PT93194A - Processo para a fabricacao de materiais de ag-sno para contactos electricos - Google Patents

Description

Descrição referente a patente de invenção de Chugai DenKi Kogyo KabushiKi-Kaisha, japonesa, industrial e comercial, com sede em 17/12, Nihonbashi-Kayabacho 2--chome, Chuo-Ku, ToKyo, Japao, (inventores: Seiichi TaneKa, Teruo Hirata e Masaharu Yida, residentes no Japão), para "PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE MATERIAIS DE Ag-SnO PARA CONTACTOS ELÊCTRICOS" DESCRIÇÃO Fundamento da invenção A presente invenção refere-se a materiais para contactos eléctricos usados para os contactos eléc-tricos utilizados em aparelho eléctricos tais como interruptores, seccionadores, contactores e outros análogos.

Os materiais para contactos eléctricos a que se refere a presente invenção sao particularmente os que sao feitos de ligas de Ag-Sn, que sao fabricados fundindo Ag e Sn e oxidados internamente. Esses pertencem a uma categoria diferente dos que sao preparados misturando Ag e SnO em pó e fazendo a sua sinterização por processos da metalurgia dos pos.

Até aqui, as ligas de óxidos de Ag--Sn, nas quais a Ag é uma matriz e o Sn metal dissolvido na mesma, sao oxidadas internamente para obter óxidos de Sn, são largamente usadas como materiais para contactos eléctricos para aparelhos eléctricos dos tipos atrás mencionados.

Como material para contactos eléctricos

TF 1 semelhante sao conhecidos as ligas de oxidos de Ag-Cd, enquanto os materiais para contactos eléctricos feitos de ligas de óxidos de Ag-Sn sao usados mais extensivamente hoje com vista a evitar a poluição, dado que o Cd é nocivo para a saúde.

Porém, há um problema sério para a fabricaçao dos materiais de contacto eléctricos de ligas de Ag-SnO. Isto é, é impossível oxidar internamente de maneira completa uma quantidade total de Sn por oxigénio que penetra a partir do exterior da matriz de a8 e se difunde para o interior da matriz, se o referi do Sn for superior a cerca de 5%, em peso, da matriz de Ag. Ê um fenómeno comummente aceite pelos especialistas da matéria. E, por exemplo, está descrito na informação (registo Ns 1-11) publicada por DODUCO da Alemanha Ocidental em Abril de 1966 que nas ligas de Ág--Sn contendo mais de 5 % de Sn, este Sn nao pode ser oxidado por um processo de oxidaçao interna. Aponta-se aí o facto de que isso se deve à segregação de camadas de óxidos de

Sn que se formam inevitavelmente nas áreas de superfície exterior dessas ligas e retardam a penetração do oxigénio nas ligas para desenvolver a oxidaçao interna nas áreas interiores. Como atras se mencionou isso é pensado unanimemente pelos especialistas das indústrias dos materiais para contactos eléctricos.

Para resolver este problema, torna--se necessário, para obter êxito na oxidaçao interna, utilizar metais dissolvidos auxiliares que tenham velocidades de difusão maiores ou que sejam mais capazes de transportar oxigénio e levar este mais eficientemente para áreas interiores mais profundas das matrizes de Ag. T; ais metais dissolv idos auxilia- res sao tip icamente o In e o Bi « Na patente US 3 933 485 foi descrito um sistema de ligas de Sn-IN que s ao oxidadas internamente par a obter materiais mc idernos para contactos eléctricos e na qual se utiliza o In como metal dissolvido auxiliar para obt er êxito na oxidaça o i nterna . Tais materiais para contactos 2

eléctricos que, mais especificamente, sao constituídos por 5 a 10%, em peso de Sn, 1,0 a 6 %, em peso, de In e o restante de Ag, sao oxidados internamente. Sao uns dos mais excelentes materiais para contactos que se usaram industrialmente até hoje.

Contudo, mesmo quando o In, que pode desempenhar bem as funções de auxiliar a oxidação interna, como atras se explicou, é utilimado como metal dissolvido auxiliar, nao é fácil oxidar internamente mais de 5% de Sn, de maneira uniforme, em toda a matriz de Ag. Observa-se por vezes que os óxidos de Sn se segregam excessivamente nas áreas da superfície exterior da matriz de Ag, formando essa segregação crostas secundárias estanques ao ar, enquanto se produz uma camada de deplecçao de oxidos de Sn, em consequência disso, em áreas interiores da matriz de Ag.

Notou-se também que, como o InO e o BiO têm uma refractariedade comparativamente mais baixa e sao óxidos metálicos comparativamente fracos, esperou-se muito tempo para oxidar - internamente as ligas de Ag-Sn sem a utilização de In ou Bi, se possível. as ligas de Ag-Sn de Ag-Sn- -In e de me nores. A este r In ou 0 Bi como e in terna.

Deve também notar-se que, comparadas inárias, proporcionam-se ligas ternárias Ag-Sn-Bi, com condutividades eléctricas este respeito também, é preferível nao usar o

Sumário da invenção

Tendo em conta o exposto anteriormente, a presente invenção tem por objecto proporcionar materiais para contactos electricos completamente novos que são preparados por fusão, sao constituídos por 5 a 20 %, em peso, de Sn e o restante de Ag, apenas, e são oxidados internamente.

No que respeita à quantidade de Sn na presente invenção, o seu mínimo é 5%, em peso, para conferir aos materiais para contactos eléctricos obtidos a refrac- 3 «wSSSWsasieeêHals*'» KS!

toriedade eficiente, e o seu máximo é de 20 %, em peso porque se a quantidade de Sn for superior a 20 %, em peso, os materiais resultantes sao muito frágeis. Na presente invenção, embora seja característico que as ligas binárias de Ag, nas quais se adiciona apenas Sn e sao preparadas por fusão, sao oxidadas interamente, podem adicionar-se às referidas ligas binarias de Ag um ou mais elementos escolhidos dos elementos da família do ferro (Fe, Co e Ni). Tal adiçao não se faz para aceleraçao ou auxílio da oxidaçao interna, mas simplesmente para refinar ou diminuir as dimensões das estruturas cristalinas da liga resultante. Para atingir esse objectivo, adicionar-se-ao elementos da família do ferro em quantidades de 0,001 a 1 %, em peso. A presente invenção proporciona também um processo novo para a preparaçao dos materiais para contac-tos eléctricos novos atrás méncionados.

Isto e, descobriram os inventores da presente invenção, por meio de um grande número de experiências, que as ligas de Ag-Sn (5-20 %, em peso) que não era possível oxidar internamente, podem ser oxidadas internamente com êxito e completamente quando se estabelecer uma atmosfera de oxigénio para a oxidaçao interna, com uma pressão superior a 10 atmosferas. Este novo conhecimento e interpretação foram adquiridos pela primeira vez pelos inventores da presente invenção.

Verificou-se que na fabricaçao de materiais para contactos eléctricos por oxidaçao interna de ligas de Ag, as suas matrizes de Ag sao aquecidas de modo que se tornam activas para induzir a entrada nas mesmas de oxigénio do exterior. Uma temperatura de aquecimento para esse fim está normalmente na gama dos 500°C aos 750°C. A este respeito verificou-se também pelos inventores da presente invenção que enquando as ligas de Ag-Sn (5-20 %, em peso) podem ser oxidadas internamente numa atmosfera de oxigénio a mais de 10 atm, como se descobriu, a temperatura de aquecimento atrás referida deve de preferência ser comparativamente mais baixa, 4 dentro da gama de temperaturas indicada, quando a atmosfera de oxigénio é escolhida com uma pressão mais elevada. Isso porque se a atmosfera de oxigénio e a temperatura de aquecimento forem ambas elevadas, as matrizes tornam-se excessivamente activas e por conseguinte absorvem demasiado oxigénio, resultando daí uma velocidade de oxidaçao do Sn nas matrizes de Ag demasiado elevada e a produção de crostas secundárias nas áreas exteriores das matrizes de Ag por causa da segregação de óxidos de Sn em torno da mesma. Por outras palavras, quando a pressão da atmosfera de oxigénio for comparativamente baixa acima das 10 atm, a temperatura de aquecimento estará de preferência na gama entre 500°G e 750°C. Pelo contrário, e preferível que, quando a atmosfera de oxigénio estiver comparativamente elevada acima das 10 atm, a temperatura de aquecimento seja baixa, dentro da gama atrás referida para a temperatura de aquecimento para a oxidaçao interna.

Quando as ligas dos constituintes específicos atrás referidos forem oxidadas internamente de acordo com a presente invenção, é também preferível conduzir a oxidaçao interna em condiçoes tais que as ligas de Ag se mantenham numa fase sólida, sem qualquer fase líquida, visto que, se as ligas se tornarem líquidas, mesmo parcialmente, os óxidos metálicos precipitados deslocar-se iam por flutuaçao para a superfície das ligas, formando depois crostas secundárias em torno da mesma.

Tendo em conta o exposto anteriormente, quando a temperatura de aquecimento se deslocar para os valores mais baixos da gama de temperaturas atrás referidas ou for próxima dos 500°C, é melhor uma atmosfera de oxigénio com a pressão mais elevada. Mas, para evitar que as ligas se tornem líquidas, e por razões de segurança e de economia das operaçoes industriais e comerciais, a pressão máxima da atmosfera de oxigénio a utilizar de prefrência na presente invenção, sera até cerca de 200 atm. Por outras palavras, quando as ligas de AG-Sn (5-20%, em peso) feitas por fusão forem oxidadas internamente de acordo com a presente invenção, os valores inferior e superior, mínimo e máximo, da pressão 5

Formas de realizaçao preferidas A presente invenção é explicada de maneira mais concreta nos exemplos seguintes. (1) AG-Sn 6 %, em peso. (2) Ag-Sn 6 %, em peso,Ni 0,2%,em peso.

Fundiram-se os dois constituintes anteriores (1) e (2) e fizeram-se lingotes de 120 mm de diâmetro e 40 mm de comprimento. Os lingotes foram extrudidos a quente para obter barras quadradas de 30 mm de espessura e 50 mm de largura. Cortaram-se depois as barras em comprimentos de 500 mm cada uma, e apararam-se as suas superfícies superior e inferior numa espessura de 3 mm cada, para obter barras quadradas com 24 mm de espessura, 510 mm de largura e 500 mm de comprimento. A cada superfície inferior das barras quadradas ligou-se prata pura com 2,5 mm de espessura, foram depois laminadas por pressão, de modo que ficaram com a espessura de 1,2 mm. Puncionando-as com um punção com um furo de corte de 6 mm de diâmetro, obtiveram-se materiais de contacto em forma de disco revestidos por prata pura e com 6 mm de diâmetro e 1,2 mm de espessura.

Foram oxidados internamente aquecendo--os a 700°C durante 48 h numa atmosfera de oxigénio a 25 atm.

Observaram-se num microscópio cortes verticais dos materiais de contactos resultantes, verificando--se que nao se produziram crostas secundárias nas ou em torno das áreas da superfície dos materiais e que os constituintes de Sn estavam completamente oxidados. Verificou-se também que as partículas de oxidos de Sn eram extremamente finas e estavam precipitadas uniformemente nas suas matrizes de . Ag, independentemente dos limites dos grãos de prata ou das 6

taçoes de oxidos de Sn eram assim extremamente finas, tal como se tivessem sido preparadas pelos processos da metalurgia dos pós.

Para fazer uma comparação, preparou--se a seguinte liga (3): (3) Ag-Sn 6 %, em peso, In 1 %, em peso, Ni 0,2 %, em peso.

Os materiais de contactos feitos por oxidaçao interna da referida liga (3) sao conhecidos como um dos melhores contactos eléctricos hoje conhecidos, com características e eficiência de contacto extremamente excelentes.

Esta liga, que foi preparada por fusão, foi processada para obter materiais de contactos em forma de disco idênticos aos especificados para as ligas (1) e (2) anteriores.

Os contactos em forma de discos foram oxidados internamente aquecendo-os a 620°C durante 24 horas numa atmosfera de oxigénio normal a 1 atm.

Os contactos (3) resultantes foram observados num microscopio, de maneira análoga à dos contactos (1) e (2). Verificou-se que o Sn foi internamente oxidado completamente também nestes contactos, enquanto que se precipitaram em escamas ao longo dos limites dos graos de Ag e eram notavelmente mais grosseiros que os contactos (1) ô (2). A dureza (HRP) e a condutividade eléc-trica (IACS %) dos materiais de contactos anteriores oxidados internamente (1),(2) e (3) eram as seguintes:

Dureza Condutividade eléctrica (1) 78 72 (2) 80 70 (3) 95 55 7

Os tempos de soldadura, em ens anti-soldadura (conduzidos com uma tensão continua de V, com a corrente inicial (corrente de descarga de um cond sador eléctrico) de 700 A, pressão de contacto de 200 aios 240 en-g e 20 ciclos de ensaio) foram os seguintes: (D 0 (2) 0 (3) 0 determi-alternada de 400 g

As quantidades de nadas pelo processo de ensaio ASTM de 200 V, corrente de 50 A, pressão e força de libertação de 600 g) foram o (D 10 (2) 8 (3) 15 desgaste (mg) (com tensão de contacto s seguintes:

Como se descreveu e explicou atras em pormenor, a presente invenção pode proporcionar materiais para contactos eléctricos absolutamente novos, feitos de ligas de Ag-Sn (5-20 %, em peso) que foram preparadas por fusão e oxidaçao interna. Como facilmente se vê nos dados dos ensaios anteriores, os materiais para contactos eléctricos feitos de acordo com a presente invenção sao substancialmente ligas binárias de Ag-Sn dotadas com óxidos de Sn precipitados de maneira extremamente fina e uniforme na sua matriz de Ag e, por conseguinte, tendo propriedades de contacto excelentes, incluindo a sua melhor condutividade eléctrica. 8

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES lã _ Processo para a fabricaçao de materiais de Ag-SnO para contactos eléctricos, caracterizado por compreender as fases de oxidar internamente ligas de Ag-Sn (5-20%, em peso) que foram preparadas por fusão, aquecer as mesmas numa atmosfera de oxigénio a mais de 10 otm e numa condição na qual as referidas ligas sao mantidas sólidas de modo que nao contenham qualquer fase liquida. - 2a - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se adicionar às ligas um ou mais elementos escolhidos nos elementos da família do ferro (Fe, Co e Ni) numa quantidade de 0,001 a 1 %, em peso. - 3a - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a atmosfera de oxigénio estar 10 a 200 atm. - ¥ Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a temperatura de aquecimento ser 750 a 500°C. A requerente reivindica a prioridade do pedido japonês apresentado em 26 de Janeiro de 1990, sob o Ns.
2. 2-17514. Lisboa, 19 de Fevereiro de 1990. § MBE-13 ίοψ-Πϊ/Χ DL PEC

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