KR810001762B1

KR810001762B1 - Ag sno alloy composite electrical contact

Info

Publication number: KR810001762B1
Application number: KR7702447A
Authority: KR
Inventors: 아키라 시바다
Original assignee: 다나카 야스이치; 주우가이 덴기 고오교 가부시기 가이샤
Priority date: 1977-10-22
Filing date: 1977-10-22
Publication date: 1981-11-11

Abstract

Base material consists of material selected from Cu, Ni, Al and their alloys. A contact section covers the base section and consists of an alloy with pptd. oxides as a result of internal oxidn. Its compn. is 1.5 to 10 wt % Sn, 0.5-6.0 wt % In and traces (<0.5 wt %) of metals from the iron. The rest is Ag. The contact and base pare are joined by an intermediate alloy layer consisting of Ag and the base part metal. Contact part, together with the alloy layer is diffused into the base material to a depth greater than the thickness of the alloy layer, owing to a short heat treatment at a temp. corresp. to the eutectic temp. of silver and base part material or above it.

Description

Composite electrical contact using silver-tin oxide (Ag-SnO) alloy

본 발명은 동과 같은 비귀 금속재를 베이스(base) 부분으로 하고 컨택트(contact)부분이 내부 산화법으로 얻어진 은-산화주석(Ag-SnO)계 합금으로 된 복합 피복 전기접점에 관한 것이다.The present invention relates to a composite-coated electrical contact made of a silver-tin oxide (Ag-SnO) -based alloy obtained by using a non-noble metal material such as copper as a base portion and a contact portion by internal oxidation.

즉, 본 발명에 의한 복합 전기접점은 베이스부분과 컨택트부분이 양자간에 개재하는 은-동(Ag-Cu)공정합금(共晶合金)등의 중간 합금층과 컨택트 부분의 모(母)금속중에 깊이 침투한 베이스부분 금속의 확산층에 의하여 융착한 것을 특징으로 하고, 전술한 중간 합금층과 확산층이 냉간 압착등에 의하여 서로 압착된 베이스 부분과 컨택트 부분을 비교적 단시간내에 은-동의 공정온도, 즉 779씨의 근방에서 열처리하여 얻어진 것을 특징으로 하는 것이다.That is, the composite electrical contact according to the present invention is used in the base metal and the base metal of the contact portion such as silver-copper (Ag-Cu) eutectic alloy interposed between the base portion and the contact portion. It is characterized by fusion by the diffusion layer of the base portion metal deeply penetrated, the above-mentioned intermediate alloy layer and the diffusion layer is a silver-copper process temperature, that is, 779 degrees C. It is obtained by heat treatment in the vicinity of.

또한 베이스 부분과 컨택트 부분으로 형성되는 복합접점에 액상소결(液狀燒結)에 가까운 열처리를 함으로써 이 양부분이 밀접하게 접합되며, 또한 은-산화주석으로 된 컨택트 부분내의 전체에 걸친 금속산화물의 균일한 확산이 손상되지 않는 탁월한 효과가 있다. 또한 이러한 열처리는 베이스 부분과 컨택트 부분을 압착하여 복합할 때와 동시에 혹은 그후에 하여도 좋으나, 냉간 혹은 열간 압착에 의하여 복합접점중에 자칫하면 생기는 물리적인 왜곡을 제거하는 효과도 갖는다.In addition, by heat treatment close to liquid phase sintering to the composite contact formed of the base portion and the contact portion, the two parts are closely bonded, and the uniformity of the metal oxide throughout the entire contact portion of the silver-tin oxide There is an excellent effect that one diffusion is not damaged. In addition, such heat treatment may be performed simultaneously with or after the base portion and the contact portion are pressed and compounded, but also has the effect of eliminating physical distortions caused during the composite contact by cold or hot pressing.

예를들면, 리벨형의 동 베이스 부분을 은-산화카드뮴(Ag-CdO)합금등의 은-일산화 금속합금의 박단으로 냉간압착에 의해 피복하여 피복 전기접점을 얻은 일은 공지된 것이며, 이와 같은 방법에 의하여 얻어진 복합 전기접점의 이점의 제1은 그 물리적 및 전기적인 특성, 특히 내용착성(耐溶着性)이 은베이스의 컨택트 부분중의 금속산화물에 의해서 향상되는 점이며, 제2의 이점은 접점에 사용되는 고가인 은의 양을 감하고 상대적으로 동의 양을 늘이는 것이다.For example, it is known to obtain a coated electrical contact by coating a revel-type copper base portion by cold pressing a thin metal silver-metal monoxide alloy such as a silver-cadmium oxide (Ag-CdO) alloy. The first advantage of the composite electrical contact obtained by the present invention is that its physical and electrical properties, in particular its solderability, are enhanced by the metal oxide in the contact portion of the silver base, and the second advantage is the contact. It is to reduce the amount of expensive silver used for and increase the amount of copper relatively.

상술한 제1의 이점은 확실한 것이지만, 제2의 이점에 대해서는 의문의 여지가 있다. 즉, 예를들면, 은-산화카드뮴의 컨택는 부분 및 동의 베이스 부분을 냉간 압착하여 얻어진 통상의 복합 전기접점의 경우, 컨택트 부분의 두 개가 반정도 밖에 소모되지 않는 동안에 컨택트 부분이 베이스 부분으로부터 때때로 분리된다. 이것은 양부분의 접착이 냉간 압착되에 의하여 생기는 양자간의 물리적인 금속의 흐름에만 의존하고 있기 때문이며, 이와같은 접착은 또한 양부분의 접착면에 있어 냉간 압착시의 압력에 의하여 분체화(紛體化)된 금속산화분인 산화카드뮴에 의하여 열약화(劣弱化)되며, 접점의 소모에 수반하는 접점조건의 변화에 대응할 수 없게 된다. 은-산화카드뮴의 컨택트 부분의 두께와 동의 베이스 부분의 두께 혹은 양이 같다고 한다면, 전부가 은-산화카드뮴 합금으로 만들어진 접점의 수명에 비하여 전술한 복합접점의 수명을 불과 1/4로 된다.The first advantage described above is obvious, but the second advantage is questionable. That is, for example, in the case of a conventional composite electrical contact obtained by cold pressing a part and a copper base part, the contact part is sometimes separated from the base part while only two half of the contact part is consumed. do. This is because the adhesion of the two parts depends only on the flow of the physical metal between them which is caused by cold pressing, and such adhesion is also powdered by the pressure during cold pressing on the bonding surface of the two parts. This is weakened by cadmium oxide, which is a metal oxide powder, and cannot cope with changes in contact conditions accompanying contact consumption. If the thickness of the contact portion of the silver-cadmium oxide is equal to the thickness or the amount of the base portion of the copper, the lifetime of the above-described composite contact is only one quarter as compared to that of the contact made of the silver-cadmium oxide alloy.

은-산화카드뮴 혹은 은의 양을 반으로 줄일수가 있어도 그 수명이 대폭 주는 것을 감안하여 이러한 복합접점의 제조에는 복합이 아닌 보통의 단일 접점의 제조에 비하여 여러 가지의 부가적인 코스트(cost)가 필요하므로 경제성을 생각지 않을 수 없다.Considering that the lifetime can be reduced even if the amount of silver-cadmium oxide or silver can be cut in half, the manufacture of such a composite contact requires several additional costs compared to the manufacture of a single non-compound contact. You cannot help but think about economics.

이와같은 불익을 없애기 위하여 은-산화카드뮴 합금으로된 컨택트 부분을 동의 베이스 부분에 융착(融着)하는 것을 시험하여 보았으나 성공할 수 없었다. 예를들어 은-산화카드뮴을 컨택트 부분과 동의 베이스 부분을 융착하는 일은 불가능한 것을 알았다. 이것은 은의 모(母) 금속중에 분산하는 산화카드뮴이 모금속의 융점보다도 낮은 온도에서 분해하거나 승화해버려, 산화카드뮴의 컨택트 부분과 베이스 부분의 경제면에서 편절층(扁折層)을 만들어 이런 종류의 접점에 기대되는 특성을 불능케 해버리기 때문이다.In order to eliminate such disadvantages, fusion welding of the silver-cadmium oxide alloy contact portion to the copper base portion was tested and unsuccessful. For example, it was found that it was impossible to fuse silver-cadmium oxide with the contact portion and the copper base portion. This is because the cadmium oxide dispersed in the parent metal of silver decomposes or sublimates at a temperature lower than the melting point of the parent metal, thereby creating a deflection layer in terms of economics of the contact portion and the base portion of the cadmium oxide. This is because it disables the expected characteristics.

본 출원의 발명자는 미합중국특허 제3933485호등에 기재되는 종류의 은-산화주석계 접점재를 먼저 개발했다. 이 접점재는 내부 산화법에 의하여 모금속중에 석출(析出)된 금속산화물을 갖고, 주석 약5-10중량%, 인듐 약1-6중량%, 잔부은으로 된 합금이다. 이 합금은 0.5중량%이하의 바탕의 철족(鐵族) 혹은 알카리 토족금속(土族金屬)을 함유해도 좋다.The inventor of the present application first developed a silver-tin oxide-based contact material of the type described in US Pat. This contact member is an alloy of about 5-10% by weight of tin, about 1-6% by weight of indium and the balance of silver, having a metal oxide deposited in the mother metal by an internal oxidation method. This alloy may contain 0.5 wt% or less of base iron group or alkaline earth group metal.

또한 특개소(特開昭) 51-110696호에 기술한 것 같은 은-산화주석계 전기접점용 재료의 개발에도 성공하여, 이 전기접점용 재료는 전술한 은-산화주석계 접점재와 같이 내부산화법에 의하여 모급속중에 석출한 금속산화물을 갖고, 주석 1.5-6중량%인듐 0.5-3중량%, 0.5중량, 이하의 미량의 철족원소 및 잔부(殘部)은으로 된 것이다.In addition, it has succeeded in developing a silver-tin oxide electrical contact material as described in Japanese Patent Application No. 51-110696, and this electrical contact material has the same internal structure as the silver-tin oxide contact material described above. It has a metal oxide which precipitated in the parent | base by the oxidation method, and is made into 0.5-3 weight% of indium 0.5-3 weight%, 0.5 weight, the following trace iron group elements, and remainder.

상술한 본원의 발명자에 의한 은-산화주석 전기접점재료를 컨택크 부분으로 하고, 동을 베이스 부분으로 하여, 양부분이 압착되고, 또한 용융(溶融) 혹은 확산 접착되어 있는 신규의 복합 전기접점의 재료로서, 전술한 은-산화주석재가 사용될 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 은-산화주석합금중의 주석산화물은 산소분위기 중에서 약 2,000도씨까지 안정하며, 은의 비점(沸點)에서 승화하고 : 이 금속산화면은 복합접점의 제조시의 압측, 성형(成形)에도 충분히 견디어서 미분체화(微紛體化)하지 않는 경도를 보유하고 있고, 컨택트 부분과 베이스 부분의 경계면에서 동의 베이스 부분중에 주석산화물이 파고들어 양부분의 연결부 역할을 다하여, 압착시에는 양 부분이 서로 옆으로 미끌어지는(냉각 압착시에 옆으로 이끌어지는 일이 있으면 양부분의 대향(對向)하는 파단면(破斷面)의 활성이 손상된다 ) 것을 방지하고, 또한 압착후에는 양부분의 물리적인 접착력을 증가시키며, 컨택트 부분을 이루는 은-산화주석합금 모금속에게로의 동(베이스 부분)의 확산을 촉진하는 은-동 공정온도의 근방에서, 양 부분이 압착된 결점을 열처리하여도 모금속내의 산화주석의 분산이 손상되지 않고 양 부분이 융착되어 압착가공시에 접점중에 생긴 왜곡이 오히려 바로 잡아지는 소둔적(燒鈍的) 효과도 기대할 수 있으며, 얻어진 접점층의 양이나 두께에 비례한 수명, 즉 컨택트 부분이 거의 전부 소모될때까지 양부분이 벗겨져 나가거나 컨택트 부분이 결손되는 일이 없어 긴 수명을 갖일 수 있다.The silver-tin oxide electrical contact material by the inventor of the present application mentioned above is a contact part, and copper is used as a base part, and both parts of the new composite electrical contact are pressed and melted or diffusion-bonded. As the material, it has been found that the aforementioned silver-tin oxide material can be used. That is, the tin oxide in the silver-tin oxide alloy is stable up to about 2,000 degrees Celsius in an oxygen atmosphere and sublimes at the boiling point of silver. It has enough hardness to prevent micronization. Tin oxide penetrates into the base part of the copper base at the interface between the contact part and the base part, and serves as a connection part between both parts. It prevents slipping on each other side (when it is drawn sideways at the time of cold pressing, the activity of the opposing fracture surface of both parts is damaged), and after pressing In the vicinity of the silver-copper process temperature, which increases the physical adhesion and promotes the diffusion of copper (base portion) to the silver-tin oxide alloy base metal that forms the contact portion, both parts are squeezed into defects. Even after the heat treatment, the dispersion of tin oxide in the base metal is not impaired, and both parts are fused, so that the annealing effect of the distortion of the contact during the crimping process can be corrected. However, it can have a long life because the parts are not peeled off or the contact parts are not detached until the lifespan proportional to the thickness is consumed.

전기한 조성의 은-산화주석 접점재중, 특히 니켈, 코발트 등의 철족, 혹은 알카리 토족금속을 함유하는 것이 이 발명에 의한 복합접점의 컨택트 부분으로서 적당한 것이 판명되었다.Among the silver-tin oxide contact materials having the above-mentioned composition, it was found that especially those containing iron group or alkali earth metal such as nickel and cobalt were suitable as the contact portion of the composite contact according to the present invention.

이러한 조성물을 함유하는 것은 석출하는 금속산화물이 구상화(球狀化)하므로 재료 전체로서의 신율(伸率)이 더욱 개선되어 냉간 가공성이 우수하다.Containing such a composition spheroidizes the metal oxide which precipitates, and since elongation as a whole material improves further, it is excellent in cold workability.

다음의 각 합금을 2밀리 직경의 와이어로 하여 산소 1기압 분위기하의 750도씨 중에서 24시간 산화배소(焙燒)하여 내부산화하여 얻어진 각 시료(試料)의 신율은 아래와 같다.The elongation of each sample obtained by oxidizing and internally oxidizing for 24 hours in 750 degreeC under 1 atmosphere of oxygen using each of the following alloys as a 2-millimeter diameter wire is as follows.

주석(Sn) 1.5-인듐(In) 0.5%-닉켈(Ni) 0.1% 은 (Ag) 신율 11%Tin (Sn) 1.5-Indium (In) 0.5%-Nickel (Ni) 0.1% Silver (Ag) Elongation 11%

주석(Sn) 3%-인듐(In) 1.3%-닉켈(Ni) 0.1% 은(Ag) 신율 8%Tin (Sn) 3%-Indium (In) 1.3%-Nickel (Ni) 0.1% Silver (Ag) Elongation 8%

주석(Sn) 4.2%-인듐(In) 1.8-닉켈(Ni) 0.1% 은(Ag) 신율 4%Tin (Sn) 4.2% Indium (In) 1.8-Nickel (Ni) 0.1% Silver (Ag) Elongation 4%

따라서 본 발명의 목적은 내부 산화법에 의하여 모금속중에 분산하여 석출된 금속산화물을 보유하고 주석 1.5-10중량%, 인듐 0.5-6중량%, 0.5중량% 보다 적은 미량의 철족금속과 잔부(殘部)의 은으로된 합금의 컨택트 부분과 해당 컨택트 부분과 해당 컨택트 부분이 압착된 동 혹은 동 합금의 베이스 부분으로 된 복합 전기접점이고, 압착된 양 부분은 비교적으로 단시간에 은-동의 공정온도 근방 혹은 그 보다도 높은 온도로 열처리를 받아서 그 사이에 은-동의 중간 합금층을 보유하고 컨택트 부분에는 중간 합금중에 인접하여 동의 확산층을 갖는 복합 전기접점을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to have a metal oxide dispersed and dispersed in the parent metal by internal oxidation, and to have a trace amount of iron group metal and balance of less than 1.5-10% by weight, 0.5-6% by weight of indium, and 0.5% by weight of tin. Is a composite electrical contact made of a contact portion of a silver alloy of copper and a contact portion of the silver alloy and the contact portion of the copper alloy or of the base of the copper alloy, whereby the pressed portion is relatively near or near the process temperature of silver-copper It is heat treated to a higher temperature to provide a composite electrical contact having a silver-copper intermediate alloy layer between them and a contact portion having a copper diffusion layer adjacent to the intermediate alloy.

[실시예 1]Example 1

리벳형상의 본 발명에 의한 복합 전기접점(시료 : 試料 A)은, 컨택트 부분이 직경 5밀리, 두께 0.5밀리이고 주석 5%-인듐 1.8%-닉켈 0.3% 잔부은의 은-산화주석 합금의 것이고, 베이스 부분이 직경 5밀리, 두께 1.0밀리의 두부와 직경 2.5밀리, 길이 2.5밀리의 두부와 일체의 생크(shank, 정강이)부를 갖는 동이며, 양부분은 냉간 압착된 것이다.The composite electrical contact (sample: A) according to the present invention in the form of a rivet is made of a silver-tin oxide alloy having a contact portion of 5 millimeters in diameter and a thickness of 0.5 millimeter and tin 5% -indium 1.8% -nickel 0.3% balance silver. The base part is copper having a head having a diameter of 5 millimeters, a thickness of 1.0 millimeter, a head having a diameter of 2.5 millimeters, and a length of 2.5 millimeters, and a shank unit integrally, and both parts are cold pressed.

이 시료를 대기중에서 10초간 800도씨로 가열했다. 이와 같이 열처리를 한 시료를 절단하여 에칭(etching, 부식)시킨 후 전자현미경에 의하여 2,800배로 관찰한 바 베이스부분과 컨택트 부분의 경계면에 두께 약 7μ의 은과 동의 중간 합금층과 해당 중간 합금층에 인접하여 컨택트 부분층에 깊이 약 51μ의 동의 확산층이 보였다. 컨택트 부분의 합금구조, 특히 균일한 금속산화의 분산이 조금도 손상되어 있지 않는 것도 관찰되었다.This sample was heated to 800 degrees Celsius in air | atmosphere for 10 second. The heat-treated sample was cut and etched, and then observed 2,800 times with an electron microscope. The intermediate alloy layer and the intermediate alloy layer having a thickness of about 7 μg at the interface between the base portion and the contact portion were observed. Adjacent, a contact diffusion layer of about 51 micron deep copper was seen. It was also observed that the alloy structure of the contact portion, in particular the dispersion of uniform metal oxide, was not damaged at all.

대비(對比)를 위한 시료 B는 시료A와 동일한 형상이지만, 컨택트 부분에는 은-산화카드뮴 13%를 사용하고, 또한 냉간압착한 양부분을 열처리하지 않았다.Sample B for contrast had the same shape as Sample A, but 13% of silver-cadmium oxide was used for the contact portion, and both parts that were cold pressed were not heat-treated.

시료 A와 B를 50,000회 스윗칭 테스트(switching test)했다 (AC 200V 75A) 스윗치시간 0.6초로 주기 3초). 시료의 평균 소모량은 20,66mg이고, 시료 B의 평균 소모량은 29.52mg이었다. 시료 B의 컨택트 부분의 상당한 부분에 흠이 있었다.Samples A and B were subjected to 50,000 switching tests (AC 200 V 75 A) with a switching time of 0.6 seconds and 3 seconds). The average consumption of the sample was 20,66 mg, and the average consumption of Sample B was 29.52 mg. A significant portion of the contact portion of Sample B was flawed.

[실시예 2]Example 2

대비를 위한 시료 C는 시료 A와 동규격이지만, 컨택트 부분과 베이스 부분을 일체이고 그 전부를 은-산화주석 13%로 만들었다. 또, 다른 대비를 위한 시료 D는, 시료 A의 동규격이지만, 시료 C와 각이 컨택트 부분과 베이스 부분을 일체로 하고, 그 전부를 주석 5% 인듐 1.8%-닉켈 0.3%-잔부은의 은-산화주석 합금으로 만들었다.Sample C for contrast was the same as Sample A, but the contact and base portions were integrated and all of them were made of silver-tin oxide 13%. Moreover, although the sample D for another contrast is the same standard of sample A, the sample C and an angle make a contact part and a base part integrally, and all of them are tin 5% indium 1.8%-nickel 0.3%-balance silver Made of tin oxide alloy.

시료 A, C 및 D를 AC 200V, 32A, 빈도 매분 60회, 접촉력 100g-개리력(開離力) 80g으로 2,000회 성능 테스트를 했다. 또한 시료 A,C 및 D의 경도(H. R. F)는 컨택트 부분의 면상으로부터 수직으로 재었을 때, 각각 80, 107, 110이었다. 용착회수와 평균 용착력은 아래와 같았다.Samples A, C and D were tested 2,000 times with AC 200V, 32 A, frequency 60 times per minute, contact force 100 g-open force 80 g. In addition, the hardness (H.R.F) of the samples A, C and D was 80, 107, and 110 when measured vertically from the plane of the contact portion. The number of welding and average welding power were as follows.

이상으로 보아 시료 A는 접촉 저항이 낮고 열의 소산성(消酸性)이 우수하다는 것이 확인되었다.As mentioned above, it was confirmed that sample A had low contact resistance and was excellent in heat dissipation.

상기의 실시예에서는 베이스 부분이 동이지만, 동합금, 알미늄, 닉켈, 이들의 합금도 이 발명의 베이스 부분으로서 동과 같이 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한 전기한 은-동 공정온도 근방에서의 열처리는 컨택트 부분과 베이스 부분의 압착, 성형시에 압착 혹은 성형다이스(dies, 틀)를 가열하여 압착 혹은 형성 작업과 동시에 할 수도 있다.In the above embodiment, the base portion is copper, but copper alloys, aluminum, nickel, and alloys thereof can also be used as copper as the base portion of the present invention. In addition, the heat treatment near the above-mentioned copper-copper process temperature may be performed simultaneously with the crimping or forming by heating the crimping or forming die during the crimping and forming of the contact portion and the base portion.

Claims

A silver-tin oxide alloy containing metal oxide deposited and dispersed in the parent metal by internal oxidation and having a trace amount of iron group metal of 1.5-10% by weight, indium 0.5-6% by weight, and 0.5% by weight or less and the balance of silver. Is a composite electrical contact formed from a contact portion of the contact portion and the base portion of the pressed copper, nickel, aluminum, or alloy thereof, the pressed portions being near or above the process temperature of the parent metal of the silver and base portion. A silver-tin oxide (Ag-) having a short-term heat treatment at a temperature and having a middle alloy layer of silver and a base metal between the portions, and a diffusion layer of the base metal of the base portion adjacent to the corresponding intermediate alloy layer at the contact portion. Composite electrical contact using SnO) alloy.