PL155605B1

PL155605B1 - Proszek srebrowo-niklowy oraz sposób wytwarzania proszku srebrowo -niklowego

Info

Publication number: PL155605B1
Application number: PL27045288A
Authority: PL
Inventors: Janusz Kosobudzki; Witold Olender; Zenon Horubala; Stanislaw Waclawek
Original assignee: Unitra Cemat Instytut Technolo
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1991-12-31
Also published as: PL270452A1

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

OPIS PATENTOWY

155 6C5

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nrZgłoszono: 88 02 04 /p. 270452/

Pierwszeństwo Zgłoszenie ogłoszono: 89 08 07

Opis patentowy opublikowano: 1992 03 31

Int. Cl.⁵ B22F 9/08 H01H 1/02

GZYTElHiA

OGÓŁU

Twórcy wynalazku: Janusz Kosobudzki, Witold Olender, Zenon Horułbła, Stanisław Wacławek

Uprawniony z patentu: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych UNITRA-CEMT, Warszawa /Polska/

PROSZEK SREBROW-NIKLOWY ORAZ SPOSÓB WYTWARZANIA PROSZKU SREBROWO -NttOOWEGO

Przedmiotem wyralazku Jest proszek srebrowo-niklowy stosowany między innymi do wytwarzania elementów stykowych i wyłączników instalacyjnych oraz sposób wytwarzania proszku srebrowo-niklowego.

Dotychczas znane były jedynie mieszaniny proszków srebra i niklu otrzymywanych głównie metodami elektroltyyzzyymi lub chemicznymi, które używane były do wytwrzania maeriałów na styki srebrowo-niklowe o zawartości niklu do 40% wu gowych. Mieszaniny proszków srebra i niklu używane do wytwarzania mtt^r^^a^ów stykowych opisane są w publikacji St. Stolarza, Maatrrały na styki elektryczne, WN, 1968 r., oraz w polskich opisach patentowych nr nr: 45263 i 120065.

agati-rały stykowe wywarzane z mieszanin proszków srebra i niklu poprzez ich prasowanie i spiekanie charakteryzują się niezbyt równomiernym rozłożeniem niklu w srebrze co pogarsza własności elektryczne i mer]hnicznr styków otrzymanych z tych matriałów.

Jak wynika z wykresu równowagi fazowej podanego w pai^ULke^c^^i St. Stolarza, ^Matera^ na styki elektryczne, WN, 1968 r., str. 171,' srebro i nikiel w stanie płynnym wykazują jedynie ograniczoną rozpuszczalność, zaś w stanie stałym nie wykazują wzajemnej rozpuszczalności. Uniemooliwia to uzyskanie znanymi metodami stopu srebrowo-niklowego o zawartości niklu do 50% wagowych. Z tego powodu do tej pory nie wytwarzano proszku srebrowoniklowego o zawartości niklu w ziarnach do 50% wagowych chociaż znane są metody otrzymywania proszku ^lu polegające na rozpylaniu stopionego metalu lub stopu strumieniem płynu pod wysokim ciśnieniem opisane między innymi w polskim opisie patentowym nr 81378.

Przedmiotem wyralazku jest proszek srebrowo-niklowy o zaw^ości niklu w ziarnach do

50% wagowych oraz sposób jego wytwaarania.

155 605

Ziarna proszku waelług wyrnlazku zawierają 5 - 50% wagowych niklu, 0 - 10% wagowych dodatków stopowych oraz resztę srebra do 100% wagow^h. Dodatkiem stopowym, który zawiera proszek wet ług wynalazku może być węgiel w ilości do 0,% wagowych oraz dodatkowo oprócz węgla fosfor w ilości do 1,% wagowego lub bor w ilości do 1% wagowego lub tytan w ilości do 0,% wagowego lub miedź w ilości do 9,% wagowych. Obecność wjgla w proszku według wynalazku w?lywa na polepszenie własności elektrycznych matriału stykowego otrzymywanego z proszku, natomiast fosfor, bor i tytan w.ążą tlen podczas topnienia srebra i niklu w procesie wytwarzania proszku oraz zmniejszają napięcie powierzchniowe rozpylanych kropelek stopionego meealu powodując możliwość uzyskania mmnejszych kropelek a tym samym powstających z nich mnńejszych ziaren proszku. Dodatek mirelzi ułatwia natomiast związanie niklu ze srebrem w stanie ciekłym.

Proszek wsdług wymlazku pozwala uzyskać bardziej równomierne rozłożenie niklu w srebrze w matei^le stykowym otrzymywaiym z tego proszku na drodze prasowania i spiekania co w rezultacie poprawia znacznie własności elektryczne i yyclnιmczne styków. Zastosowanie proszku srebrowo-niklowego do wytwarzania maeriałów stykowych znacznie skraca proces gdyż eliminuje długotrwałe mieszanie proszków srebra i niklu, które było konieczne w dotychczasowych procesach otrzmaywania maaeriałów stykowych z meszanin proszków srebra i niklu. Proszek według wymlazku nie wylkzuje tendencji do zbrylania, charakterystycznej dla plastycznych ziarenek proszku srebrowego, co ziaczm.j poprawia prasowalność proszku.

Proszek srebrowo-niklowy wełług wymlazku charakteryzuje się znacznie mnejszą zawartością zanieczyszczeń np. tlenu związanego w postaci tlnrków i zaabsorbowanego w porach wynoszącą mksyymanie 0,1% wagowego w porównaruu z zawaarością tlenu w proszkach srebra lub niklu otrzymywanych dotychczasowymi metodami wy>n^oszą do 1% wagowego. tońejsza zawartość tlenu w proszku powoduje zmiejszem.e w znacznym stopniu naprężeń występujących podczas prasowania proszku oraz skraca czas jego spiekania, gdyż nie mi potrzeby prowadzenia długotrwałego odgazowywania proszku w procesie wytwj^a^^i^nia maeriału stykowego. Zmmiejszenie zawsriości tlenu w proszku poprawia również znacznie własności eksploatacyjne otrzymywanych z niego styków.

Wytwsaizrnj proszku srebrowo-niklowego mooliwe jest dzięki zastosowaniu sposobu według wynlazku.

Sposób wywarzania proszku srebrowo-niklowego według wynalazku metodą rozpylania stopionego meealu strumieniem płynu pod zwiększonym ciśnienimm, polega na tym, że srebro umieszczone w tyglu ceramicznym lub ceramiczno-graftowym w przypadku gdy chcemy aby proszek zawierał wgi^el, topi się w piecu indukcyjnym w atmosferze gazu ochronnego np. azotu a następnie przegrzewa do temperatury około 1573K i dodaje się w odpowiednich proporcjach, korzystnie porcjami nikiel z ewentualnymi dodatkami stopowymi podnosząc temperaturę w piecu do 1823K i jednocześnie przez cały czas od moimntu stopienia srebra intensywnie mieszając indukcyjnie przy pomocy pieca 20-40 kW i częstotliwości 3000 Hz. Następnie zawartość tygla przelewa się do tygla prze^^wego podgrzewanego do temperatury 1073 do 1273K, z którego ciecz wypływa grawitacyjnie przez rurkę wylewową o średnicy od 7 do 15 mm a wypływjącą strugę mmtalu rozpyla się strumieniami gazu obojętnego pod ciśnienem od 0,3 do 1,2 IMa, doprowadzanego przez dysze, po czym ochładza się gazem obojętnym. Otrzymane ziarna proszku srebrowo-niklowego frakcjonuje się.

Odmiana sposobu według wynlazku polega na tym, że krople metalu otrzymane na skutek rozpylenia strugi mmtalu strumieniami gazu obojętnego pod ciśnienim ochładza się w kąpieli, korzystnie wodnej, a otrzymany proszek po oddzieleniu od wody suszy się w atmosferze gazu obojętnego w temperaturze korzystnie 363K a następnie frakcjonuje się.

Stapiając srebro i nikiel w piecu indukcyjnym w odpowiednio wysokiej temperaturze oraz stosując intensywne mieszanie indukcyjne, wytwarza się zawiesinę kropelek niklu w srebrze.

Zawiesinę tę utrzymuje się stosując odpowiednio wysoką temperaturę, tak aby nie nastąpiło

155 605 rozwrstwienie niklu i srebra podczas operacji przeliwania cieczy do tygla przelewowego i wypływu z niego cieczy e postaci strugi. Krople metalu otrzymane przez szybkie rozbicie strumieniami sprężonego gazu strugi cieczy stanowiącej zawiesinę kropelek niklu w srebrze zachowują strukturę Strugi cieczy i zawierają w swoim składzie zarówno srebro jak i nikiel. Szybkie ochłodzenie kropelek cieczy powoduje ich krzepnięcie i powstawanie w rezultacie ziarenek proszku zawierających zarówno srebro jak i nikiel w ilości do 50% wagowych.

Przykład I. Proszek srebrowo-niklowy, którego ziarna zawierają średnio: 9,% ^g. niklu, 0,0% wag. wgla i 89,(5% wig. srebra.

Proszek srebrowo-niklowy o powyższym składzie otrzymano w następujący sposób: W tyglu ceran^ie^^n^-gra^iowy^m zamontowanym w piecu indukcyjnym umieszczono 2100 g srebra Ag-0 w kawałkach i podgrzano w atmooferze azotu do temperatury topnienia srebra - 1233K a po stopieniu srebra przegrzano do temperatury 1573K. Następnie dodano do tygla porcjami nikiel katodowy w i-lości 233 g, podnosząc temperaturę do około 1823K. Jednocześnie od momentu stopienia srebra zawartość tygla intensywnie mieszano indukcyjnie przy częstotliwości 3000 Hz i zadanej mcy pieca 40 kW, po czym zawrtość tygla przelano do tygla przelewowego podgrzanego do temperatury 1O73K, z którego ciecz wypływiła grawitacyjnie przez grafitową rurkę przelewową o średnicy 7 mm. Uformowaną strugę metalu rozpylano strumieniami azotu pod ciśmieniem 0,7 Ma, dopro^dzanego przez 6 dysz ustawionych pod kątem do strugi rmealu. Rozpylone krople mmealu na skutek giwłtowiej utraty ciepła krzepły tworząc ziarerka proszku, które następnie opadały grawitacyjnie do pojemnika umieszczonego pod komorą rozpylania, gdzie je chłodzono azotem przez około 15 mimit. Otrzymany proszek przesiewano na przesiewaczu wibracyjny przez sita 75, 120, 200, 300 i 500 /um. W rezmtacie otrzymano proszek o następującym rozkładzie ziarnistości:

	<	75	Aira -	• 12,4%	obj.
75	-	120	pm -	- 15,49%	obj.
120	-	200	/um -	30,9%	obj.
200	-	300	yum -	- 23.1¹%	obj.
300	-	500	yum -	• 11,3%	obj.
	>	500	yum -	• 6,(0%	obj.

Sypkość proszku mierzona wg PN - 82/h - 04935 przy otworze wysypowym d 5 mm wywoiła 17,86.

Am»aiza chemiczna ot^i^ź^^nanego proszku wrkaazła, że średni skład proszku jest następujący: nikiel - 9,7 wag., wę^ii^.1 - 0,0% wa., srebro - 89,8% wg. oraz tlen /związany w tlenkach oraz zaabsorbowany w porach/ - 0,07% wag. i reszta - inne zanieczyszczenia.

Otrzymany proszek obserwowano na m.kroskopie skaningowym oraz poddano go próbom mgnetycznym. Zarówno z analizy zdjęć Jak i wykonanych prób ίmaiieycziych wyru-ka, że wszystkie ziarna proszku zawierają nikiel i srebro.

Przykład II. Proszek srebrowo-niklowy, którego ziarna zawierają średnio:

20,% waggniklu, 0,1% wag. wgla i 78,35% wagowych srebra.

Proszek srebrowo-niklowy o powyższym składzie otrzymano w następujący sposób: W tyglu ceramiczno-graftOewye zamontowanym w piecu indukcyjnym umieszczono 1710g srebra Ag-0 w kawałkach i podgrzano w atmosferze azotu do temperatury topnienia srebra - 1233K a po stopieniu srebra przegrzano do temperatury 1573K. Następnie dodano do tygla porcjami nikiel katodowy w ilości 435g, podnosząc temperaturę do około 1823K. Jednocześnie od moimntu stopienia srebra zawirtość tygla intensywnie mieszano indukcyjnie przy częstotliwości 3000 Hz i zadanej mocy pieca 40 kW, po czym zieiin;ość tygla przelano do tygla przele^ooeego podgrzanego do temperatury 1173K, z którego ciecz wypływ ła grawitacyjnie przez grafitową rurkę przelwwową o średnicy 7 mm. Uformowaną strugę mt^aiu rozpylano strumieniami azotu pod ciśnieniem 0,7 MPa, doprowadzanego przez 6 dysz ustawionych pod kątem do strugi meealu. Rozpylone krople ..ZbIu spadały do dolnej ca^^ci kom^i-y rozpylania ^Pełnionej wodą gdzie ulegały dal^iozmiu schłodzeniu. Otrzymane na skutek krzepnięcia ziarerka proszku po oddzieleniu

155 605 od wody suszono w temperaturze 363K. Suchy proszek przesiewano przez sita 75 /um, 200 yum, i 500 μη. W rezultacie otrzymano proszek o następującym rozkładzie ziarnistości!

< 75 yum - 23,% obj.

- 200 jum - 50,6% obj.

200 - 500 yum - 24,% obj.

> 500 /um - 1,% obj.

Sypkość proszku mierzona wg PN - 82/H-O4935 przy otworze wyaypowym 6 5 mm wrnosła 14,9.

Analiza chemiczna otrzymanego proszku w^zała, że średni skład proszku jest następujący: nikiel - 20,% wg., wggel - 0,1% wg., srebro - 78,(3% wg. oraz tlen - 0,1% wg. i reszta - inne zanieczyszczenia.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Proszek srebrowo-niklowy, znamienny tym, że ziarna Jego zawierają

5 - 50% wgowych niklu, 0 - 1% wgowych dodatków stopowych oraz resztę srebra do 10% wgowch.
2. Proszek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera jkko dostatek stopowy węggel w ilości do 0,% wjjowego.
3. Proszek według zastrz. 2, znamienny tmm, że zawiera dodatek stopowy dodatkowo fosfor w ilości do 1,% wgowego i miedź w ilości do 8% wgowrch·
4. Proszek wdług zastrz. 2, znamię n n y t y m. że zawiera jako dodatek sto- powy dodatkowo bor w ilości do 1% wgowgo.
5. Proszek według zastrz. 2, znamię n n y t y m, że zawiera Jako dodatek sto- powy dodatkowo tytan w ilości do 0,% wgowgo.
6. Proszek według zastrz. 2, znamię n n y t y m, że zażera Jako dodatek sto- powy dodatkowo miedź w ilości do 9,% wgowrch.
7. Sposób wywarzania proszku srebrowo-niklowego metodą rozpylania stopionego metalu strumieniem płynu pod zwiększonym ciśnieniem, znamienny tym, że srebro umieszczone w tyglu ceramicznym lub cer^am^czno-g^a^j^^^^m topi się w piecu indukcyjnym w atmoferze gazu ochronnego, a następnie przegrzewa się do temperatury około 1573 K, intensywnie mie szając przy mocy pieca 20 - 40 kW i częstotliwości 3000 Hz i doda Je się w od^^ediU-ch proporcjach, korzystnie porcjami, nikiel, ewentiułlrn.e z dodatkami stopowymi, podnosząc temperaturę w piecu do 1823K po czym zrw!ιrttść tygla przel<wa się do tygla przelewowego podgrzanego do temperatury 1073 - 1273 K, z którego ciecz wymywa grawitacyjnie poprzez rurkę wylewową a wypływjącą strugę mitalu rozpyla się strumieniami gazu obojętnego pod ciśnieniem od 0,3 do 1,2 Ma po czym schładza się gazem obojętnym a otrzymany proszek frakcjonuje się.
8. Sposób wrtwrzania proszku srebrowo-niklowego metodą rozpylania stopionego metalu strumieniem płynu pod zwiększonym ciśnieniem, znamienny tym, że srebro uimeszczone w tyglu ceramicznym lub ctrriiczto-grrfitewyi topi się w piecu indukcyjnym w rze gazu ochronnego a następnie przegrzewa się do temperatury około 1573K, intensywnie mieszając przy mocy pieca 20 - 40 kW i częstotliwości 3000 Hz i dodaje się w odpowiednich proporcjach, korzystnie porcjami, nikiel, ewen^al-nie z dodatkami stopowymi, podnosząc temperaturę w piecu do 1573 - 1823K po czym zawrtość tygla przelewa się do tygla przelwt>wtgo podgrzewanego do temperatury 1073 - 1273K, z którego ciecz wypływa grawitacyjnie poprzez rurkę wrlteteą a wypływającą strugę metalu rozpyla się strumieniami gazu obojętnego pod ciśtientim od 0,3 do 1,2 MPa po czym schładza się w kąpieli, korzystnie wdnej, a otrzymany proszek po oddzieleniu od wody suszy się w temperaturze korzystnie 363K i frakcjonuje.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.