하에서 650 내지 800℃의 온도에서 3 내지 24시간 동안 산화시키는 것이 바람직하다. 여기서 산소 분압은 4~10 kgf/cm2 조건일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 성형된 칩(chip)을 산화시키면, 칩 내부 및/또는 칩 표면에 제1 금속이 산화되어 형성된 제1금속산화물을 포함하게 된다. 이러한 제1금속산화물을 포함하는 칩(chip)을 이용하여 제2 빌릿을 주조하게 되면, 주조되는 제2 빌릿에도 제1금속산화물이 균일하게 분포된다. 본 발명에서는 상기 제1금속산화물이 균일하게 분포된 제2빌릿을 이용함에 따라, 최종 제조되는 전기 접점에서 제1금속 산화물이 균일하게 분포되어 내구성 및 신뢰도가 높은 전기 접점을 제공할 수 있다.
한편 본 S40 단계에서 제2 빌릿을 주조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 산화된 칩을 원형의 금형에 투입한 후, 160 내지 180kgf/cm2의 압력을 가해 주조될 수 있다.
본 발명에서는 주조된 제2 빌릿의 응력을 제거하고 밀도를 조절하기 위해 풀림처리(annealing)와, 냉간 압축 또는 열간 압축하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 풀림처리 단계는 압축응력을 제거해주고 잘게 절단되어 분리되었던 접점 소재 간 확산을 통해 접합시켜주어 내부의 결함을 제거하는 것을 목적으로 한다. 이러한 풀림처리 단계의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 제2 빌릿을 대기열처리로에 투입한 후 400 내지 800℃에서 4 내지 8시간 동안 이루어질 수 있다. 이때 1회 또는 그 이상 실시될 수 있다.
또한 상기 압축단계는 제2빌릿을 압축하여 밀도를 높이는 공정으로서, 크게 상온에서 압축하는 냉간압축과 가열된 상태에서 압축하는 열간압축으로 구분될 수 있다. 성형 완료 후 밀도를 높이기 위해서, 본 발명에서는 냉간압축, 열간압축 또는 이들 모두를 실시할 수 있다.
상기 냉간압축 또는 열간압축 단계의 조건 역시 특별히 한정되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 냉간압축은 상온에서 150 내지 170kgf/cm2의 압력을 가해 이루어질 수 있으며, 열간압축은 600 내지 650℃에서 170 내지 190kgf/cm2의 압력을 가해 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 냉간압축 또는 열간압축을 선택적으로 실시하거나, 또는 냉간압축 및 열간압축을 모두 실시할 수 있다. 필요한 경우, 열처리를 실시한 후 다시 빌릿을 압축하는 공정을 원하는 압축밀도를 얻을 때까지 반복할 수 있다. 이때 제2빌릿을 충분한 온도(700 ~ 850℃)로 예열하게 되는데, 이때 예열은 특별히 제한되지 않으며, 분위기로 또는 고주파 예열 등의 다양한 방법이 수행될 수 있다.
(e) 제 3빌릿 제조 (이하, 'S50 단계'라 함)
제조된 제2 빌릿을 절단하고, 구리(Cu) 또는 구리 합금 빌릿(alloy billet)을 단면적 비에 맞추어 절단한 후, 제2빌릿과 구리계 빌릿을 조립하여 제 3 빌릿을 제조한다.
이때 구리 합금 빌렛에 사용된 성분은 당 분야에서 구리(Cu)와 합금을 형성할 수 있는 금속 성분이라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 제 3 빌릿 제조시, 필요에 따라 은(Ag) 층을 별도로 삽입할 수 있다.
(f) 확산 접합 (이하, 'S60 단계'라 함)
본 S60 단계에서는, 제조된 제 3 빌릿을 등방향 확산 접합을 통해 은(Ag) 합금층과 구리(Cu) 또는 구리 합금층을 접합한다.
상기 확산 접합시의 방법 및 조건은 각각 당 분야에 알려진 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 상기 S60 단계의 바람직한 일례를 들면, 제3빌릿을 600~730℃의 온도 및 40~130 MPa 압력 조건 하에서 1~10 시간 동안 유지하는 것일 수 있다.
Ag-Cu 접점에 대해서 전술한 조건을 유지할 경우, 이들의 접촉면 전면(全面)에 걸쳐 합금 액체 상에 의한 습윤이 생겨 전면적인 접합이 형성된다. 즉, 은(Ag) 합금층과 구리층 계면 간의 확산을 통해 접합이 이루어지게 된다. 이때 상기 조건보다 낮을 경우 계면에서만 국부적인 합금층이 생기게 되며, 상기 조건 보다 높을 경우 접점의 침하가 커져서, 접점 성능을 해롭게 할 수 있다.
상기 확산 접합에 의해 형성된 접합층은 주로 Ag과 Cu로 이루어지며, 접점이 합금인 경우 그 합금 성분이 더 포함된다. 이러한 접합층은 종래 사용되는 은납층에 비해 융점이 높고 고온 강도 역시 우수하므로, 대전류의 통전에 의한 온도 상승에 대해서도 박리가 생기가 어렵다. 또한 접합 강도는 납땜에 의한 접점 강도와 대등한 강도를 나타낼 수 있다.
아울러, 상기 접합층의 두께는 가열온도, 가열시간, 압력 등에 의해 조절할 수 있으므로, 접합부의 특성에 따라 원하는 값으로 제어하는 것이 가능하다.
상기와 같이 확산 접합을 통해 제조된 제3빌릿은 열간 압축 등의 공정을 통해 추가적으로 접합강도를 향상시킬 수 있다.
(g) 합금판 형성 (이하, 'S70 단계'라 함)
본 S70 단계에서는, 확산 접합된 제 3 빌릿을 압출 및 압연하여 구리-은 합금판 (또는 strip)을 형성한다.
상기 합금판을 형성하는 방법의 바람직한 일례를 들면, 제 3 빌릿을 스트립 형태의 금형에 투입한 후 600℃ 내지는 700℃의 온도에서 160 내지 180kgf/cm2의 압력을 가하여 열간 압출하는 방식으로 제조될 수 있다.
본 S70 단계에서, 압출은 내부산화된 접점 소재를 압접하고자 하는 형태로 제조하는 단계이다. 이와 같이 압출시, 금형에 따라 표면이 거칠거나, 이물질, 산화물이 발생할 수 있으며, 필요시 브러쉬 또는 산처리 공정을 통해 표면을 면삭할 필요가 있다.
상기 압출공정에 의해 스트립 형태 또는 판 접점 형태의 접점 소재가 제조될 수 있다. 이와 같이 압출법을 실시하면, 결정립 및 접합면에 밀집되는 제1금속산화물의 분포를 제어할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 제조된 스트립재 (합금판)는 모재 내 크랙 및 결함의 발생 가능성이 적어 제품의 내구성 향상 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
이후 접점 소재를 원하는 두께에 맞추기 위해, 요구되는 두께로 압연을 실시한다.
이때 압연은 당 분야에 알려진 통상적인 열간압연, 냉간압연 또는 이들 모두를 실시할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 스트립재를 300 내지 450℃의 온도에서 열간압연을 하거나, 냉간압연을 통해 목적된 치수로 제조될 수 있다. 또한 슬리팅 공정을 통해 원하는 폭으로 절단하여 제조될 수 있다.
(h) 이종 소재 금속판과 접합(이하, 'S80 단계'라 함)
필요에 따라, 본 발명의 S80 단계에서는 이전 S70 단계에서 형성된 구리-은 합금판과 제2 금속판을 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 다층 구조의 전기 접점을 제조할 수 있다.
본 발명은 구리-은 합금판과 이종(異種) 소재로 이루어진 제2 금속판을 접합시키되, 합금판과의 결합력을 높이기 위해서, 상기 제2 금속판으로 은(Ag) 또는 은 합금을 사용하며, 바람직하게는 은(Ag)을 사용한다.
본 발명에서, 상기 구리-은 합금판과 제2금속판을 접합시키는 방법은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 이루어질 수 있다. 일례로 플라즈마 처리에 의한 접합법에 의해 접합될 수 있으며, 바람직하게는 플라즈마 접합 방식을 통한 용가재(filler metal)와의 접합을 통해 다층의 스트립 형태 또는 판 접점 형태가 제조되는 것이다.
상기 플라즈마 접합방식의 바람직한 일례를 들면, 구리-은 합금판의 표면과 제2 금속판의 표면에 각각 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리한 후, 표면 활성화 처리된 합금판과 제2 금속판을 가열 및 압연하여 서로 접합시키는 것이다.
이와 같이 플라즈마 처리에 의해 합금판과 제2금속판을 접합시킬 경우, 합금판과 제2 금속판과의 접합강도를 높일 수 있다.
한편 상기 제조된 본 발명의 전기 접점은, 제2 금속판(A)과 용가재 역할을 하는 제3금속판(B)을 접합시키는 단계를 더 거칠 수 있다.
여기서, 용가재(filler material) 역할을 하는 제3금속판은 당 업계에 알려진 통상적인 필러 메탈 소재를 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 구리(Cu), 은(Ag) 및 인(P)으로 구성된 군으로부터 선택되는 2종 이상을 포함하는 합금 형태의 조성일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 제3금속판은 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.
상기 단계를 거치게 되면, 진공 조건 하에서 플라즈마 표면 활성화 처리 후 합금판과 제2금속판 과의 가열 및 저압압연을 통해 0.1 ~ 3.0mm 두께의 높은 접합강도를 가진 다층 전기접점을 얻을 수 있다.
(i) 브러쉬 및 슬릿팅 (이하, 'S7 단계'라 함)
이후, 접합이 완료된 전기접점 소재 표면의 Burr나 이물질을 제거하고, 양호한 표면조도를 얻기 위해 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 브러쉬 공정과 레벨링 공정을 실시한 후, 슬릿팅 공정을 수행한다.
이때, 사용자가 요구하는 표면상태에 따라 표면의 가공 정도를 조절하여 가공할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 방법에 의해 제조되는 전기 접점을 제공한다.
이러한 본 발명의 전기 접점은 접점 소재층과 필요한 경우 용접재를 포함하여 2층 이상의 다층 이종소재가 서로 접합되어 있는 형태이다. 이러한 전기 접점의 내부에 제1금속산화물이 균일하게 분포되어 있기 때문에, 도전재로 적용할 경우 내구성 및 신뢰도가 우수하다.
보다 구체적으로, 본 발명의 전기 접점은 은(Ag)과 제1금속이 혼합된 합금층, 은(Ag)과 구리의 합금 접합층(접합층), 구리 또는 구리 합금층으로 이루어질 수 있는데, 이중 합금층에 제1금속 산화물이 균일하게 분포되어 있기 때문에 내구성 및 신뢰도가 우수하다. 상기 전기 접점 소재는 2~4층의 구조를 가질 수 있으며, 필요에 따라 다른 이종소재를 더 삽입하여 구성될 수도 있다.
본 발명의 전기 접점은 차단기, 개폐기, 릴레이, 스위치 등의 접점 재료로 사용될 수 있으며, 그 중에서도 개폐기에 유용하게 사용될 수 있다. 그 외 전기 접점 소재가 유용하게 적용될 수 있는 다른 기술분야에도 제한 없이 적용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
은(Ag) 80.0wt%, 카드뮴(Cd) 18.8wt%, 주석(Sn) 1.0wt%, 니켈(Ni) 0.2wt%를 용해로에 투입하고 1200℃에서 용해한 후, 금형에 투입하여 원형의 제1 빌릿을 주조하였다. 주조된 제1 빌릿을 면삭처리하여 표면을 세정한 후 160kgf/mm2의 압력으로 가압하고, 이를 신선하여 2Φ의 와이어로 성형하였다. 순은(Pure Ag) 또한 동일한 방식으로 신선하여 2Φ의 와이어로 성형하였다.
성형된 각각의 와이어를 2㎜ 길이로 절단하여 칩(Chip)으로 제조한 후, 은 합금 칩을 산소 분위기 하에 750℃에서 24시간 동안 산화시켜 은 합금 칩(Chip) 내에 제1금속산화물을 형성하였다. 이후 산화된 칩(Chip)을 원형의 금형에 투입한 후, 170kgf/cm2의 압력으로 가압하여 원형의 제2 빌렛을 주조하였다. 주조된 제2 빌렛을 대기열처리로에 투입하고, 600℃에서 8시간 동안 풀림 처리를 하였다. 풀림 처리 후 170kgf/cm2으로 냉간 압축하고, 다시 풀림처리한 후 600℃에서 170kgf/cm2으로 열간압축하여 제2 빌렛의 밀도를 99% 이상으로 조절하였다.
밀도를 조절한 제2 빌렛을 와이어 절단을 통해 일부를 절단하고, 구리 빌렛을 크기에 맞춰 절단한 후 조립하여 제 3빌렛을 제조하였다. 제조된 상기 제 3 빌렛을 675℃에서 98 MPa로 4시간 동안 유지하였다.
상기 제 3 빌렛을 700℃로 유도 가열한 후 190kgf/cm2으로 직접 압출하고, 1.2㎜ 두께로 압연하여 구리-은 합금판을 형성하였다. 이후 은합금/은 판에 은(Ag), 구리(Cu) 및 인(P)로 이루어진 은납판을 접합하여 전기 접점을 제조하였다.
[비교예 1]
은(Ag) 80.0wt%, 카드뮴(Cd) 18.8wt%, 주석(Sn) 1.0wt%, 니켈(Ni) 0.2wt%를 용해로에 투입하고 1200℃에서 용해한 후, 금형에 투입하여 원형의 제1 빌릿을 주조하였다. 주조된 제1 빌릿을 면삭처리하여 표면을 세정한 후 160kgf/mm2의 압력으로 가압하고, 이를 신선하여 2Φ의 와이어로 성형하였다. 순은(Pure Ag) 또한 동일한 방식으로 신선하여 2Φ의 와이어로 성형하였다.
성형된 각각의 와이어를 2㎜ 길이로 절단하여 칩(Chip)으로 제조한 후, 은 합금 칩(Chip)을 산소 분위기 하에 750℃에서 24시간 동안 산화시켜 은 합금 칩(Chip) 내에 산화물을 형성하였다. 이후 산화된 칩(Chip) 및 순은 칩(Pure Ag Chip)을 원형의 금형에 투입한 후, 170kgf/cm2의 압력으로 가압하여 원형의 제2 빌렛을 주조하였다. 주조된 제2 빌렛을 대기열처리로에 투입하고, 600℃에서 8시간 동안 풀림 처리를 하였다. 풀림처리 후 170kgf/cm2으로 냉간 압축하고, 다시 풀림처리한 후 600℃에서 170kgf/cm2으로 열간압축하여 제2 빌렛의 밀도를 99% 이상으로 조절하였다.
밀도를 조절한 제2 빌렛을 800℃로 가열한 후 190kgf/cm2으로 압출하고, 1.2㎜ 두께로 압연하여 은 합금판을 형성하였다. 은 합금판/은 판(제2금속판)에, 은(Ag), 구리(Cu) 및 인(P)로 이루어진 은납판을 접합하여 전기 접점을 제조하였다.
[실험예 1]
실시예 1과 비교예 1에서 각각 제조된 전기 접점의 FE-SEM으로 확인하였으며, 그 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실제로, 실시예 1에 의해 제조된 전기 접점은 건전한 접합계면이 형성되었으며, 이의 내부는 산화물이 수 ㎛ 수준으로 고르게 형성된 것을 확인할 수 있었다(도 1~2 참조).
아울러, 도 3은 실시예 1에서 제조된 전기접점을 나타낸 것이다.

Claims (10)

  1. (a) 은(Ag)과 제1금속을 포함하는 접점 소재를 용융시켜 제1빌릿을 주조하는 단계;
    (b) 상기 제1빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계;
    (c) 상기 와이어를 절단하여 칩(chip)을 성형하는 단계;
    (d) 상기 칩을 산화시킨 후, 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 이용하여 제2빌릿을 주조하는 단계;
    (e) 상기 제2빌릿과 구리(Cu) 또는 구리 합금(alloy) 빌릿을 이용하여 절단 및 조립하여 제3빌릿을 형성하는 단계;
    (f) 제3빌릿을 확산접합하는 단계; 및
    (g) 제3빌릿을 압출 및 압연하여 구리-은 합금판을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 제1금속은 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 인듐(In) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 제1금속의 함량은 당해 제1빌릿 100 중량%를 기준으로 20 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서 산화는 산소 분위기 하에서 650 내지 800℃에서 3 내지 24시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 산화에 의해 제1금속산화물이 포함된 은 합금(Ag alloy) 칩을 금형에 투입한 후, 160 내지 180 kgf/cm2의 압력을 가해 제2빌릿을 주조하는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    (d-1) 상기 제2 빌릿을 풀림처리(annealing) 하는 단계; 및
    (d-2) 상기 풀림처리된 제2 빌릿을 냉간압축, 열간압축, 또는 이들 모두를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (f)는 600-730℃의 온도 및 40~130 MPa 압력 조건 하에서 1~10 시간 동안 유지함으로써, 은(Ag) 합금층과 구리층 계면 간의 확산을 통해 접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제조방법은 (h)상기 구리-은 합금판과 제2금속판을 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 (h)에서 제2금속판은 은(Ag) 또는 은 합금인 것을 특징으로 하는 구리-은 합금계 전기 접점의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 구리-은 합금계 전기 접점.
KR1020140179193A 2014-12-12 2014-12-12 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법 KR20160071705A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140179193A KR20160071705A (ko) 2014-12-12 2014-12-12 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140179193A KR20160071705A (ko) 2014-12-12 2014-12-12 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160071705A true KR20160071705A (ko) 2016-06-22

Family

ID=56364941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140179193A KR20160071705A (ko) 2014-12-12 2014-12-12 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160071705A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210157268A (ko) * 2020-06-19 2021-12-28 부산대학교 산학협력단 Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치
KR20230067934A (ko) 2021-11-10 2023-05-17 공주대학교 산학협력단 계층구조를 이용한 이종금속의 확산접합을 위한 접합재 및 이를 이용한 확산접합 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210157268A (ko) * 2020-06-19 2021-12-28 부산대학교 산학협력단 Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치
KR20230067934A (ko) 2021-11-10 2023-05-17 공주대학교 산학협력단 계층구조를 이용한 이종금속의 확산접합을 위한 접합재 및 이를 이용한 확산접합 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5559183B2 (ja) 電気接点用半完成品の製造方法、及び、電気接点用半完成品、及び、電気接点部材
US20120292080A1 (en) Composite Conductive Component and Method for Making it
KR101648645B1 (ko) 온도 퓨즈용 전극 재료 및 그 제조 방법과 그 전극 재료를 이용한 온도 퓨즈
JP5433703B2 (ja) 電気接点用半完成品の製造方法、及び、電気接点用半完成品、及び、電気接点部材
WO2013015262A1 (ja) 点火プラグ用クラッド電極及びその製造方法
CN104404419A (zh) 一种高氧化物含量片状触头材料的制备方法
KR101909402B1 (ko) 점화 플러그용 전극을 제조하기 위한 클래드 구조를 갖는 테이프재
JP5730480B2 (ja) 電極材料およびその製造方法
CN106067391B (zh) 一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料
KR101879477B1 (ko) 전기 접점의 제조방법
KR20160071705A (ko) 확산접합을 이용한 구리-은 합금계 전기접점의 제조방법
KR100921704B1 (ko) 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법
KR20170074489A (ko) 은-합금계 전기접점재료 및 이의 제조방법
ES2908289T3 (es) Método de preparación de compuesto rápido para material de contacto eléctrico en tiras largas de plata-grafito y cinta de soldadura
KR101552428B1 (ko) 차단기용 고산화물 은/은 합금계 전기접점 소재
CN110423908A (zh) 一种可快速氧化银氧化锡氧化铟电接触材料及制备方法
CN114438359A (zh) 一种银氧化锡电接触材料的制备方法
KR101516520B1 (ko) 전산화법을 이용한 클래드 스트립 접점소재의 제조방법
KR101394617B1 (ko) 전기 개폐기용 접점 클래드 스트립의 제조방법 및 전기 개폐기용 접점 재료
KR101559010B1 (ko) 칩 압출법을 이용한 클래드 스트립재 판접점 제조 방법 및 판접점
KR101649064B1 (ko) 온도 퓨즈 가동 전극용의 전극 재료
KR101465358B1 (ko) 전기 개폐기용 접점 클래드 스트립의 제조방법 및 이로부터 제조된 전기 개폐기용 접점 클래드 스트립
KR20160121895A (ko) 지그에 의한 확산접합 방법을 이용한 써모스탯용 전기접점의 제조방법
KR20160107016A (ko) 서모스탯용 전기접점의 제조방법 및 이에 의해 제조된 서모스텟용 전기접점
KR20150107152A (ko) 전기 접점의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application