SE446991B - Material for elektriska kontakter samt forfarande for dess framstellning - Google Patents

Description

446 991 2 har ett dylikt kontaktmaterial lägre densitet än ett bulkmaterial, vilket medför att de mekaniska egenskaperna är dåliga och att det är svårt att tillverka filmer av materialet.

Om man använder silverkontakter i en krets där urladdníngar äger rum vid kontaktslutningen, erhålles dessutom anoderosion med djupa gropar. * Enligt föreliggande uppfinning elimineras de nackdelar som ovan har angivits för de kända kontaktmaterialen.

Det är ett huvudändamål med föreliggande uppfinning att åstad- komma ett material för elektriska kontakter, vilket material har god motståndskraft mot vidhäftning, låg kontaktresistans, god erosionsbeständighet, god korrosionsbeständighet och god motstånds- kraft mot sammansvetsning. Ett annat ändamål är att åstadkomma ett förfarande för framställning av ett dylikt kontaktmaterial. Ytter- ligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett kontakt- material, vilket möjliggör framställning av små elektriska ström- ställare, vilka är billiga att framställa, har lång livslängd och god driftsäkerhet. Andra ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning framgår av den följande detaljerade beskrivningen av uppfinningen.

Nedan definieras ett antal termer som användes i föreliggande beskrivning.' _ _ Motståndskraften mot vidhäftning representeras av vidhäft- ningskoefficienten (separationskraft/kontaktkraft) i ett ultrahögt 'vakuum av 5 x 10 ' 10 Torr efter det att kontakten har bombarderats med argonjoner och rengjorts på ytan. Med "kontaktkraft" avses den kraft som erfordras för att bringa kontaktorerna i kontakt med varandra. Med "separationskraft“ avses den kraft som erfordras för att separera kontaktorer som är i kontakt med varandra.

Med "kontaktresistans“ avses kontaktresistansen efter det att kontaktmaterialet har monterats på ett trådfjädersrelä och under- kastats två miljoner kontaktrörelser utan belastning i atmosfären.

Erosionsbeständigheten representeras av erosionsdjupet i kontaktorerna efter det att kontakten har monterats på ett tråd- fjädersrelä och kontaktorerna har fått arbeta etthundratusen gånger, varvid urladdningar har framkallats, när kontaktorerna är slutna, med hjälp av en RC-urladdningskrets (R = 201ï och C = 0,22)iE under en pålagd spänning av 48 V. i Korrosionsbeständigheten representeras av kontaktresistansen när kontaktmaterialet har behandlats under tre timmar vid rums- 446 991 s. -temperatur i konstgjord luft med en fuktighet av 90 % och inne- hållande 10 ppm H23, varpå kontaktresistansen mätes vid en kontakt- kraft av 5 p med användning av en halvsfärisk guldnit med en radie av 0,5 mm. Alternativt behandlas kontaktmaterialet under 78 timmar 1 rumstemperatur i konstgjord luft med en fuktighet av 90 % och innehållande 10 ppm S02, varefter kontaktresistansen mätes vid ett kontakttryck av'5 p.

Med motstândskraften mot sammansvetsning avses kontaktorernas förmåga att motstå sammansvetsning under 10” kontaktoperationer, när en elektrisk ström (30 V; 30 A) ledes genom kontakten.

Enligt föreliggande uppfinning erhålles ett material för elektriska kontakter genom inre oxidation av en eutektisk silverlegering inne- hållande minst ett av elementen kísel och germanium i en total lösnings- kcncentration av l till 17 atomprocent, varvid resten utgöres av silver.

Enligt uppfinningen erhålles dessutom ett material för elektriska kontakter genom inre oxidation av en eutektisk silver- legering innehållande minst ett av elementen kísel och germanium i en total lösningskoncentration av l till 17 atomprocent och dessutom, Sagem första tilhmtselcmcnt, 1-10 atomprocent av minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och Ir, varvid resten utgöres av silver.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen erhålles ett material för elektriska kontakter_genom inre oxidation av en -eutektisk silverlegering innehållande minst ett av elementen Si och Ge i en total lösningskoncentration av l till 17 atomprocent och dessutom, såsom andra tillsatselement; l-5 atomprocent av minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re, varvid resten utgöres av silver.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen åstad- kommes ett material för elektriska kontakter genom att man till silver sätter minst ett av elementen Si och Ge i en total lösnings- koncentration av l-17 atomprocent, ett första tillsatßelêment bestående av minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och Ir i en mängd av 1-10 atomprocent, och ett andra tillsatselement be- stående av minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re i en mängd av l-5 atomprocent.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen âstadkommes ett material för elektriska kontakter genom att man till silver sätter minst ett av elementen Si och Ge i en total lösningskoncentra- tion av l-17 atomprocent och dessutom ett tredje tillsatselement 446 99-1 H bestående av minst ett av elementen Fe, Co, Ni och Cu i en mängd av 1-5 atomprocent.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen erhålles ett material för elektriska kontakter genom oxidation av en eutektisk silverlegering innehållande minst ett av elementen Si och Ge i en total lösningskoncentration av 1-17 atomprocent, ett första tillsats- element bestående av_minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Bh, Ru, Os och Ir i en mängd av l-10 atomprocent, och ett tredje tillsats- element bestående av minst ett av elementen Fe, Co, Ni och Cu i en mängd av l-5 atomprocent, varvid resten utgöres av silver.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken figur 1 i diagramform visar mot- ständskraften mot vidhäftning hos ett material enligt föreliggande uppfinning i jämförelse med två konventionella material; figur 2 schematiskt visar den metallografiska strukturen hos ett material enligt föreliggande uppfinning och en silver-kadmiumoxid- legering; figur 3 är ett diagram över vidhäftningskoefficienten som funktion av kiselkoncentrationen; figur 4 är ett diagram över kontakt- resistansen som funktion av kiselkoncentrationeng figur 5 är ett diagram som visar anoderosionen på grund av bågurladdningar som funktion av germaniumkoncentrationen; figur 6 är ett diagram som illustrerar korrosionsbeständigheten av ett material enligt upp- finningen under olika betingelser.

I figur 1 visar kurvan A vidhäftningskoefficienten för ett kontaktmaterial enligt föreliggande uppfinning, kurvan B visar vid- häftningskoefficienten för en legering av silver och 7,8 atomprocent kisel och kurvan C visar vidhäftningskoefficienten för ett kontakt- material bestående av palladium.

Vidhäftningskoefficienten för kontaktmaterialet enligt upp- finningen är 0,25 även vid en ren yta i ett ultrahögt vakuum, som är de allvarligaste betingelserna för bedömning av motståndskraften mot vidhäftning. Vidhäftningskoefficienten är 1/8 av värdet för de andra proven,vilka icke är internt oxiderade. Om vidhäftnings- koefficienten icke är mindre än 0,5 i en förseglad strömställare, föreligger vanligen en risk för vidhäftningsproblem. Under det att vidhäftningskoefficienten för en icke internt oxiderad legering av silver och 8 atomprocent kisel samt för palladium, som har använts i praktiken såsom kommunikationsmaterial under många år, är mindre än 0,5 endast när en bestämd mängd syre är närvarande, så uppvisar 446 991 5 kontaktmaterialet enligt föreliggande uppfinning en mycket stor motståndskraft mot vidhäftning även om inget syre är närvarande.

I figur 2 visas schematiskt den metallografiska strukturen för ett kontaktmaterial enligt föreliggande uppfinning och för ett känt material bestående av en internt oxiderad legering av silver plus 12 atomprocent kadmium. Cirklarna betecknar partiklar av löst grundämne,_och punkterna betecknar oxidpartiklar. I den internt oxiderade legeringen av silver och 12 atomprocent kadmiumoxid är kadmiumet icke utfällt före den inre oxidationen (se fig 2 A), eftersom kadmiumet ingår i alfa-fasen, men efter den inre oxidationen är kadmiumet dispergerat i gradvis grövre dispersionsgrad i riktning från provets yta mot den centrala delen (se fig 2 A').

Efter behandling i atmosfären vid 800° C under 60 minuter hade det internt oxiderade skiktet en tjocklek av endast ca 12yH1. När det gäller kontaktmaterialet enligt uppfinningen är däremot kislet likformigt finfördelat i silvret redan före den inre oxidationen (se fig 2 B), och denna likformiga fördelning förändras endast .obetydligt efter den inre oxidationen,eftersom endast kisel oxideras i partiklarnas ytskikt (se fig 2 B').

Om kiselhalten är mindre än 1 atomprocent, är både kontakt- resistansen och vidhäftningskoefficienten i huvudsak lika med värdena för rent silver, och kiseltillsättningen medför ingen effekt.

Om kiselhalten är högre än 17 atomprocent, är det svårt att under~ kasta kontaktmaterialet valsning eller dragning. Kiselhalten bör därför vara mellan l och l7 atomprocent.

I figurerna 3 och 4 visas vidhäftníngskoefficienten respektive kontaktresistansen som funktion av kiselkoncentrationen i ett kontaktmaterial enligt uppfinningen. Kiselkoncentrationen skall enligt uppfinningen vara mellan l och 17 atomprocent, eftersom även varmbearbetning är svår att genomföra vid en kiselkoncentration högre än 17 atomprocent, och de ursprungliga kiselkristallerna blir vid koaguleringstillfället så stora att de är svåra att dispergera fint och likformigt.

Figur 5 illustrerar erosionsbeständigheten. Framställning av de använda provstyckena beskrivs närmare i exempel 5 nedan.

Figur 6 illustrerarkorrosionsbeständigheten hos kontakt- materialet enligtföreliggande uppfinning, varvid korrosionsförsöken har genomförts med användning av vätesulfid (H28). Vid tillsättning' av guld förbättras korrosionsbeständigheten avsevärt utan försämring 446 991 i 6 av motständskraften mot vidhäftning, kontaktresistansen och erosionsbeständigheten. Vid en guldtillsats mindre än 1 atomprocent erhölls emellertid ingen effekt av guldtillsättningen.

Ett kontaktmaterial erhållet genom att man till silver har Q satt l till 17 atomprocent av minst ett av elementen Ge och Si och såsom första tillsatselement 1-10 atomprocent av minst l av elementen Au, Pd, Pt, Rh, Ru, Os och Ir och därefter internt har oxiderat materialet vid en temperatur mellan 25000 och den eutektiska temperaturen uppvisar en anmärkningsvärd korrosions- beständighet även mot en sä korrosiv gas som H25, och detta material har därför den fördelen att det kan användas såsom kontakt- material i anläggningar för elektriska kommunikationer i atmos- fären. Koncentrationen av tillsatselementet skall vara mellan 1 och 10 atomprocent av minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Bh, Ru, Os och Ir. Om koncentrationen är mindre än l atomprocent, erhålles ingen effekt på,korrosionsbeständigheten. Om koncentrationen är högre än 10 atomprocent, erhålles ingen inre oxidationseffekt och ingen .effekt på motståndskraften mot vidhäftning, eftersom vidhäftnings- koefficienten är densamma som för en ren metall.

Vid användning av kontaktmaterial för medelhöga strömmar ledes en ström av mellan 1 och flera tiotals ampere genom kontakt- materialen, och kontaktmaterialen öppnas och slutes ofta under det att strömmen ledes därigenom. Detta framkallar bâgurladdningar, och problem med sammansvetsning inträffar ofta. Ett kontaktmaterial för medelhöga strömmar med god motståndskraft mot sammansvëïsflíflë kan enligt uppfinningen framställas genom att kisel eller germanium finfördelas och underkastas inre oxidation i en euktektisk silver- legering innehållande minst ett av elementen kisel och germanium i en total lösningskoncentration av l - 17 atomprocent samt 1-5 atomprocent-av minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re. _ När minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re, lsom är metaller med hög smältpunkt, tillsättes såsom andra tillsats- element; höjes smältpunkten för en eutektisk silverlegering inne- hållande 1 till 17 atomprocent av minst ett av elementen kisel och j: :germanium och_för en eutektiskt silverlegering innehållande 1-10 atomprocent av ett första tillsatselement bestående av minst ett av elementen Au, Pt, Pa, Rh, Ru, os och Ir. Denna Smältpurlktßhöánins 446 991 7 medför en förbättring av motståndskraften mot sammansvetsning.

Tillsättningen av minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re är begränsad till l-5 atomprocent. Om halten är lägre än l atomprocent, erhålles nämligen ingen förbättring av motståndskraften mot sammansvetsning, och om halten är högre än 5 atomprocent, bildas oxider av Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W eller Re på ytan vid behandlingen för inre oxidering, varvid kontaktresi- stansen ökar.

Ett kontaktmaterial, vilket är framställt genom inre oxida- tion av en eutektisk silverlegering innehållande minst ett av elementen kisel och germanium i en total lösningskoncentration av l-17 atomprocent eller en eutektisk silverlegering innehållande l-10 atomprocent av minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Bh, Ru, Os och Ir såsom första tillsatselement, uppvisar låg erosion, nämligen endast hälften till 1/5 av erosionen hos konventionella kontakt- material. Kontaktmaterialet enligt uppfinningen har sålunda en~ god erosionsbeständighet. Om kiselkoncentrationen är så låg som l-7 atomprocent, minskas erosionen emellertid endast till hälften, och även om kiselkoncentrationen är så hög som 7-17 atomprocent, erhålles ingen fullständigt jämn erosion i vissa fall. Kontakt- material för elektriska kommunikationer har vanligen använts i form av en tunn beläggning på ett basmaterial bestående av en järnlegering, och kontaktmaterialets tjocklek bestämmes med hänsyn till det erosionsdjup som erhållits i det speciella be- läggningsskiktet. Om kontaktmaterialet uppvisar en jämn erosion, kan kontaktmaterialets tjocklek minskas, varigenom kontakterna blir mera ekonomiska. För ytterligare förbättring av erosions- beständigheten kan kontaktmaterialet enligt uppfinningen innehålla 1-5 atomprocent av minst ett av elementen Fe, Co, Ni och Cu.

Efter inre oxidation uppvisar ett dylikt material fördelaktiga kontaktegenskaper.

Den tillsatta mängden av minst ett av elementen Fe, Co, Ni och Cu är begränsad till l-5 atomprocent. Om halten därav är mindre än 1 atomprocent,erhålles nämligen ingen förbättring av erosions- beständigheten, och om halten är högre än 5 atomprocent, bildas oxider av Fe, Co, Ni och Cu vid behandlingen för inre oxidation, varigenom kontaktresistansen ökar. 446 991 i 8 Den övre gränsen för den internt oxiderande temperaturen när den eutektiska temperaturen 8HO°C för Ag-Si-legeringen, när Si sättes till Ag¿ är den eutektiska temperaturen 65100 för Ag-Ge~legeringen, när Ge sättes till Ag,och är den eutektiska temperaturen 8Ä0°C för Ag-Si-legeringen, när Si och Ge sättes till Ag. Den praktiska undre gränsen är 25000, eftersom en mycket lång tid erfordras för den inre oxidationen vid lägre temperaturer. I ' Uppfinningen illustreras genom följande exempel.

Exempel l. Ett göt med en diameter 15 mm och en längd av 50 mm, framställt genom tillsättning av-7,3 atomprocent kisel till silver och upplåsning i'en argongasström, kyldes med vatten och underkastades flera gånger en glödningVíd500°C under 20 minuter i vakuum och en dragning med en bearbetningsgrad av 70 % så att diametern blev 3 mm. Provet underkastades därefter inre oxidation vid 800°C under 60 minuter i atmosfären till bildning av ett kontaktmaterial enligt föreliggande uppfinning. I detta material var kislet likformigt fördelat i silvret och utgjordes av granuler med en maximal diameter av Zpm och en genomsnittlig diameter av 0,5 put Kurvan A i figur l visar vidhäftningskoefficienten för *det sålunda erhållna kontaktmaterialet enligt uppfinningen. Detta material; vilket är internt oxiderat och utgöres av silver inne- hållande 7,5 atomprocent kisel, uppvisar en utmärkt motståndskraft mot vidhäftning även i frånvaro av syre i motsats till ett kontakt- material, vilket utgöres av en icke internt oxiderad legering av silver plus 7,8 atomprocent kisel.

Exempel 2. Pâ samma sätt som i exempel l sattes l-17 atomprocent kisel till silver. Man framställde prover i form av ett band med en tjocklek av 0,2 mm, och dessa prover underkastades inre oxidation vid HOOÛC under 30 minuter i atmosfären till bildning av kontaktmaterial enligt uppfinningen. Till och med vid de i detta exempel använda oxidationsbetingelserna (400°C under 30 minuter) var den inre oxidationshastigheten så hög att hela provet med tjockleken 0,2 mm undergick inre oxidation.

Det sålunda erhållna materialets vidhäftningskoefficíent ock kontaktresistans visas grafiskt i figurerna 3 respektive U.

Av försöksresultaten framgår, att kontaktmaterialet enligt upp- finningen har mycket bättre vidhäftningskoefficient och kontakt- resistans än rent silver. 446 991 9 Exempel 3. Ett göt med en diameter 15 mm och en längd av 50 mm, framställt genom tillsättning av 5 atomprocent kisel och 5 atomprocent germanium till silver och upplösning av dessa element i en argonbågsugn, underkastades flera gånger en glödning vid 80000 under 20 minuter i vakuum och en valsning vid en be- arbotningsgrad av 50 % till bildning av en platta med en tjocklek av 0,2 mm. Denna platta underkastades därefter inre oxidation vid 50000 under 50 minuter i ren syrgas med trycket l atmosfär, varvid man erhöll ett kontaktmaterial enligt uppfinningen. Detta material hade en vidhäftningskoefficient av 0,2 , och motstånds- kraften mot vidhäftning var sålunda 50 % bättre än för ett material framställt genom tillsättning av endast 5 atomprocent kisel till silver och efterföljande inre oxidation. Materialets kontaktresistans var lägre än 80 mil , och materialet uppvisade fördelaktiga egenskaper.

Exempel Ä. Sex göt med en diameter av 20 mm och en längd av 500mm men med olika sammansättning (se nedanfltående têbell 1) frtunställaès genom att man vid 1.2oo°c satte io till 17 atomprocent kisel till silver. Varje göt underkastades ytslipning, bearbetades därefter till ett kvadratiskt tvärsnitt med sidan H mm med hjälp av spårförsedda valsar vid en temperatur av ca 60000 och varm- valsades sedan vid ca 60000 till plåtar med en tjocklek av 1 mm. šenom kallvalsning bearbetades dessa plåtar till ark med tjock- leken 150 Pm. Dessa ark underkastades inre oxidation vid 80000 under l timme i atmosfären, varefter provernas erosinnsbeständighet mättes. _ Resultaten av dessa mätningar är sammanställda i nedan- stående tabell l. Av försöksresultaten framgår, att kontaktmateria- len enligt uppfinningen har dubbelt så bra erosionsbeständighet som de konventionella materialen. 446 9921 10 Tabell l I , , I \ ,| * Legering i Erosions-ï ! a 1 djup (pm) ._ _ , “konventionella s 5 Ag ' 80 1 20 ímaterial ' Ag - 60 % Pd å 40 1 15 f :Internt oxiderad legering i 25 f 10 2 §Ag - 10,0 at.% Si i .=_ _ q .§_ Internt oxiderad legering 10 j 5 “ Ag - 12,0 at.% Si Å šMaterial enligt Internt oxiderad legering 10 1 5 å lföreliggande Ag - 15,0 at.% Si É :uppfinning ' ¿ ' »Internt oxiderad legering I 10 1 5 ' Ag - 17,0 at.% si Exempel 5. Ett göt med en diameter av 20 mm och en längd av 300 mm framställdes genom att l0~l7 atomprocent germanium sattes till silver vid l,l00°C. Götet underkastades _ytslipning, bearbetades till ett kvadratiskt tvärsnitt med sidan Ä mm med hjälp av spârförsedda valsar vid 30000, varmvalsades vid ca 30000 till en plåt med tjockleken 2 mm och kallvalsades slutligen till ett 5 ark med tjockleken 150 pm. Detta ark underkastades inre oxidation vid 60000 under 2 timmar i atmosfären, varefter erosionsbeständig- heten mättes. De erhållna resultaten visas i diagramform i figur 5. _ Elektriska kontakter tillverkade av det sålunda framställda kontaktmaterialet uppvisade en stabil kontaktresistans av mindre än 50 mik och en god motståndskraft mot vidhäftning, nämligen en vidhäftningskoefficient av ca 0,3.

Exemgel 6, Ett göt med en diameter av 20 mm och en längd av 300 mm framställdes genom att man till silver satte sådana mängder av kisel och germanium som anges i nedanstående tabell 2 vid en temperatur av l.200°C. Varje göt underkastades ytslipning, bear- betades vid ena änden så att det blev koniskt med en spetsvinkel av 60 grader, glödgades vid 700°C under en timme, varmsprutades vid ett tryck av 3.000 atmosfärer och bearbetades slutligen till en tråd med diametern H mm. Denna tråd glödgades ytterligare vid 60000 446 991 ll under 30 minuter och kallbearbetades därefter till ett ark med tjockleken 150 mm. På samma sätt som i exempel 1 underkastades detta ark inre oxidation. Efter montering på ett trâdfjäderrelä mättes erosionen. De erhållna resultaten är sammanställda i tabell 2.

Tabell 2 !Si-tillsats Ge-tillsats -Erosionsdjup- Kontaktršsístans Vidhäft-! , (at'%) (at1%) gun) 5 äššâinëgr och g Eà:%Éí“ Q ; % slutningar (mxm) É cient 1 , ' | , Z 0,5 0,5 6051 20 30 0,3 I. f 1,0 š o 50 i 20 i 30 i 0,3 i 0 É 1,0 55 :f 20 05 ! 0,5 i ; 7,0 É 7,0 10, 5 z 30 å 0,15 , 17,0 0 10 i 5 30 0,1 0 ï 17,0 10 3 5 35 _ï 0,1 i 8,5 8,5 10 i 5 35 0,1 i Av försöksresultaten framgår, att_elektriska kontakter framställda genom tillsättning av mera än 10 och upp till 17 at0m- procent av elementen kisel och germanium uppvisade ett erosionsdjup av ca 10 pm vid anoden och hade sålunda en god erosionsbeständighet.

Kontakter tillverkade av det framställda materialet hade dessutom en stabil kontaktresistans av mindre än 50 mf; och en vidhäftnings- koefficient av ca 0,2, dvs en god motståndskraft mot vidhäftning.

Exempel 7. Göt med en diameter av 10 mm och en längd av 200 mm framställdes genom att man till silver satte 1, 10 respektive 17 atomprocent kisel samt såsom första tillsatselement 1, 2, 5, 7 respektive 10 atomprocent guld, varefter de tillsatta elementen upplöstes vid l.200°C. De olika göten underkastades ytslipning, varmbearbetades vid 60000 och kallbearbetades till plåtar med tjockleken 0,5 mm. Dessa plåtar underkastades inre oxidation vid 80000 under 30 minuter i atmosfären till bildning av kontaktmaterial enligt uppfinningen. I de framställda kontaktmaterialen är kislet granulärt med en maximal diameter av 2 pm och en genomsnittlig diameter av 0,5 pm, och kislet var likformigt dispergerat i silvret.

Kislets dispersionsgrad i silvret var i huvudsak densamma som före den inre oxidationen, men på grund av den inre oxidationen bestod 446 991 12 ytan av kiselkornen av ett skikt av S102.

De ovan framställda materialens korrosionsbeständighet visas i diagramform i figur 6. Såsom ovan har nämnts ökas korrosionsbeståndigheten avsevärt genom tillsättning av guld utan att kontaktmaterialets övriga egenskaper försämras.

Exempel_§¿ Ett kontaktmaterial med en tjocklek av 0,5 mm framställdes på samma sätt i exempel 7 genom att man till silver satte 15 atomprocent kisel och såsom första tillsatselement minst ett av elementen Au, Pd, Ft, Rh, Ru, Os och Ir i de kon- centrationer som anges i nedanstående tabell 3. Den inre oxidationen genomfördes vid 500°C under l timme i atmosfären. Korrosíons- bestündigheten i närvaro av S02 visas i tabell 3 i form av p kontaktresistansen. Av resultaten framgår, att ett kontaktmaterial utan tillsatt första tíllsatselement uppvisade en kontaktresistans RC av över 111 vid en kontaktkraft av 5 p, under det att kontakt- materialen innehållande första tillsatselement (de i tabell 3 angivna mängderna är i atomprocent) samtliga hade lägre kontakt- resistans än 1:1 och uppvisade en stabil kontaktresistans.

Materialets övriga egenskaper försämrades icke genom tillsättning av det första tillsatselementet.

.Tabell 3 Ir Kontakt- Prov nr.. -Au :Pa Pt En * Ru os 1 resistans (mlï ) 150 - 120 _ 115 - 1 - - i - 210 i 205 - - - 1 ' - zoo - - - ¿- i 1 205 1o:---- I I 'S 1 I I I I I I .l....-...._.__..l_.v .-.._....... .- . ..._ v.. . m ..«.\~.w..~....-....- w-.Mq -. ._ - m.- .s-em... . w <1 O'\ KII J: LN h) I-' I ._ .s -.--..s.......»~...-.-.....-.. w-.-.s _ br! kr! \>I \)~I I I F' I I ng.. 0 fw..

Exempel 9. En stång med en diameter av 2 mm och en längd av 10 mm framställdes genom att man till silver satte 10 atom- procent kisel och därefter Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och Ir i de respektive koncentrationer (i atomprocent) som anges i nedan- stående tabell Ä, varefter metallerna upplöstes och materialet 446 991 13 bearbetades på samma sätt som i exempel 7. Materialet under- kastades inre oxidation vid 600°C under 2 timmar i atmosfären, varvid man erhöll ett kontaktmaterial med god korrosions- beständighet och god motståndskraft mot vidhäftning. Vidhäftnings- koefficienten och korrosionsbeständigheten i kontakt med S02 visas i tabell 4. Palladium, som har använts praktiskt under många år, uppvisade en vidhäftningskoefficient av 0,65 i ultra- högt vakuum och förorsakade vidhäftningsproblem, under det att kontaktmaterialet enligt uppfinningen uppvisar en vidhäftnings- koefficient lägre än 0,5 (se tabell U) och följaktligen har en utmärkt motståndskraft mot vidhäftning. När den tillsatta mängden av minst ett av elementen Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och lr överstiger 10 atomprocent, försvåras emellertid diffusionen av syre in i legeringen, varigenom effekten av den inre oxidationen gär förlorad och ingen förbättring av vidhäftningsegenskaperna uppnås.

.Ebílll ' . * i 1 1 Prov nr ¿Au Pc ¿Pd lan fRu gios Ir ïxontakt- vidhäïjtnings- r ¿ ; _ 5 resistans koefficient s _ 1 _=_ -(mn) à I F 1 :5 - -1-'ï-g-1- 150 0,2 8 §10- - -'-§-§- 90 g 0,5 1 1 - 1 , - - 'g - _ - 500 j 50,1 10 i 2 - 2 - - - 1 - 160 ; 0,2 11 f5-5i-f-š-f- 95: 0,5, 3 - 10 - - - ¿ .- ' - 115 1 0,5 12 § 5 - ~ 2 a 1« - 1 - - - 100 v 0,11 13 5 - 2 - i 1 - - 100 š 0,11 111 š 5 - 2 z - - i 1 _š ~¿ 100 0,11 15 šß' - 2 - -É-Éiå 100 0,11 1 ~ * . E 5 . i iExempel 10. Man framställde göt på samma sätt som i exempel 7, varvid man framställde 2 olika typer av logeringar genom att LJlJ Jílvor sätta Y utomproueut kïnol eller g och 1 atomprocent av något av elementen Rh, Ru, Os och Ir.

Göten bearbetades genom varmvalsning och efterföljande kallvalsning 446 991 °' 6 0 lfl _ _ till band med tjockleken 0,2 mm. Dessa band underkastades _inre oxidation vid ÄOOOC under 30 minuter i atmosfären. De framställda kontaktmaterialens sammansättning och egenskaper visas i nedanstående tabell 5; Tabell 5 :Prov nr , si f ce I Rh W Rufi os 4 ' i Ir :Kontaktresistans (mi) _ 16 7 1,- 1 2 - § -' - - 21 É 17 7 - å - 1 - - i 21 z D 18 7 - f - - É 1 - : 20 § f 19 7 - 2 - 6 - 2 - 1 0 22 20 - 7 1 - - . - _ 31 21 f 7 - g 1 - - so , 22 - 7 - - 1 - . 30 25 2- 7 - - - 1 ' 31 * De framställda kontaktmaterialen visade sig ha en mycket stabil kontaktresistans av mellan 20 och 30 mki. Kontakt- resistansen bestämmes i detta fall efter 10 miljoner kontakt- rörelser medelst ett trådfjäderrelä.

Exemgel ll. Ett göt med en diameter av 20 mm och en längd av 300 mm framställdes genom att man till silver satte 3 atom- procent av vart och ett av elementen kisel och germanium och 2 atomprocent av vart och ett av elementen guld och palladium.

Götet underkastades finslipning, bearbetades i ena änden till konisk form med en spetsvinkel av 609, glödgades vid 65000 under en timme, varmsprutades med ett tryck av 3.000 atmosfärer och bearbetades till en tråd med en diameter av 4 mm. Denna tråd glödgades ytterligare vid 60000 under 4 minuter och kallbearbetades sedan till ett ark med en tjocklek av 0,2 mm. Detta ark under- kastades inre oxidation vid 60000 under 30 minuter i atmosfären, varvid.man erhöll ett kontaktmaterial enligt uppfinningen. Även vid denna framställningsmetod innefattande varmsprutning kunde man erhålla en likformig granulär fördelning av kisel och ger- manium med en genomsnittlig partikeldiameter av 0,5 Fm. Det framställda kontaktmaterialet visade sig ha en mycket stabil kontaktresistans med ett värde av mellan 20 och 30 mlï. 446 991 15 Exempel l§¿ Göt med en diameter av 10 mm och en längd av 100 mm framställdes genom att man vid 1.500 - 2.000°C upplöste legeringar med en sammansättning som visas i nedanstående tabell 6.

Göten underkastades ytslipníng, varmbearbetades vid 60000 till GH plåt med tjooklokon 2 mm och kullbeurbetades därefter till ett kontaktstycke med en diameter av 5 mm och en tjocklek av 1 mm.

Detta stycke underkastades inre oxidation vid 80000 under 30 minuter, varvid man erhöll ett kontaktmateríal enligt uppfinningen.

Detta kontaktmaterial fästes genom silverlödning vid en koppar- stång med en diameter av 5 mm och en längd av 10 mm, och den sålunda framställda kontakten öppnades och slöts under det att en elektrisk ström_(3O A; 30 V) leddes därigenom. Man provade 6 kontakter av varje kontaktmaterial. I nedanstående tabell 6 visas antalet öppnings- och slutningsoperationer till dess att 'hälften, dvs 5, av de elektriska kontakterna har blivit omöjliga att öppna på grund av sammansvetsning. 446 9915 16 Tabell 6 55555555" “ ; šAncå1'ö§pfi§fig¿}_¿chf 1 5 _ slutningar 01115 2 . iProv å j¿ minst 50 % avkom- nr Ag Si Auglïe Ti V W Ta Mo Nb _Zr takterna har samman i ' 11,, svetsat _ ___; É 1 se. 2 - 1 - - - - - - - 1.52 104 5 2 se -2 - - 1 - - - - - - - 1.32 104 5 3 sa 2 - - - 1 - - - - - 5 1.15 104 Å 4 51 2 1 - - - 1 - - - - 1.13 104 '55 5.91 2 51' - - - - 1 - - - 1.24 104 ' 6 91 _2 1 - - - - - 1 - - 1.55 104 1 91 2 1 - - - - - - 1 - 1.50 104 _ e_ 91 2 1 - - - - - - - 1 1.20 ¶104 I 9 02 10 5 3 - - - - - - - 5.20 105 i10 02 10 s - - - - - - 5 - 3.00 ;105 '11 02 10 55 - - - - - - - - 4.15 105 §12 se 11 10 5 - - - - - - - 0.12 105 ¿ '13 se 11 10 - 5 - - - - - - 1.33 105 14.' se 11 10 - - 5 - - - - - 5.52 105 15 se 11 10 - - - 5 - - - - 9.11 105 '1s' 0a_11 10 - - - - '5 - - - 1.55 105 11 se 11 10 - - - - - 5 - - 0.55. 105 ,1a sa 11 10 ~ ~ - - - - 5 - 8.05 105 .19 se 11 10 - - - - - - - 5 5.00 105 , 446 991 När man undersökte tendenser till sammansvetsning hos kontakter av silver samt hos kontakter av internt oxiderade legeringar av silver plus 10 atomprocent kisel, fann man att 100 % av de förstnämnda kontakterna och 50 procent av de sist- nämnda kontakterna var omöjliga att öppna på grund av samman- svetsning efter 1.000 öppnings- och slutningsoperationer.

Kontaktmaterialet enligt uppfinningen uppvisade sålunda en 10 gånger bättre motståndskraft mot sammansvetsning. De fram- ställda kontaktmaterialen enligt uppfinningen bibehöll sin motståndskraft mot vidhäftning, fin kontaktresistans, fin erosionsbeständighet och fin korrosionsbeständighet.

Exempel l§. Var och en av de legeringar som visas i nedanstående tabell upplöstes i en ljusbågsugn och formades till en knapp med en diameter av 20 mm och en tjocklek av 5 mm.

Denna knapp varmbearbetades vid 60000 till en tjocklek av 2 mm och kallbearbetades till en diameter av 5 mm och en tjocklek av 1 mm. Provet underkastades inre oxidation vid 70000 och fästes genom silverlödning vid en kopparstång på samma sätt som i exempel 12. Den härvid framställda kontakten öppnades och slöts under det att en elektrisk ström (40 A; 30 V) leddes därigenom för undersökning av motståndskraften mot sammansvetsníng. Alla kontakter tillverkade av silver samt av internt oxiderad legering av silver plus 10 atomprocent kisel hade svetsat samman efter mindre än 103 öppningar och slutningar, under det att ingen av de kontakter som hade tillverkats av de i tabell 7 angivna kontaktmaterialen hade svetsat samman efter 105 öppningar och slutningar.

Kontaktmaterialen enligt uppfinningen uppvisade god motståndskraft mot sammansvetsning, eftersom antalet öppningar och slutningarfiillfi minst 50 % av kontakterna hade svetsat samman var större än 104 (se tabell 7). Dessa kontaktmaterial bibehöll även önskad motståndskraft mot vidhäftning, önskad kontaktresistans, önskvärd erosionsbeständighet och önskad korrosionsbeständighet. 446 991 _ 18 Tabell 7 Å ! ¿ ~ i 1 ' _ Antal öppningar 1 Prov nr Ag :Ge ¿Pd ÉReÉ Ti_ V'¿W .Ta Mo¿ Nbé Zr och slutningar i - i ; É å 5 = ' ; tills minst 50 % f ” ¿ f ¿ av kontakterna haá ; } % . i sammansvetsat f 20 196 ' 2 1_1¿ 1; - -7 1 ¿ - - - 5 - 2.05 X 10” a »L .fan ; 2 1í -Ä 1 - - , 1 - - g - 2.55 X 10” i . : . . - I . 2.2 .81210 s;-É-1;-e-11.--- msXmfi ; 7 2 _ I š f 23 '83 §1o 5; _; _ - - -g - 1 Z 1 g 5.20 X 105 = 2 '71 _17 '10 - 2; - - - = -~ - - § _ ¿ 8.33 X 1o5 25 71 517 10-; -_: - - - - 2 - f- 'g 9.21 X1o5 ~ExemQel lü. Göt med en diameter av 10 mm och en längd av 100 mm framställdes genom att man vid 1.200 - l.500°C upplöste legeringar med de i nedanstående tabell 8 angivna sammansätt- ningarna. Varje göt underkastades ytslipning, varmbearbetades 'vid 60000 till en tjocklek av 2 mm och kallbearbetades därefter till ett ark med en tjocklek av 150 pm.Detta ark underkastades -inre oxidation vid 80000 under” en timme i atmosfären, varpå det monterades på ett trådfjäderrelä. Urladdningar framkallades medan kontaktmaterialet underkastades öppnings- och slutnings- operationer i en RC-urladdningskrets (R = 20J1 och C = 0,22 FF) vid en pâlagd spänning av H8 V. Erosionsdjupet efter 1.000 öppnings- och slutningsoperationer visas nedan i tabell 8. 446 991 19.

Tabell 8 ffs/nr! ' Legèrišgefi; Sšnfåšššštšflluflš""šílåšíšåšlijqpwflfššflfw" i ' (at.%) I _ ' _ 1 Ag - zsi - so i zo 2 Ag-2s1-1Fe _ zei_s ! 3 Ag - zsi - nu zs i s É 4 Ag - zsi - 1co 22 i s ä s Ag - zsi - 1cu 27 i s s Ag - 7s1 ao i s Ag - vsi - are 1s i s i a Ag - 1s1'- aui' 17 i s ' 9 Ag - 7s1 - aco 18 i s 10 Ag - vsi - acfi _11 i s 11 _Ag - 7s1 - sAs 301 i s 12 Ag - 1s1 - sAu - are 10 i s 13 Ag - 7s1 - sAu - aco ' ' 1o i s 14 A9- 1s1 - sAu - am e ~i s 1s I Ag-'lsi-szxu-acu _ 1 i s 16 Ag - ns: - sAu ' 1o i s 17 Ag - 1751 - 5Au - SFe 5 i 2 18 Ag - 11s1 - sAu - sco s i 2 19 Ag - 'nsi - sAu - sm s i 2 20 Ag - 11s1 - sAu - scu s i 2 21 Ag - 11s1 - loAu - sm s i 2 22 'Ag - 1751 - l0Au - 5Cu *3 _-_|-_ 1 446 9901 2 ?0 Av försöksresultaten framgår, att tillsättning av Fe, Ni, Co och Cu har en avsevärd inverkan på crosionsbeständlghetun. även via Llllsattnifig av Fe, co, Ni och ou bibehåller kontaktmaterialen önskad motståndskraft mot vidhäftning, önskad kontaktresistans och önskad korrosionsbeständighet.

Exempel 15. Ark med en tjocklek av 150 um framställdes av legeringar med de i nedanstående tabell 9 angivna samman- sättningarna. Varje ark underkastades inre oxidation Vid 79905 under l timme i atmosfären och monterades därefter på ett tråd- fjäderrelä§ Urladdningar framkallades medan kontaktmaterialet underkastades öppnings- och slutningsoperationer med användning av en koaxial tråd (5D2V) med en längd av 20 m såsom belastning och vid en pålagd spänning av l00 V. Anoderosionsdjupet efter 2 miljoner öppnings- och slutningsoperationer visas nedan i tabell 9. Genom tillsättning av Fe, Co, Ni eller Cu minskades erosionsdjupet kraftigt.

Tabell 9 .Érov nr š Legeringens sammansättning (at.%) Erosionsdjup Qpmï f 25 ä Ag - loee 20 3 5 f 2A _? Ag - loee - lord - 20 3 5 1 25 § Ag - loee - lord - 5Fep Q 5 1 3 26 ulg-loee - loPa- sco 5; 3 , § 27 - lg - loee - lord - 5Ni É - 5 3 5 J' i 2 28 É Ag - lose - lord - scu É 5 ¿ 3 Dessa kontaktmaterial bibehöll också önskad motståndskraft mot vidhäftning, önskad kontaktresistans och önskad korrosions- beständighet.

Enligt uppfinningen utgår man sålunda från legeringar, vilka innehåller silver såsom grundmetall samt kisel och/eller germanium och ev minst ett tillsatselement, som väljas så att legeringen får de egenskaper som önskas vid användning av legeringen såsom material i elektriska kontakter. Legeringen smältes, kyles och bearbetas plastiskt så att kislet och/eller germaniumet díspergeras likformigt l grundmetallen i form av fina kristaller. Den erhållna legeringen underkastas därefter i44e 991 21 en behandling för inre oxidation av de fina kristallerna, vari man erhåller ett förbättrat material för elektriska kontakter bestående av eutektisk silverlegering, vari den likformiga dis- pergeringen av de internt oxiderade fina kristallerna har bi- behållíts.

Claims (5)

446 991 22 ^'Patentkrav

1. Material för elektriska kontakter bestående av en internt oxiderad silverlegering innehållande silver såsom huvudkomponent, k ä n n e t e c k n a t av att det innehåller 1-17 atomprocent av minst ett av elementen kisel och germanium och eventuellt, så- som första tillsatselement, minst ett av elementen An, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och Ir och/eller, såsom andra tillsatselement, minst ett av elementen Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re och/eller, såsom tredje tillsatselement, minst ett av elementen Fe, Co, Ni och Cu.

2. Material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a-t av att den internt oxiderade silverlegeringen innehåller antingen (a) 1-10 atomprocent av det första tillsatselementet; eller (b) 1-5 atom- procent av det andra tillsatselementet; eller (c) 1-5 atomprocent av det tredje tillsatselementet; eller (d) 1-10 atomprocent av det första tillsatselementet och 1-5 atomprocent av det andra tillsats- elementet; eller (e) 1-10 atomprocent av det första tillsatselemen- tet och 1-5 atomprocent av det tredje tillsatselementet.

3. Förfarande för framställning av ett material för elektriska (kontakter bestående av en silverlegering, vari fina oxidpartiklar är likformigt dispergerade, k ä n n e t e c k n a t avattnan(a) till silver sätter 1-17 atomprocent av minst ett av huvudtillsatselementen kisel och germanium samt eventuellt minst ett ytterligare tillsatselement ur en eller flera av följande grupper: (1) en första grupp beståen- de av Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os och Ir; (2) en andra grupp bestående av Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W och Re; och (3) en tredje grupp beståen- de av Fe, Co, Ni och Cu; att man (b) smälter den resulterande blandningen; att man (c) snabbkyler den vid smältningen erhållna legeringen; att man (d) glödgar den kylda legeringen i vakuum; att man (e) plastiskt bearbetar den glödgade legeringen; och att man (f) underkastar den plastiskt bearbetade lege- ringen en inre oxidation vid en temperatur mellan 250°C och den eutektiska temperaturen för silver och kisel eller, i närvaro av enbart germanium, den eutektiska temperaturen för silver och germa- nium. _ f.

4. Förfarande enligt 'krav 3, k ä n n e't e c k n a t av att det innefattar en eller flera av följande åtgärder: 446 991 23 (a) till silvret sättes 1-10 atomprocent tillsatselement ur den första gruppen, räknat på den totala blandningen; (b) till silvret sättes 1-5 atomprocent tillsatselement ur den andra gruppen, räknat på den totala blandningen; (c) till silvret sättes 1-5 atomprocent tillsatselement ur den tredje gruppen, räknat på den totala blandningen; (d) till silvret sättes 1-10 atomprocent tillsatselement ur den första gruppen och 1-5 atomprocent tillsatselement ur den andra gruppen, räknat på den totala blandningen; (e) till silvret sättes 1-10 atomprocent tillsatselement ur den första gruppen coh 1-5 atomprocent tillsatselement ur den tredje gruppen, räknat på den totala blandningen; (f) smältningssteget genomföres i en argongasström vid en temperatur av 1100-2000°C;' (9) glödgningssteget genomföres vid en temperatur av 300-800°C under en tid av 20-60 min, och det plastiska bearbet- ningssteget genomföres vid en temperatur av 300-600oC; (h) kisel eller kisel plus germanium sättes till silvret, varvid den inre oxidationen genomföres vid en temperatur av 250-s4o°c; (i) endast germanium sättes till silvret, varvid den inre oxidationen genomföres-vid en temperatur av 250-650°C.

5. (h) eller (i), k ä n n e - t e c_k n a t .a V att den inre oxidationen genomföres under sådan tid att den likformiga dispersionen av fina kristaller av huvudtillsatselementet i silvret bibehålles. Förfarande enligt krav 4,