KR830001154B1 - 은-주석(Ag-Sn)계 산화물 합금의 복합 전기 접촉 재료 - Google Patents

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내용 없음.

Description

은-주석(Ag-Sn)계 산화물 합금의 복합 전기 접촉 재료

본 발명은 은-주석계 산화물 합금의 복합 전기 접촉재료에 관한 것이다.

지금까지 내부 산화의 결과로 은 매트릭스(matrix)내에 응결된 금속산화물이 전기접촉제로서 사용될 때 접촉 저항 토는 응집 방지효과를 포함하는 전기적인 성질을 개선하는데 기여하는 여러가지 산화은 합금의 전기 접촉재료가 개발되어 왔다.

이러한 산화은 합금 전기 접촉재료들 가운데 은-카드뮴계산화물이 널리 알려진 반면, 특히 내구성이 있어서 상기한 은-카드뮴계산화물보다 우수한 은-산화주석-산화인등계 접촉재료들이 미합중국 특허 제 3,874,941호 및 3,933,485호에서 설명된 바와같이 본 발명자에 의해 개발되었다. 또한 본 발명자의 미합중국 특허 제3,933,486호에 설명된 바와 같이 내부 산화된 은-주석-비스무트(Ag-Sn-Bi)계 접촉 재료들도 알려져 있다.

최근의 산화은 합금 전기접촉재료의 전형적인 것들로서 위에서 언급한 내부산화 전기 접촉 재료들은 전기회로를 형성 및 단절하는데 있어 훌륭한 작용을 한다. 그러나 이들은 모든 바람직한 전기적인 특성들을 완전히 갖추지는 못하고 있다. 즉, 은-산화카드뮴계 재료는 접촉 저항면에 있어서 우수하지만, 용접방지 효과 및 내구성에 있어선 다른 것들보다 다소 뒤 떨어진다.

또 한편으로, 은-산화주석-산화비스무트계 재료들은 소모율이 낮은 반면, 몇몇 전기적인 조건들에 있어서는 너무 약한 점이 있다.

은-산화주석-산화인듐계 접촉재료들은 접촉 저항 뿐아니라 용접 방지효과와 저소모성에 있어 실제로 유용한 효과를 나타내지만, 상기의 용접방지 효과 자제는 은-산화주석-산화비스푸트계 재료들 보다 못한 반면, 접촉저항자체는 은-산화카드뮴계 전기 접촉 재료보다 못하다.

따라서, 본 발명의 목적은 은-산화주석-산화인듐(Ag-Sno₂-In₂O₃) 은-산화카드뮴(Ag-Cdo)과 같은 은-산화금속계 합금들의 미시적인 복합물인 은-산화금속계 합금 전기 접촉 재료들로 하여금 그들의 우수한 특성을 유지하도록 결합시켜 그들의 특성들이 통합되어 전체적으로 또는 미식적으로 낮은 접촉 저항, 높은 용접방지 효과 및 낮은 소모성들을 포함하는 제반 전기적인 성질들이 갖추어질 전기 접촉 재료를 생산하는데 있다.

이렇게 제반 성질을 갖춘 전기 접촉 재료는 단순히 주석(Sn), 인듐(In), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd)과 같은 용질금속들을 은과 합금하여 내부산화 시키므로써 얻어지는 것은 아니다, 그예로서 내부 산화된 Ag-Sn(7%)-In(2%)-Ni(0.3%)계 합금, Ag-Zn(3%)계 합금 및 Ag-Cd(10%)계 합금과 같은 산화된 은-산화금속계 합금을 독립적으로 또는 개별적으로 생산하는데 통상적으로 적합한 그러한 비율로 한다고 해서 얻어지는 것은 아니다.

그 이유는 다음과 같다. 은-금속계 내부 산화 합금 전기 접촉 재료들은 은을 매트릭스로 하는 고체 용액에 용질 금속원소들이 내부산화될 수 있는 최대 혹은 적당량의 비율로 용질 금속 원소들을 포함하고 있기 때문에 이들은 자체가 은-산화금속 합금 재료를 구성하고 있는데도 용질금속으로 가해지면은 매트릭스와 내부 산화되기가 거의 불가능할뿐 아니라 고체용액을 만드는것도 거의 불가능한 일이다.

보다 구적체인 예로 내부 산화된 Ag-Cd(10%)계가 가지는 아주 낮은 접촉 저항 뿐아니라 Ag-Sn(7%)-In(2%)-Ni(0.3%) 계가 가지는 높은 용접 방지효과를 동시에 가지는 전기접촉 재료를 고려한다면, 이들이 함께 용해되어 계 합금을 형성할 수 있을 것으로 생각한 것이다. 그러나 위의 이유들을 고려하면 이러한 합금은 실제로 유용한 접촉재료를 만들 수 없다.

즉, 이들 용접금속들은 은(Ag)과 고체용액이 될수 없을뿐아니라 내부산화도 될 수 없다.

본 발명자는 또한 현재 출원중인 미합중국 특허원 제809,910(출원일: 1977.6.20)에서 내부산화가 아주 어려운 Ag-SnO계합금 접촉 재료를 상기 합금 재료의 요소들을 쉽게 내부 산화될 수 있는 양만큼 금속학적 으로 통합시키므로써 얻어진다고 밝혔다.

본 발명에 있어서는 은 매트릭스와 고체용액을 형성할 수 있는 양의 용질 금속원소와 매트릭스로 되어 있으며 내부산화가 가능한 합금류를 한가지 이상 사용한다. 알갱이, 선 또는 판등의 형태로 되어 있는 이들 합금들을 기계적으로 결속, 소결(燒結), 또는 단조(鍛造)하므로써 서로 복합하여 밀집합금을 형성한다. 복합하기전에 이들 합금들을 내부산화시키거나 그러하지 않을 수도 있다. 또한, 이들중 하나 혹은 몇몇 개만 복합전에 내부 산화시킬수도 있다. 상기한 밀집합금이 내부산화되지 않은 합금성분을 함유하고 있는 경우에는 그 밀집도를 낮춘 다음에 내부산화시켜야 한다.

본 발명의 중간형성물이며 Sn,Sn-In,In,Zn,Sb,Cd,Pb,AI중 하나 혹은 복합체를 은 매트릭스와의 고체용액에서 주용질 금속으로 포함하면 내부산화가 가능한한 가지 이상의 은합금으로된 밀집합금은 외관상으로 은과 함께 용해시켜 합금하는 상기한 용질금속들로 이루어진 합금과 다를 바가 없는 것으로 간주되어진다.

이와는 달리 다음의 사실을 고려할 때, 전자는 후자와 아주 다른 것임을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 밀집합금 또는 복합금을 이루는 은합금들은 각각 0.5-100μ크기의 개별적 또는 포함하는 반면, 후자의 경우에 있어서는 내부산화된 용질금속들이 단일 은합금을 형성하며 개별적인 합금알갱이로 구분될 수 없다.

이와 관련하여 본발명자가 지적하는 몇몇 종전의 기술들을 다음에 설명하기로 한다.

미합중국 특허 제3,930,849호는 단일 혹은 두단계 내부 산화 과정이전에 모든 성분들을 용해시켜서 되는 접촉재료에 대해 설명해 준다. 위의 명세서중에서, 발명자들은 은-카드뮴-주석(Ag-Cd-Sn) 계합금과 보조금속을 응용, 원자화 그리고 산화시킨다고하며, 또한 과량의 주석 또는 보조금속들을 용해 또는 원자화 과정에서 첨가한다고 한다. 더우기, 보조금속은 용융체에 혼합되어 실제로 균일한 혼합물을 형성 하며, 주 조후에는 실제로 균일한 물리적이며 기계적인 성질들을 가진다고 발명자들은 지적한다.

미합중국 특허 제4,050,930호도 단일 용해에 의한 접촉 재료의 생산에 관한 것인 반면, 미합중국 특허제3,666,428호는 은-카드뮴계 재료를 단일 용해로 생산하여 은판 또는 이와 유사한 것을 결속시키는데 대한 것이다.

단일 용해를 이용하는 위의 각 경우에 있어서 은 매트릭스가 서로 다른 제1 및 제2의 어느 합금도 형성되어 지지 않는다. 즉, 본 발명에 의한 재료는 두가지 또는 그 이상의 은 매트릭스를 가지며, 이들 각각에 있어 해당 되는 용질금속들은 내부산화에 의해 해당 매트릭스에 응결된다. 단일 용해를 이용하면 이렇게 될 수 없다. 상기한 본 발명에 있어서는 각각의 매트릭스가 그대로 유지되도록 하므로써 그 내부에 응결된 금속 산화물들에 대해 제1 및 제 2의 매트릭스는 전체적 복합에서 생기는 새로운 성질들일뿐 아니라 원래의 기계적이며 전기적인 성질들을 그대로 나타낸다.

본 발명의 실시예를 표시하면 다음과 같다.

[실시 예 1]

아래의 합금들을 0.5mm 직경의 선으로 만들어 각각 30기씩 한데 뭉쳤다.

Ag-Sn(5%) -In(2%)-Ni(0.2%) ………… (가)

Ag-Cd (10%)-Ni(0.2%)……………………(나)

Ag-Zn(5%)-Ni(0.2%)………………………(다)

위와 같이 뭉친 다발을 열압연하여 2.0mm직경의 선으로 만들었다. 이렇게 얻은 선을 산화 대기중에서 700℃의 온도 아래 40시간동안 내부산화시켰다.

상기한 선으로서 직경 4mm와 두께 2mm의 원반형 머리와 직경 2mm와 길이 2mm의 몸체를 가지는 못과 같이 생긴 접점을 만들었다.

미시적 관찰에 의하면 상기한 선에는 0.5-l00u 크기의 은 알갱이들이 전체 은 매트릭스에 걸쳐 산재해 있으며, 이들은 각각 상기한 합금(가)(나) 및 (다)에 각각 원래 포함되어 산화물로 응결된 해당 용질금속 들을 가지고 있다.

즉, 미시적으로 말하면 상기한 선은 내부 산화된 상기한 세합금들이 알갱이의 형태로 복합된 것이다.

더우기 상기한 선으로 만든 접점은 미시적으로 말해, 상기한 세내부산화 합금의 개개의 특성들을 함께 복합한 것과 같다.

즉, 은의 융해점보다 낮은 온도에서 Cdo의 분해에 의해 Ag-Cdo 합금에 생기는 낮은 접촉저항 및 ZnO, SnO와 In₂O₃의 높은 내구성을 복합한 것과 같다.

상기한 합금들에 있는 모든 용질 금속원소들을 함께 융해시켜 단일합금으로 주조한다면, 이것은 내부산화가 될 수 없음을 실제 알 수 있을 것이다.

그 시험 결과는 다음과 같다.

(1) 접촉저항

본 발명에 따라 상기한 크기로 제조된 접점에 대해 그 접촉저항을 측정하는 반면, 상기한 각각의 합금들 (가), (나), (다)로부터 제조되는 같은 크기의 접점에 대한 접촉저항도 전자와 비교하기 위해 측정했다.

ASTM-30에 따라 시험했으며, 전압강하는 IA,DC,6V 아래에서 측정되었다.

부하-AC200V

13.5A

Pf=5.0%

접촉압력-100g

높은 온도 상승 때문에 시험을 중단했음

(2)용접 방지효과(ASTM)

부하-AC200V

13.5A

Pf=5.0%

접촉 및 복구 압력-l00g(각각에 대해)

스위칭 주기-60/분

스위칭 회수-100,000

[실시 예 2]

직경 0.5mm 직경의 선으로 만든 아래의 합금들(라)(마)(바)를 산화 대기중에서 700℃하에서 6시간 각각 내부 산화시켰다.

(라) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ag-Sn (7%)-In(2%)-Ni(0.3% )

(마)‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ag-Zn(3%)

(바)‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ag-Cd(10%)

이렇게 내부산화된 합금(라)선 50개와 이렇게 내부산화된 합금(마) 및 (바)선을 각각 25개씩 한데 묶었다.

이 묶음을 열 압출로 2.0mm직경의 선으로 만든 후, 실시예 1에서와 같은 크기로 못 형태의 접점을 만들었다.

상기한 접점들과 합금(라) (마) 및 (바)로부터 각각 만들어진 접점들에 대해 접촉분리 시험을 했다.

회로 : 1 Phase, 262V 1.5KA p.f. 0.56 lag

3 Phase, 460V 1.5KA p.f. 0.43 lag

"O" "CO" "O" "CO"

분리 후의 절연저항

합금(라) 120M이상 (바) 30M이상

(마) 80M이상 본 발명의 실시예 2 : 1 30M이상

[실시예 3]

내부산화된 Ag-Sn(7%)-In(2%) 계 합금(사)으로 만든 직경 0.5mm선 70개와 내부산화 되지 않은 Ag-Cd(10%) 계 합금(바)으로 만든 상기와 같은 직경의 선 30개를 한데 묶었다.

이 묶음을 열 압출하여 직경 2mm의 선으로 만들있다.

이 선을 산화 대기중에서 700℃의 온도아래서 6시간 동안 내부산화 시켰다.

상기한 선으로 실시예 1에서와 같은 크기의 못과 같이 생긴 접점을 만들었다.

이렇게 만든 접점들과 합금(사) 및 (바)로부터 각각 만든 접점들에 대한 자기 스위칭 (switching) 시험을 실시했다.

시험조건 : p.f.-0.3 lag

압-200V 주기-30/분

전류-l00A (역행 부하) 회수-50,000

시험결과(마모손실) :

합 금(사) 56mgr

합 금(바) 112mgr

본발명의 실시예 3 54mgr

아래의 합금(중량비%)들은 본 발명의 따른 복합합금의 유효한 성분으로 사용될 수 있는 반면 Ag-Sn(3-11%)-In(1.0-13%)계 합금 및 Ag-Sn (3-11%)-Bi(0.01-2%)계 합금은 본 발명에 따른 복합합금제조에 필수적임을 실험결과로서 밝혀졌다.

Ag-Ca(0.01 2% ) Ag-Sb(0.01 5%)

Ag-Cd(0.01 25%) Ag-Zn(0.01 4%)

Ag-Mn(0.01 5%) Ag-Pb(7.01 10%)

이들 용접 금속들이 최대한도량 이상들어가면 이들의 내부산화, 압착 및 다른 공정 또는 전기적인 성질들 이 역영향을 받게 되는 반면, 최저 한도량 이하가 되면 전기적인 성질들을 개선할 수 없다.

Claims (1)

1. 은과 용해질 금속 소재들이 내부 분산된 합금들을 가지는 복합 전기 접촉제로서, 이 합금들은 주요 은 모금속과 함께 고형체의 용제로 된 3-11 중량 %의 주석과 1-13중량 %의 인들을 함유하는 주성분의 합금과 이 주성분의 합금과는 다른 계통의 적어도 하나의 부성분의 합금과 또 다른 하나의 은 모금속 및 하나 혹은 그 이상의 금속 소재를 포함하여 이들 금속 소재는 상기의 다른 하나의 은 모금속과 함께 고형체의 용제 상태가 되는 비율로 첨가되어 내부 산화되고, 상기 복합 접촉제는 주성분의 합금의 용해질 금속소재들을 함유하는 복수의 주요 은 입자 모금속들과 부성분의 합금의 용해질 금속 소재들을 함유하고 이 용해질 금속 소재들은 서로 유착됨과 동시에 상기. 주요은 입자 모금속들과도 유착되는 복수의 상기 다른 은 입자 모금속들을 함유하며, 상기 합금들의 내부 산화에 의해 산화물로서 상기 용해질 금속소재들이 그들의 각기의 모금속 내에 응결되도록 하고 상기 부성분의 합금은 주석(3%-11%의 중량비)과 비스무트(0.01%-2%의 중량비)를 함유하는 은 합금, 칼슘(0.01%-2%의 중량비)을 함유하는 은합금, 카드뮴(0.01-25%의 중량비)를 함유하는 은 합금, 망간(0.01-5%의 중량비)을 함유하는 은 합금, 안티몬(0.01%-4%의 중량비)을 함유하는 은 합금, 아연(0.1%-5%의 중량비)을 함유하는 은 합금 및 납(0.01%-10%의 중량비)을 함유하는 은 합금으로서 구성되는 하나의 군에서 선택되는 은-주석계 산화물 합금의 복합전기 접촉 재료.