KR940004945B1

KR940004945B1 - 은계 전기접점재료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR940004945B1
Application number: KR1019910010296A
Authority: KR
Inventors: 고오지 쯔지; 요시노부 다께가와; 하야도 이나다; 슈우지 야마다
Original assignee: 마쓰시다 덴꼬오 가부시끼가이샤; 미요시 도시오
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-06-07
Also published as: US5198015A; DE69116935D1; JPH0791608B2; EP0462617A2; JPH04228531A; US5338505A; EP0462617A3; DE69116935T2; EP0462617B1

Abstract

내용 없음.

Description

은계 전기접점재료 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 따라 개선된 은계 접점재료(silver base contact material)를 제조하는 순서를 예시하는 흐름도이고,

제2a 내지 2c도는 각각 접점재료를 제조하는데 이용되는, 워터-애토마이정 공정, 압출공정 및 스웨이징 공정을 예시하는 개략도이고,

제3a 및 제3b도는 각각 워터-애토마이징 공정을 통해 얻어진 Ag-Ni 복합 합금분말의 단면 및 압출방향에 평행하는 평면으로 나타낸 압출된 접점재료의 단면의 개략도이고,

제4도는 본 발명의 실시예 1에서 얻어지고 이용된 Ag-Ni 복합합금분말을 보여주는 주사형 전자현미경 사진이고,

제5도는 실시예 1의 Ag-Ni 복합합금분말의 입도분포를 나타내는 그래프이고,

제6도는 실시예 1의 Ag-Ni 복합합금분말의 내부구조를 보여주는 주사형 전자현미경 사진이고,

제7도는 실시예 1의 Ag-Ni 복합합금분말의 X-선 회절분석의 그래프이고,

제8도는 실시예 1에서 얻어진 접점재료의 X-선 회절분석의 그래프이고,

제9도는 압출방향에 수직되는 단면으로 표시된 실시예 1의 접점재료의 내부구조의 주사형 주사형 전자현미경 사진이고,

제10도는 스웨이징 방향에 수직인 단면으로 표시된 실시예 1의 접점재료의 내부구조의 주사형 전자현미경 사진이고,

제11도는 스웨이징 방향에 수직인 단면으로 표시된 비교실시예 1에서 얻어진 접점재료의 내부구조의 주사형 전자현미경 사진이고,

제12도는 스웨이징 방향에 수직인 단면으로 표시된 비교실시예 2에서 얻어진 접점재료의 내부구조의 현미경 사진이고,

제13도는 비교실시예 2의 접점재료에 포함된 조대 Ni 입자의 내부구조의 주사형 전자현미경 사진이고,

제14도는 각각 제10도의 실시예 1 및 제11도이 비교실시예에 대응되는, Ag 기지(matrix)내에 분산되어 있는 Ni 및 NiO 입자의 입도분포를 나타내는 막대그래프이고,

제15도는 비교실시예 1과 비교되어있는 실시예 3 및 4에 대한 인장강도 및 연신율을 나타내는 그래프이고,

제16도는 각각 실시예 3 및 비교실시예 1의 접점에 대한 누적 실패확률과 관련된 용융전의 접촉사이클수의 웨이별 분포를 보여주는 그래프이고,

제17도는 100,000 사이클의 개폐접촉을 받은 뒤 기밀밀폐 릴레이를 구성하는 실시예 3의 접점재료로 형성된 접점 및 그 관련부품의 상태를 보여주는 사진이고,

제18도는 100,000 사이클의 개폐접촉을 받은 뒤 기밀밀폐 릴레이를 구성하는 비교실시예 1의 접점재료로 형성된 접점 및 그 관련부품의 상태를 보여주는 사진이다.

본 발명은 은계 전기접점재료 보다 상세하게는 내 아아크성이 탁월하고 기밀밀봉스위치 또는 릴레이의 형성접점으로서 특히 적합한 Ag-Ni 합금 접점재료 및 접점재료의 제조방법에 관한 것이다.

니켈입자 또는 산화니켈이 향상된 기계적 강도를 얻기위한 강화성분으로서 분산되어 있고 그리하여 충분한 내마모성 및 내용융성을 제공하는 다수의 은계 접점재료가 제안되었다. 그러한 선행기술의 은-니켈 합금접점재료 및 이 재료를 제조하는 방법이 하기 간행물에 개시되어 있다.

선행기술 간행물의 목록

1) 일본 특허 공개 공보

소 61-147827호, 1986년 7월 5일 발행.

2) 일본 특허 공개 공보

소 63-238229호, 1988년 10월 4일 발행.

3) 일본 특허 공개 공보

소 63-238230호, 1988년 10월 4일 발행.

4) 일본 특허 공개 공보

평 1-180901호, 1989년 7월 18일 발행.

5) 일본 특허 공개 공보

소 56-142803호, 1981년 11월 7일 발행.

6) 일본 특허 공개 공보

소 61-288032호, 1986년 12월 18일 발행.

7) 일본 특허 공개 공보

소 62-1835호, 1987년 1월 7일 발행.

8) 일본 특허 공개 공보

소 59-159952호, 1984년 9월 10일 발행.

일본 특허공보 1) [소 61-147827호]는, 재료강화를 위해 은 기지에 분산되어 있는, 1-20㎛의 Ni입자 및 미크론 이하급의 미세니켈입자를 함유하고 있는 Ag-Ni 접점재료를 개시하고 있다.

Ag-Ni 접점재료는, Ag와 Ni의 액상용액을 제조하고 그 용액을 해당합금분말이 되게 애토마이즈하고, 합금분말 압분체를 형성하고 압분체를 열처리하여 결과적인 Ag-Ni 접점재료를 얻는 공정을 통하여 제조된다.

일본 특허공보 2) [소 63-238229호]는 재료강화를 위한 은 기지내 분산상으로서 입도 0.0 내지 1.0㎛의 Ni 입자 0.5 내지 20중량%를 함유하는 Ag-Ni 접점재료를 개시하고 있다.

접점재료는 비슷한 공정으로, Ag와 Ni의 액상용액을 조제하고 용액을 애토마이징시켜 해당 합금분말을 만들고, 합금분말의 압분체를 형성하고 압분체를 열처리하여 결과적인 Ag-Ni 접점재료를 얻는다.

일본 특허공보 3) [소 63-238230호]는 Ag 기지중에 분산된 Ni 입자를 함유한 Ag-Ni 도전재료를 개시하고 있다.

이 재료는, Ag와 0.5 내지 20중량%의 Ni의 액체 혼합물을 애토마이징 또는 고화시켜 크기 0.01 내지 1.0㎛의 Ni입자를 함유하는 복합재료를 얻는 방식으로 제조된다.

일본 특허공보 4) [평 1-180901호]는 입도 1㎛ 이하의 Ni 0.5 내지 30중량%를 함유하는 Ag-Ni 접점재료 및 Ag와 0.5 내지 30중량%의 Ni의 용융혼합물을 가압수에 의한 급속 애토마이징 또는 고화시킴으로써 접점재료를 형성하는 합금을 얻는 방식으로 접점재료를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

일본 특허공보 5) [소 56-142803호]는 가압가스에 의해 Ag와 Ni의 액체 혼합물을 애토마이징하여 은기지중에 분산된 미소니켈입자를 함유하는 대응 합금분말을 만드는 공정을 통하여 Ag-Ni 접점재료를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 공보는 또한 합금분말이 내부적으로 산화될 수도 있고 그리하여 해당하는 산화니켈 입자를 형성하고 그 입자가 은 기지중에 분산됨으로써 내용융성을 개선할 수도 있음을 교시하고 있다.

일본 특허공보 6) [소 61-288032호]는 1 내지 5중량%의 Ni을 함유하는 Ag-Ni과 포화 고용체 및 최종 함량 5 내지 40중량%가 되게할 추가 Ni 분말의 혼합물로부터 제조된 Ag-Ni 접점재료를 개시하고 있다.

Ag-Ni 합금분말은 과포화 고용체를 형성할 수 있을만한 한계량 1 내지 5중량% 만큼 Ni을 함유하는 액상용액을 애토마이징함으로써 얻어진다.

이 공보에 기재되어 있지는 않지만 그런 Ni양의 제한은 애토마이징 공정에서 비교적 큰 Ni입자가 형성되어 내용융성을 낮추는 원인이 되는 것을 피하기 위해 필요한 것 같다.

감소된 니켈량을 보상하고 충분한 분산강화효과를 얻기 위해 추가량의 Ni 분말을 Ag-Ni 합금분말과 혼합한다. 그런 뒤 그 혼합물을 압착하고 열처리하여 니켈함량이 5 내지 40중량%로 증가되어 접촉성이 개선된 접점재료를 얻는다.

일본 특허공보 7) [소 62-1835호]는 애토마이징에 의해 Ag-Ni 합금분말을 얻고, 얻어진 분말의 압분체를 형성하고, 압분체를 소결하고 소결된 압분체를 산화시켜 내부산화된 Ag-NiO 조성을 갖게하는 공정을 통해 Ag-NiO 접점재료를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

Ag 기지중에 미세 Ni 입자가 분산되도록 6.4중량%의 제한량만큼만 Ni을 함유한 액체혼합물을 애토마이징하여 Ag-Ni 합금분말이 얻어짐으로써 결과적으로 미세한 NiO 입자가 Ag 기지중에 분산되어 내마모성이 개선된다.

일본 특허공보 8) [소 59-159952호]는 Ni입자 및 SnO₂, CdO, NiO, Bi₂O₃, Sb₂O₃로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 일종의 금속 산화물 입자를 함유한 은계 접점재료를 개시하고 있다.

Ag, Ni 및 금속산화물의 분말혼합물을 준비하고 분말혼합물을 소결하여, 1 내지 30중량%의 Ni, 0.05 내지 5중량%의 금속산화물 및 잔부 은을 함유하는 접점형성재료로서의 결과적 합금을 제공함으로써 접점재료를 만들고 있다. Ni 분말 및 금속산화물 분말은 150μm³이하의 입자체적을 갖도록 선택된다.

선행기술 1) 내지 4)에 개시된 바와 같은 선행기술 Ag-Ni 합금접점재료는 양호한 내마모성과 내용융성을 가져오는 충분한 기계적 강도를 제공하지만, 이들은 접점재료로 만들어진 접점을 개폐할 때 발생하는 아아크에 대해서는 불량한 성질을 나타낼 뿐이다. 즉 대단히 불안정한 아아크가 일어나, 아아크가 반복해서 일어나는 동안에 아아크의 끝이 접촉면상의 특정점에 고착(anchor)하거나 또는 아아크의 끝이 접촉면에 걸쳐 또는 접촉면을 넘어 심하게 불규칙하게 움직이다가 접촉표면 또는 그 인접부재위의 일점에 고착하게 된다.

이것은 아아크 고착점에 임계금속 이동을 일으키거나, 또는 접점표면 또는 인접부재에, 특히 그 접점이 대부하 전류를 흐르게 하는데, 사용될때는, 그런 부분에 손상을 일으킨다. 아아크가 특정지점에 고착할 때 그 아아크는 반복 발생하는 사이에 그 지점에서 결국 접촉표면을 녹여서 그곳이 Ag 부화상태가 되게하며 이것은 접촉마모 및 용융을 촉진하고 그에 따라서 접촉수명을 현저히 단축시킨다. 그러한 아아크 관련 손상은 아아크가 산소부재하에 일어나는 기밀밀폐형 스위치나 릴레이의 접점인 경우 현저하고 위험하다.

아아크로 인한 그런 접점 악화를 완화하기 위해, 선행기술 5) 및 7)은 NiO 입자를 Ag 기지중에 분산할 것을 제안했고 선행기술 8)은 Ag 기지내에 Ni에 추가하여 NiO를 포함할 것을 제안했다.

그러나 그런 선행기술들은 내아아크성을 실제 허용할만한 수준까지 개선하고 그와 동시에 충분한 내마모성 및 내용융성의 원인이 되는 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기에는 아직도 불만족스럽다는 것이 인식되었다. 접점재료의 조성에 대해 많은 연구가 집중되었고 그 연구결과 NiO 입자는 아아크의 끝을 고착시키는 역할을 하는 많은 음극점을 제공하기 때문에 이 입자는 아아크 안정화에 기여한다는 것이 밝혀졌다.

즉 아아크의 끝은, 아아크가 일어나자마자, 많은 NiO 입자들중의 어떤 임의의 입자 즉 즉시 가용한 입자에 쉽게 고착할 수 있다. 탁월한 내아아크성을 얻고 아울러 충분한 기타 접점성질을 유지하기 위해 추가 연구를 통해 이제 다음 사실을 밝혀냈다 ;

1) 10㎛ 이상의 입도인 상당히 거칠거나 큰 입자는 Ag 기지중에 분산되어서는 안 된다.

2) Ni 입자가 NiO 입자에 추가하여 일정비율 존재해야 한다.

3) 1㎛ 이하의 입자크기에 미세 Ni 및 NiO 입자가 큰 비율로 Ag 기지중에 대략 균일하게 분산되어야 한다.

이제 5중량% 이상의 Ni을 함유하는 Ag-Ni 액체혼합물은 응고되면 미세 Ni 입자가 분산된 생성 Ag에 추가하여 10㎛ 이상의 입자크기를 가진 대단히 조대한 Ni 입자를 생성시킬 것이라는 것에 유의해야할 것이다.

그런 조대 Ni 입자는 그 내부에 또는 Ag 기지와의 경계부에 수축공동결합 또는 수축공결함을 야기하기가 아주 쉬워 가공성 및 기계적 강도를 낮추고 동시에 내용융성도 마찬가지로 떨어뜨릴 것이다. 게다가 그런 조대입자의 생성으로 Ag 기지중에 분산되는 미세 Ni 입자의 양이 불규칙적으로 변동된다.

따라서 5중량%를 초과하는 Ni를 함유하는 혼합물로부터 Ag-Ni 접점재료를 얻을 때는 미세 Ni 입자의 양을 제어하는 것 그리고 일정한 접점특성을 가진 접점 재료를 제공하는 것이 불가능하다.

상기 고려로부터, 일본 특허공보 소 59-159942호는, 개시된 접점재료 제조방법으로는 조대한 Ni 및 NiO 입자가 발생할 것 같다는 점에서 상기 요건 1) 및 3)을 만족하지 못한다. 즉, 개시된 대로 Ag, Ni 및 NiO의 분말을 혼합하고 압착하고 소결했을 때, Ni 및 NiO 분말은 서로 접촉하여 해당하는 조대입자를 형성하여 Ni 및 NiO의 미세입자를 Ag 기지중에 분산시키기 못하기 쉽다. 사실 이 공보는 Ni 및 NiO의 입자 크기와 함께 Al-Ni-NiO의 출발조성을 교시하고 있으나 Ag 기지중에서의 최종조성 및 Ni 및 NiO의 입도에 대한 언급은 없다.

한편, 일본 특허공보 소 56-142803호 및 소 62-1835호는, Ni 5중량% 이상을 함유하는 액체 Ag-Ni 혼합물을 애토마이징할 때 조대 Ni 입자가 발생하기 쉽고 그런 조대 Ni 입자는 해당 조대 NiO 입자로 산화되기 때문에, 또한 Ag 기지중에 있어 잔류하는 Ni 입자와 NiO 입자의 중요성에 대한 교시가 없기 때문에, 상기 요건 1) 및 2)를 만족하지 못하는 것으로 밝혀졌다.

상술과 같이, 선행기술의 은계 접점재료는 탁월한 내아아크성을 제공하고 그와 동시에 전기전도도, 내마모성 및 내용융성을 포함하는 만족한 기타 접점 성질을 유지하는데에 만족스럽지 못한 것으로 밝혀졌다.

선행기술을 고려하여, 본 발명은, 전기전도도, 내마모성 및 내용융성을 비롯한 만족스런 기타 접점성질에 추가하여 내아아크성이 탁월한 개선된 은계 접점재료 및 그 접점재료의 제조방법을 제공하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 의한 은계 접점재료는 0.5 내지 39.9중량%의 Ni, 0.14 내지 7.0중량%의 NiO 및 잔부 Ag로 대체로 구성되어 있다.

Ni 및 NiO는 양호한 내마모성 및 내용융성을 갖도록 재료를 강화하기위해 Ag 기지중에 균일분산된 각각의 미세입자를 형성한다.

접점재료는 1㎛ 이하의 입도를 가진 미세한 Ni 및 NiO입자를 구성하는 0.4중량% 이상의 Ni을 함유한다. Ag 기지중에 분산된 미세 NiO 입자는, 점점 개폐시에 발생할 수도 있는 아아크의 말단(끝)을 고착시키기위해 접촉 표면상에 다수의 균일분포된 음극을 제공한다. 즉 아아크가 발생하면, 아아크의 말단은 점점 표면에 걸쳐 또는 그 표면을 지나 아무렇게나 돌아다니지 못하고 NiO 입자들 중 임의의 즉시 가용한 입자에 고착하게되고 그리하여 아아크를 안정화시키는 것이며 따라서 접점용융 및 금속이동 또는 아아크 침식과 같은 아아크 관련 손상을 크게 감소시킨다. 그런 아아크 안정화는 적어도 0.14중량%의 NiO 농도에서 얻어질 수 있다. 그러나 NiO 비율이 7.0중량%를 초과하면 NiO 입자들은 접촉할 가능성이 높아져 허용수준 이상으로 접점저항이 크게 된다.

그래서 NiO 비율은 0.14 내지 7.0중량%, 바람직하게는 0.3 내지 3.0중량%의 범위로 한정한다.

한편 Ni 입자는, 이 입자가 NiO 입자와 협동해서 접점재료를 강화하고 그리하여 허용할만한 내마모 및 내용융성을 부여하도록, 일정비율 존재해야한다.

이와 관련하여 분산강화효과는 적어도 0.5중량%의 Ni 비율로 얻어질 수 있다. Ni 농도가 39.9중량%를 초과하면 Ni 입자는 전기전도도를 강하시켜 저항성열을 증가시키고 그리하여 용융저항 및 접점저항을 악화시킨다.

따라서 Ni 비율은 0.5 내지 39.9중량%의 범위, 바람직하게는 5.0 내지 20중량%의 범위내로 한정된다.

미세한 Ni 및 NiO 입자는 한계 Ni 함량이내에서 큰 비율로 존재해야만 충분한 내마모성 및 내용융성을 가져오는 기계적 강도를 증가시키는 분산강화 효과를 극대화하면서 소망하는 전기전도도 또는 접점저항을 확보할 수 있다.

이와 관련하여, 1.0㎛ 이하의 입도를 가진 미세 Ni 및 NiO 입자는 0.4중량% 이상 분산되어야 한다. 그 위에, Ni 및 NiO 입자는 접점재료 강화를 위한 효과적인 분산상을 제공하도록 10㎛ 이하의 크기인 것이 바람직하다.

NiO 입자는 아아크를 안정화하는 작용을 하기 때문에 본 발명의 접점재료는, 외부주위로부터 산소공급이 없어 아아크열에 노출되더라도 접점표면에서 산화에 의해 NiO나 기타금속 산화물이 재생성될 수 없고 따라서 아아크 안정화가 악화되지 않는 기밀적으로 밀폐된 스위치 또는 릴레이의 접점을 형성하는데 이용되기에 최적하다.

상기 접점재료는 본 발명의 다른 목적이기도한 독특한 방법에 의해 제조될 수 있다. 첫째로, 고화시 직경 10㎛ 이상의 조대 Ni 입자를 생성하여 균일분산된 미세한 Ni 및 NiO 입자를 형성하는데 장해가 되지 않도록 1 내지 5중량%의 한계함량의 니켈을 함유한 은-니켈 액상용액을 제조한다.

그런 뒤 액상용액의 흐름에 고압의 물분사류를 적용하여 용액을 애토마이징하여, 분산성으로서 1.0㎛ 이하의 평균입도의 미세 Ni 입자를 함유하는 Ag-Ni 복합합금 분말을 얻는다. 이 애토마이징 공정(이하 워터-애토마이징공정이라 칭함) 동안에 Ag-Ni 합금분말은 고압수중으로부터 공급된 산소로 접종 또는 매립된다.

이어서, 복합합금분말은 추가 Ni 분말과 혼합한 뒤 압분성형된다.

그런 뒤 압분체는 접종된 산소로 Ni를 내부 산화시키는 방식으로 소결되고 그리하여 Ag 기지중에 사실상 균일히 분산된 Ni 및 NiO 입자를 함유한 결과적 소결물질을 얻는다. 이 공정동안, 미세 Ni 입자는 전체적 또는 부분적으로 산화되어, 상술과 같이 아아크 안정화가 이루어지도록 Ag 기지중에 균일히 분산된 평균입도 10㎛ 이하의 대응 미세 NiO입자가 얻어진다.

Ag-Ni 복합합금분말에 가해지는 Ni 분말은 소결물질의 Ag 기지중에 역시 균일하게 분산되도록 평균입경이 10㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 소결물질은 일방향으로 인발되어 작은 단면적을 가진 접점표면을 이루며 그리하여 첨가된 Ni분말로부터 형성된 비교적 큰 Ni 입자는 연신되어 접점표면에 작은 점들로 나타나며, 이 점상 큰 니켈입자는 복합합금분말에서 유래된 미세한 NiO 및 Ni 입자와 협동하여 접점표면을 미세점상의 Ni 및 NiO로 나타나게 하는데, 이들 원소는 아아크 열에 노출되어 녹을 때 Ag의 흐름을 억제할 수 있어 접점응용을 최소화하는데 가장 효과적이다.

본 발명의 이들 및 기타 목적 및 유리한 특징은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다음의 실시예로부터 보다 명백해질 것이다.

본 발명에 있어서, 은계 접점재료는 Ni를 1 내지 5중량% 함유한 Ag-Ni 복합합금분말과 0.5 내지 39.9중량%의 Ni, 0.14 내지 7.0중량%의 NiO 그리고 전부 Ag을 포함하는 카르보닐 Ni분말을 혼합하여 제조되며, 재료의 강화를 위해 Ag 기지에 미세한 Ni 과 NiO입자가 균일하게 분산되어 있다.

제1도의 흐름도에 도식적으로 도시된 바와 같이 Ag-Ni 복합합금분말은 먼저 1 내지 5중량%의 Ni을 함유하는 해상용액을 만들기 위해 Ag와 전해 Ni의 혼합물을 대략 1650℃로 가열하여 용해하고 그 다음에 워터 애토마이제이션 공정을 통해 액상용액을 급냉함으로써 얻어진다.

Ag 기지내에 고르게 분산되어 있는 Ni 입자를 포함하는 Ag-Ni 복합분말은 카르보닐 Ni 분말과 혼합되어 원통형 압분체로 압분성형되어 후속해서 소결된다.

이렇게 얻은 소결품은 열간압출, 스웨이징, 와이어 드로오잉을 통해 상당히 단면적이 감소된 와이어부재로 가공처리된다.

마지막으로, 와이어부재는 적당한 길이로 절단되어 접점운반자위에 리벳팅하기에 용이한 리벳형태의 접점재로 단조된다.

워터 애토마이제이션은 제2a도에 도시된 바와 같이 약 1650℃의 온도에서 Ag-Ni 액상용액을 저장하는 체임버(10)을 구비한 장치를 사용해서 수행된다.

상기 장치는 체임버(10)의 하단에서 노즐(11)을 통해 배출되는 액상용액의 분사(jet)를 둘러싸고 있는 수두(water head)(12)를 포함한다.

수두(12)는 가압수가 공급되는 원뿔형 수로(13)를 구비한다. 원뿔형 수로 (13)는 수두(12)의 하단에서 개방되어 있어서 그 곳에서 환형주둥이(14)를 형성하며 그것을 통해 물의 분사류가 제3a도에 도식적으로 나타낸 바와 같이 균일하게 분산되어 있는 미세한 Ni 입자를 포함하는 Ag-Ni 복합합금분말을 얻기위해 액상용액을 급냉하기위해 액상용액의 분사류와 충돌하도록 배향되어 있으며, 제3도에서 흑점은 Ag 기지인 백색배경에 석출된 Ni 입자를 나타낸다.

Ag-Ni 합금분말은 45㎛ 이하의 입도, Ni 분말과 균일하게 그리고 정합적으로 혼합되도록 하기 위해 바람직하게는 20㎛ 이하의 입도를 갖도록 제조한다.

더욱이, Ag-Ni 분말은 평균입도가 1㎛ 이하 바람직하게는 0.2 내지 1㎛의 입도를 갖는 미세한 Ni 입자를 석출시키도록 제조된다. 액상용액은 1 내지 5중량%의 제한된 양의 Ni를 포함하기 때문에 10㎛ 이상의 입자크기를 조대한 Ni 입자는 나타나지 않는다. 10㎛ 이상되는 입자는 Ag-Ni 복합합금분말과 혼합되어 압분능, 소결효과, 성형능 및 결과적으로 낮은 내용융성 등을 상당히 저하시킬 수 있다.

더욱이, 5중량% 이하의 양인 Ni는 완전히 용해되어 액상용액을 형성할 수 있으므로, Ni가 전체적으로 Ag 기지내에 분산되어 있는 미세한 Ni 입자로서 석출될 것으로 기대된다. 그러므로, 접점물질내에 고상내의 총 Ni 양을 쉽게 정확히 제어할 수 있다.

이 일에 곁들여서 워터 애토마이징 공정동안에 합금분말은 고압수중으로부터 산소와 함께 접종되거나 매립되며, 산소는 그 후의 소결공정에서 Ni 입자를 NiO 입자로 산화시키는 작용을 한다. 합금분말내에 산소의 양은 애토마이징 공정에서의 수상 및/또는 분말의 입도를 변화시키거나 애토마이징 공정 후에 분말을 환원시키기 위한 열처리를 함으로써 제어될 수 있다.

Ag-Ni 합금분말의 산소 함량은 0.03 내지 1.5중량%, 소망되는 양만큼의 NiO 입자가 Ag 기지내에 분산되어 있도록 바람직하게는 0.1 내지 0.3중량% 범위 내에 있어야 한다.

Ag-Ni 분말은 1㎛ 이하의 입도를 갖는 0.4중량% 이하의 Ni 분말을 포함하며 바람직하게는 0.02 내지 1.0㎛의 평균입자를 갖고 또한 소결후에 그와 같은 입도의 NiO 입자로 이루어져 있어서 Ni 와 NiO 입자는 접점마모와 내용융성을 개선하기 위한 접점재료의 효과적인 강화를 위해 미세한 분산상을 형성할 수 있다.

상기 워터 애토마이제이션 공정은 평균입도가 45㎛ 이하이고 1㎛ 이하인 미세한 Ni 입자를 함유하는 Ag-Ni 합금을 단기간내에 효과적으로 많은 양을 공급하는데 있어서 유리하다는 것이 인식되었다.

이렇게 얻어진 Ag-Ni 복합합금분말은 10㎛ 이하의 평균입도를 갖는 카르보닐 Ni 분말과 V-배열된 혼합기내에서 혼합되어 Ag-Ni 분말내에 감소된 Ni 함량을 보상하기 위해 6 내지 40중량%까지 Ni 총함량을 증가시키고 그것에 의해 충분한 분산 강화효과를 얻는다.

6중량% 이하의 Ni가 접점재료내에 Ni과 NiO 입자를 형성하면, 접점재료는 내용융성은 물론 내마모성이 저하되며 불충분한 분산강화효과를 갖는다. Ni의 함량이 40중량% 이상이며, 접점재료는 전기전도도에 있어서 임계강화를 겪게 되어 접점저항이 높아져서 결국 접점용융이 된다.

바람직하게, 접점재료는 4 내지 30중량%의 Ni를 포함하며 Ni와 NiO 입자를 형성한다. 카르보닐 Ni 분말은 그것이 Ag-Ni 분말과 소결하는데 있어서 유리하고, 수축공결함이 없는 것에 부가해서 압출과 그 후의 공정에서 박리를 방지하는 큰 비표면적을 갖는 비구형이며, 경제적이기 때문에 선택된다. 바람직하게는 Ni 분말은 5㎛ 이하[2 내지 10㎛의 입도]의 평균입도를 갖는다.

Ag-Ni 합금분말과 카르보닐 Ni 분말의 혼합물은 원통형 빌렛으로 성형되어 2번 내지 3번의 소결과 고온 압축을 반복시행한다.

이러한 소결공정에서 Ni 입자중 일부 또는 실질적으로 전부는 Ag-Ni 합금분말 내에 포함된 산소로 산화되어 대응하는 미세한 NiO 입자로 된다.

모든 소결공정은 진공상태에서 수행되거나 초기소결공정은 진공상태에서 수행되고 그 후의 소결공정은 질소 분위기와 같은 불활성가스분위기에서 수행할 수 있다.

NiO는 Ag-Ni 합금분말내에 포함된 질소로 형성될 수 있고 또한 포함된 산소양은 워터 애토마이제이션 공정에서 쉽게 제어될 수 있기 때문에 접점재료내에 소망하는 양만큼의 NiO를 쉽게 제공할 수 있다.

더욱이, 소결은 부가량의 산소를 외부로부터 공급함으로써 산화분위기에서 수행될 수도 있다. 그 후에 빌렛(20)은 히터(31)로 둘러싸여 있는 압축기(30)를 사용하여 열간 압출된다.

제3b도는 그렇게 얻어진 로드(21)의 압출방향을 따라 취한 단면의 약시도이다.

상기도에서 보인 바와 같이, 부재번호 2로 집합적으로 나타낸 미세한 Ni과 NiO 입자는 Ag기지(1) 내에 고르게 분산되어 있고 반면에 카르보닐 Ni 분말은 Ag 기지(1)내에 고르게 분산되어 있고 바늘형태로 압출방향으로 연신된 비교적 큰 Ni 입자(3)를 형성한다. 비교적 큰 Ni 입자(3)는 제2c도에 나타낸 바와 같이, 스웨징다이(40)를 통해 와이어로드(21)가 그 후에 와이어(22)로 스웨이징 됨으로써 더욱 연신된다.

와이어(22)는 더욱 인발가공되어 축소된 단면적을 갖게 되고, 단면에 접점표면을 제공하도록 절단되어 연신된 Ni 입자(3)는 다른 Ni나 NiO 입자(2)와 같은 미세한 점으로 나타날 수 있다. 바람직하게는, 와이어(22)는 카르보닐 Ni의 Ni 입자(3)가 미세한 Ni와 NiO 입자(2)와 함께 Ag 기지를 충분히 효과적으로 강화하도록 하기 위해 빌렛(20)으로부터 150 이상의 압하율을 갖는 수축된 단면을 갖도록 가공된다. 그러나, 본 발명의 접점재료는 대응하는 가공을 통해 얻어진 와이어로드나 와이어로 제한되지 않고 카르보닐 Ni이 미세한 분산된 상으로 형성되어 있는 소결된 빌렛일 수도 있다.

그외에, 접점재료는 1 내지 5중량%인 동일한 한계비율로 Ni를 포함하지만 실제로는 산소를 포함하지 않는 다른 애토마이징된 Ag-Ni 합금분말로 제조될 수 있다. 그런 Ag-Ni 분말은 최종의 합금 분말의 Ag 기지내에 미세한 Ni 입자들이 분산되어 있도록 고압개스에 의해 5중량%의 Ni를 포함하는 Ag-Ni 용액 혼합물을 분사하는 전통적인 애토마이징 공정으로도 얻어질 수 있다. Ni 입자는 상기 워터 애토마이제이션 공정에서 얻는 것처럼 미세할 수 있다. 최종의 Ag-Ni 분말은 Ag-Ni 분말을 제공하기 위해 그것은 내부산화를 위해 산소분위기에서 가열되며 Ni의 일부는 산화되어 나머지 Ni 입자들과 함께 Ag 기지내에 고르게 분산되어 있는 대응하는 미세한 NiO 입자를 형성한다. 그러므로 내부적으로 산화된 Ag-Ni 분말은 원통형 빌렛을 제공하기 위한 상기의 공정에서와 같은 방법으로 카르보닐 Ni 분말과 혼합되며, 원통형 빌렛은 동일한 소결품을 제공하기 위해 진공이나 불활성 가스분위기에서 소결된다. 후속해서, 소결품은 열간압출, 스웨이징, 와이어 드로오잉등의 공정을 통해 접점재료를 제공한다. 이 공정에서, 나중에 첨가된 Ni 분말이 Ag 기지내에 균일하게 분산되어 있는 미세한 Ni 입자를 제공할 수 있다면, Ag-Ni 분말은 내부적으로 산화되어 실질적으로 Ni 입자 전체가 NiO 입자로 변환될 것이다.

어쨌든, 접점재료는 NiO 입자를 0.14 내지 7.0중량%, 바람직하게는 0.3 내지 3.0중량%만큼 포함하며, Ni 입자를 0.5 내지 39.9중량%, 바람직하게는 5 내지 20중량% 포함한다. 더욱이 접점재료는 분산강화효과를 유지하기 위하여 전체 Ni 함량의 한계내에서 큰 비율로 미세한 Ni과 NiO 입자를 포함하며 반면에 미세한 NiO 입자는 접점표면에 균일하게 분산되어 있어서 아아크의 끝단을 고착하기 위한 다수의 음극을 제공하며 그럼으로써 아아크를 안정화하여 손상에 관련된 아아크를 최소화한다. 이런 목적을 위해, 1.0㎛ 이하의 입도를 갖는 미세한 Ni 과 NiO는 적어도 0.4중량%가 분산되어 있는 것이 요구된다. 더욱이, Ni 입자는 접점재료를 강화하기 위해 효과적으로 분산된 상을 제공하기 위해 크기가 10㎛ 이하의 것이 바람직하다.

상기 Ni과 NiO 농도는 적외선 분광기등으로 시차 열분석함으로써 접점재료에 대해 쉽게 얻을 수 있는 산소당량농도에 기초하여 산출될 수 있다.

크기가 1.0㎛ 이하인 미세한 Ni과 NiO 입자의 분율은 레스카 캄파니등에서 입수할 수 있는 드럼 포토리더 모델 DP 300R 같은 입도분포측정장치로 접점표면의 전자현미경 사진을 분석하여 측정할 수 있으며, 드럼 포토리더 모델 DP 300R 장치는 0.5㎛의 증분에서 현미경 사진을 측정하여 다음식으로부터 Ni과 NiO 입자의 분율을 계산한다 :

여기서, ρ_κ는 대응하는 측정범위[0.5(k-1) 내지 0.5k ㎛]내에서 전체입자수 (k=1, 2, ....)에 대한 계산된 입자수의 비이고, r_k는 대응하는 측정범위[0.5(k-1) 내지 0.5k ㎛]에 나타난 입자의 평균직경이며 다음식, 즉 r_k= [0.5(k-1) + 0.25]㎛로 표시된다. 다음의 실시예와 비교실시예는 Ag 기지내에 NiO 입자가 분산되어 있는 것과 분산되어 있지 않은 것에 대한 비교결과를 나타내고 있으나, 이 실시예는 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.

[실시예 1]

Ag 와 Ni를 고주파 유도로에서 용해하여 3.2중량%의 Ni를 함유하는 1650℃ 액상용액을 얻었다. 제4도의 주사형 전자현미경 사진에 나타낸 것처럼 액상용액을 Ag-Ni 복합합금 분말로 급속응고시키기 위하여, 고압의 물분사류가 상기 액상용액의 분사류에 가해지는 제2a도의 장치를 사용하여 이 액상용액을 워터 애토마이제이션에 의해 애토마이징하였다. 이렇게 해서 얻은 Ag-Ni 합금분말을 분석해서 제5도에 표시한 입도분포를 얻었다. 이들 도면으로부터, Ag-Ni 분말의 입도는 1 내지 22㎛이고 그것의 평균입도는 20㎛ 이하라는 것을 확인하였다. Ag-Ni 분말의 내부구조를 제6도의 주사형 전자현미경 사진에 나타내었는데, 이 전자현미경 사진에서 Ni 입자는 백색배경의 Ag 기지에 작은 흑점으로 표시되어 있다. 이 도면으로부터 명확히 알 수 있는 것처럼, 평균입도가 1㎛ 이하인 미세한 Ni 입자가 Ag 기지내에 균일하게 분산되어 있다. 또한 Ag-Ni 분말의 X-선 회절분석 결과인 제7도로부터, Ag와 Ni이, 이 도면에서의 X-선 회절강도의 현저한 피크에 의해 표시된 것처럼 존재하고 있다는 것이 확인되었다. 더욱이, Ag-Ni 분말을 0.24중량%의 산소를 포함하는 적외선 분광기를 사용하여 시차 열분석하였다.

이렇게 해서 얻은 Ag-Ni 합금분말을 평균입도가 3㎛인 카르보닐 Ni 분말과 혼합하여 Ni의 총함량이 10중량%인 분말혼합물을 제조하였다. 이 분말혼합물은 30kgf/mm²으로 압분성형하여 원통형 빌렛을 제조하고, 이어서 이 원통형 빌렛을 진공조건에서 2시간동안 850℃에서 소결한 다음, 90kgf/mm²으로 420℃에서 축방향으로 열간 압축하였다. 이러한 소결과 열간압축을 2회 이상 반복하여 얻은 소결품의 직경은 30mm이었다. 그 다음 이 소결품을 800℃로 예열하여 다이온도가 420℃로 유지되고 있는 제2B도의 압출기(30)내에서 직경이 8mm인 와이어로드로 압출하였다. 후속해서 와이어로드를 제2c도의 스웨이징 장치(40)를 통해 스웨이징 하고 직경이 2mm인 즉, 단면 축소율이 225인 와이어로 더욱 인발가공하였다. 직경이 8mm인 와이어로드의 단면에 대하여 X-선 회절분석을 행하여 그 결과를 제8도에 나타내었다. 제8도에, X-선 회절강도의 피크로 표시된 바와 같이 Ag, Ni 및 NiO가 나타났으며 이것으로부터 Ag 기지내에 분산된 Ni 입자 중 일부가 Ag-Ni 분말에 포함되어 있는 산소와 반응해서 대응하는 NiO 입자로 변환된다는 것이 확인되었다. 또한, 직경이 8mm인 와이어로드의 동일한 단면을 모니터하여 제9도의 주사형 전자현미경 사진을 얻었다.

최종적으로, 직경이 2mm인 와이어를 적당한 길이로 절단하고 그것의 한쪽 단부를 와이어의 단면에 대응하는 접점표면을 갖고 있는 리벳형 접점시험편(test piece contact)으로 햄머링하였다. 스웨이징 또는 인발방향에 평행하게 취한 직경이 2mm인 와이어의 단면에 대한 주사형 전자현미경 사진(반사전자상)인 제10도에 나타난 것처럼, 첨가된 카르보닐 Ni는 Ag기지와의 계면에 공공결함 또는 박리현상을 일으키지 않으면서 연신되고, 이것에 의해 와이어의 단면 또는 접점표면에 Ni의 미세한 점이 제공된다는 것도 확인되었다.

[실시예 2]

접점시험편에서 상이한 7.5중량%의 Ni 총함량을 갖도록 카르보닐 Ni 분말을 실시예 1에서 얻은 Ag-Ni 분말과 다른 양으로 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법을 통해서 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 상이한 0.19중량%의 산소함량을 갖는 Ag-3.2중량% Ni 합금을 얻었다. 이 Ag-Ni 합금분말을 동량의 카르보닐 Ni와 혼합하여 직경이 110mm인 빌렛을 제조하였고, 이 빌렛을 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐서 직경이 2mm 즉 단면 축소율이 3025인 와이어로 제작하였다. 이 와이어를 실시예 1과 동일한 방법으로 단조하여 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[실시예 4]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 상이한 0.19중량%의 산소함량을 갖는 Ag-3.2중량% Ni 합금을 얻었다. 이 Ag-Ni 합금분말을 상이한 양의 카르보닐 Ni와 혼합하여 Ni 총함량이 7.5중량%인 직경이 110mm인 빌렛을 제조하였다. 이 빌렛을 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐서 직경이 2mm 즉 단면 축소율이 3025인 와이어로 제작하였다. 이 와이어를 실시예 1과 동일한 방법으로 단조하여 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[실시예 5]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 Ag-5.0중량% Ni 합금분말을 얻어서 Ag-Ni 분말에 포함된 산소에 대해 기대되는 것보다 더 많은 양 내에서 Ni가 내부산화되어 NiO로 산화하도록 하기 위해서 4atm 산소분위기에서 450℃로 이 합금분말을 가열하였다. 이렇게 내부적으로 산화된 분말을 카르보닐 Ni와 혼합하여 Ni 총함량이 6.0중량%가 되도록 하고 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 거쳐서 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[실시예 6]

실시예 1에서 얻은 Ag-3.2중량% Ni 합금분말을 분말내에 산소함량을 줄이기 위하여 수소분위기에서 450℃로 5시간동안 열처리하였다. 그 다음 이 합금분말을 카르보닐 Ni 분말과 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 공정을 거쳐서 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[실시예 7]

실시예 1에서 얻은 Ag-3.2중량% Ni 합금분말을 상이한 양의 카르보닐 Ni 분말과 혼합하여 Ni 총함량이 13중량%가 되도록 하고 실시예 1과 동일한 방법으로 빌렛으로 압분성형하였다.

이 빌렛을 실시예 1과 같은 진공분위기에서 1차로 소결하였다. 2차와 3차 소결을 질소 분위기에서 행하여 동일한 소결 빌렛을 제공하였고 이 빌렛을 실시예 1과 같은 방법으로 공정을 거쳐서 리벳형 접점 시험편을 얻었다.

[실시예 8]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 Ag-5.0중량% Ni 합금분말을 얻어서 이 분말을 카르보닐 Ni와 혼합하여 실시예 1과 같은 진공조건에서 1차로 소결된 Ni 총함량이 7중량%인 동일한 빌렛을 제조하였다. 2차와 3차 소결은 리벳형 접점시험편을 얻기 위한 동일한 방법으로 후속공정 처리되는 소결 빌렛을 제공하기 위해서 질소분위기에서 행하였다.

[실시예 9]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 Ag-1.0중량% Ni 합금분말을 얻어서 이 분말을 카르보닐 Ni와 혼합하여 실시예 1과 같은 진공조건에서 1차로 소결된 Ni 총함량이 20중량%인 동일한 빌렛을 제조하였다. 2차와 3차 소결은 리벳형 접점시험편을 얻기 위한 동일한 방법으로 후속공정 처리되는 소결 빌렛을 제공하기 위해서 질소분위기에서 행하였다.

[실시예 10]

실시예 1에서와 같은 워터 애토마이제이션 공정에 의해 Ag-1.0중량% Ni 합금분말을 얻어서 이 분말을 카르보닐 Ni와 혼합하여 실시예 1과 같은 진공조건에서 1차로 소결된 Ni 총함량이 40중량%인 동일한 빌렛을 제조하였다. 2차와 3차 소결은 리벳형 접점시험편을 얻기 위한 동일한 방법으로 후속공정 처리되는 소결 빌렛을 제공하기 위해서 질소분위기에서 행하였다.

[비교실시예 1]

입도가 약 45㎛인 전해 Ag 분말을 Ni 총함량이 10중량%인 카르보닐 Ni 분말과 혼합해서 동일한 빌렛을 형성하고, 이 빌렛을 실시예 1과 동일하게 소결, 압출, 스웨이징 및 와이어-드로오잉하여 주사형 전자 현미경 사진(반사전자상)인 제11도에 도시한 것과 단면이 같은 직경이 2mm인 와이어를 얻었다. 이 와이어를 햄머링하여 리벳형 접점시험편을 얻었다.

[비교실시예 2]

Ag와 Ni를 고주파로에서 용융하여 10중량%의 Ni와 잔부 Ag를 함유하는 1650℃의 액상 혼합물을 가스-애토마이제이션을 통해서 분말로 애토마이징하였는데, 이 공정에서는 액상혼합물이 노즐을 통해서 분사되어 고압 아르곤가스분사류와 충돌함으로써 급속하게 응고된다. 이렇게 해서 얻은 분말은 조대한 Ni 분말과 Ag-Ni 합금분말의 혼합물로 판명되었는데, 이 혼합물에서 미세한 Ni 입자는 Ag에 분산되어 있었다. 이 분말혼합물은 분급하여 입도가 45㎛ 이하인 분말을 선별하였다. 이 선별한 분말을 압분성형하여 Ni 함량이 9.1중량%인 동일한 빌렛으로 형성하였다. 그런 후, 이 빌렛을 실시예 1에서와 동일하게 소결, 압출, 스웨이징 및 와이어-드로오잉하여 단면이 제12도의 현미경사진과 같은 직경이 2mm인 와이어를 얻었다. 이 제12도에서는 직경이 10㎛를 초과하는 비교적 큰 Ni 입자는 Ag 기지의 백색바탕에 회색점으로 표시되어 있다. 이 도면으로부터 명백한 것처럼, 큰 Ni 입자 주위에 검은 영역으로서 나타난 것처럼 공공이 발생하여 Ni 입자와 Ag 기지간의 박리현상이 초래되고, 이 박리현상은 치명적인 점접 결함으로 확실히 귀결된다. 제13도에 큰 Ni 입자의 주사형 전자현미경 사진이 나타나 있는데, 이 사진에서 용융점이 비교적 높은 Ni의 급속한 응고로 인하여 발달되는 것으로 생각되는 수축공은 검은 부분으로 표시되어 있다. 이와같은 공공이 있는 조대한 또는 큰 Ni 입자는 접점표면에 함께 근접하게 되는 기회를 증대시킬 것이 확실하고, 따라서 내용융성이 감소되고 접점저항이 증대되어, 접점이 열화된다. 상기 와이어를 리벳형 접점시험편으로 형성하였다.

각각의 접점시험편에 대한 3개의 시편에 대해서, 저항부하를 연결하면서 50,000 접점사이클에 걸쳐서 대기중에서의 100볼트와 40암페어의 개폐조건하면서 ASTM(미국 재료시험협회) B182-49에 따라 실시예 1 내지 10의 접점시험편과 비교실시예 1과 2의 접점시험편을 시험하여 내용융성, 내마모성 및 접점 저항을 평가하였다.

또한 이 접점시험편을 접점재료의 현미경 사진에 기초한 전술한 분석에 의해 입도가 1㎛ 이하인 미세한 Ni와 NiO 입자의 비율 및 NiO 입자를 형성하는 산소가 함량에 대해서도 조사하였다.

그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

표 1로부터 명백한 것처럼, 실시예 1 내지 10의 접점재료는 비교 실시예 1과 그의 접점재료보다 우수한 내용융성과 내마모성을 나타내었다. 이와같은 우수한 접점특성은 다수의 미세한 Ni 와 NiO 입자가 비교실시예 1의 제11도와 대조적으로 실시예 1의 제9도에 도시된 것처럼 접점에서 비교적 크기가 큰 후에 첨가된 카르보닐 Ni 분말 사이에 균일하게 분산되어 있다는 사실로부터 유래한다고 생각된다. 이것은 비교실시예 1과 대비하여 실시예 1에 대한 입도분포를 나타내는 제14도의 막대그래프로부터 확인되었다.

기계적 강도를 평가하기 위해서, 각각의 접점재료로 되어 있는 직경이 4mm인 와이어에 대해 게이지 길이를 5mm로 하면서 6.67×10^-4의 변형율로 실시예 3과 4 및 비교실시예 1에 대해 인장강도와 연신률을 측정하기 위해 인장시험하였다. 그 결과를 제15도에 표시하였는데 이 제15도로부터 실시예 3으로 대표적으로 나타낸 본 발명의 접점재료는 미세한 Ni 및 NiO 입자의 개선된 분산 효과로 인하여 비교실시예 1을 능가하는 내용융성과 내마모성에 대해 신뢰할 수 있는 우수한 기계적 강도를 표시한다는 것을 알 수 있다.

더욱이 고정 부하를 연결시키고 100gf의 접촉력과 150gf의 접리력으로 100볼트, 러쉬전류 40암페어 및 정상상태의 전류 20암페어인 개폐조건하에서 용융의 발생에 대해서 실시예 3과 비교실시예 3의 접점시험편을 시험했다. 그 결과를 실시예 3[도면에서 원형점으로 표시됨]과 비교실시예 1[도면에서 사각형 점으로 표시됨]에 대해 최초 용융전의 접촉사이클의 수와 누적실패간의 관계를 표시하는 바이불(Weibull) 분포그래프인 제16도에 도시하였다. 이 도면에 도시된 것처럼, 실시예 3은 47.4의 연장된 접촉사이클 후에도 90% 신뢰성(ρ₉₀)[즉, 10% 누적 실패율]을 나타내지만, 비교실시예 1은 2.4 정도의 짧은 접촉사이클 후 ρ₉₀를 나타내었다. 이러한 사실은 실시예 3의 내용접성이 비교실시예의 내용접성보다 약 20배 개선되었음을 의미하는 것이다.

더욱이, 주변 대기로부터 밀폐된 상태에서 실시예 1과 3 내지 6의 접점시험편과 비교실시예 1과 2의 접점시험편에 대한 내용점성과 내마모성을 조사하기 위해 시험을 행하였다. 접점시험편을 각각 기밀 밀폐 릴레이에 통합하였다. 저항 부하를 연결하면서 250볼트와 8암페어의 조건하에서 100,000 접점사이클내에 접점용융의 발생여부로 내용융성을 평가하였다. 접점마모의 결과로서 생성된 비산하는 분말이 개방 접점 사이에서 전기통로를 구성함에 따라 저하되는 경향이 있는 접점간의 절연저항으로 내마모성을 판정하였다. 일분간 접점 사이에 1KV를 인가하는 조건하에서 누설전류가 10mA를 초과할 때 절연저항은 임계적으로 저하되거나 열화된다. 그 결과를 하기 표 2에 표시하였다.

[표 2]

상기 시험 후에, 각각의 릴레이에 대한 그것의 접점과 인접부품에 대해 관찰하였다. 제17도와 제18도에 표시된 것처럼, 실시예의 접점은 아아크가 단지 접점표면에 제한되고 접점을 지나서 연장되지 않는 것을 표시하지만(제17도), 비교실시예의 접점재료를 사용한 릴레이는 아아크가 접점을 가지고 있는 스프링까지 연장되어 손상이 발생되는 것을 표시한다(제18도). 표 2와 제17도와 제18도로부터 접점표면에 분산된 NiO 입자는 아아크가 안정화되도록 작용할 수 있고, 따라서 외기로부터 고립된 밀폐조건에서도 아아크에 관련된 용융과 마모를 최소화할 수 있다는 것이 확인되었다.

Claims

은계 전기접점재료에 있어서, 0.5 내지 39.9중량%의 니켈, 0.14 내지 7.0중량%의 산화니켈 및 잔부 은으로 구성되어 있고, 상기 니켈은 실질적으로 순니켈입자로 존재하고 상기 산화니켈은 순 니켈입자와 별개로 실질적으로 순산화니켈입자로 존재하고 양자의 입자가 은기지중에 분산해서 상기 재료를 강화시키는 것으로서 상기 니켈입자에는 입도가 1∼10㎛인 니켈입자와 입도가 1㎛ 이하의 니켈입자가 있고, 상기 산화 니켈입자는 입도가 1㎛ 이하의 입자인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료.
제1항에 있어서, 상기 니켈입자와 산화니켈입장의 입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료.
은계 전기접점재료의 제조방법에 있어서, 1 내지 5중량%의 니켈을 함유하는 은-니켈 액상용액을 제조하는 단계; 고압의 물분사류를 상기 은-니켈 액상용액류와 충돌시켜서 상기 은-니켈 액상용액을, 평균 입도가 1㎛ 이하이고 은기지에 균일하게 분산되어 있는, 니켈입자를 함유하고 있을뿐만 아니라 상기 고압수로부터 공급된 산소가 접종된, 은-니켈 합금분말로 애토마이징하는 단계; 압분체를 형성하기 위해 상기 합금분말과 추가 니켈분말을 혼합하는 단계; 상기 은 기지에 분산된 니켈입자와 산화니켈입자를 함유하는 소결물질을 얻기 위해 니켈을 매립된 산소로 내부적으로 산화시키는 방식으로 상기 압분체를 소결하는 단계로 구성되며, 상기 소결물질은 0.5 내지 39.9중량%의 니켈, 0.14 내지 7.0중량%의 산화니켈 및 잔부 은을 함유하고 입도가 1㎛ 이하인 상기 니켈입자와 산화 니켈입자를 구성하는 0.4중량% 이상의 니켈을 함유하는 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 은-니켈 합금분말의 평균입도는 45㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 은계 접점재료의 제조방법.
제3항에 있어서, 니켈분말은 평균입도가 10㎛인 카르보닐 니켈분말인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 니켈입자와 산화니켈입자의 입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제3항에 있어서, 접점표면이 인발방향에 수직방향으로 감소된 단면적을 갖게 하기 위해서 상기 소결 물질을 한 방향으로 인발하는 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
은계 전기접점재료의 제조방법에 있어서, 1 내지 5중량%의 니켈을 함유하는 은-니켈 액상용액을 제조하는 단계 ; 고압의 물분사류를 상기 은-니켈 액상용액류와 충돌시켜서 상기 은-니켈 액상용액을, 평균 입도가 1㎛ 이하이고 은기지에 균일하게 분산되어 있는, 니켈입자를 함유하고 있을뿐만 아니라 상기 고압수로부터 공급된 산소가 접종된, 은-니켈 합금분말로 애토마이징하는 단계 ; 압분체를 형성하기 위해 상기 합금분말과 추가 니켈분말을 혼합하는 단계 ; 상기 은 기지에 분산된 니켈입자와 산화니켈입자를 함유하는 소결물질을 얻기 위해 니켈을 매립된 산소로 내부적으로 산화시키는 방식으로 상기 압분체를 소결하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
은계 전기접점재료의 제조방법에 있어서, 1 내지 5중량%의 니켈을 함유하는 은-니켈 액상용액을 제조하는 단계; 상기 은-니켈 액상용액을, 평균입도가 1㎛ 이하이고 은기지에 균일하게 분산되어 있는 니켈입자를 함유하는 은-니켈 합금분말로 얻기 위해, 애토마이징하는 단계; 상기 합금분말이 산화니켈입자를 포함하도록 니켈을 내부적으로 산화시키기 위해 상기 합금분말을 처리하는 단계; 압분체를 형성하기 위해 상기 합금분말과 추가 니켈분말을 혼합하는 단계; 니켈입자와 산화니켈입자가 상기 은 기지에 분산되어 있는 접점재료를 얻기 위해 상기 압분체를 소결하는 단계로 구성되며, 상기 접점재료는 0.5 내지 39.9중량%의 니켈, 0.14 내지 7.0중량%의 산화니켈 및 잔부 은을 함유하고, 입도가 1㎛ 이하인 상기 니켈입자와 산화니켈입자를 구성하는 0.4중량% 이상의 니켈을 함유하는 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 은-니켈 합금분말의 평균입도는 45㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 추가 니켈분말은 평균입도가 10㎛인 카르보닐 니켈분말인 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.
제9항에 있어서, 접점표면이 인발방향에 수직방향으로 감소된 단면적을 갖게 하기 위해서 상기 소결물질을 한 방향으로 인발하는 것을 특징으로 하는 은계 전기접점재료의 제조방법.