CH631025A5

CH631025A5 - Method for producing a contact piece consisting of silver and at least two oxides of base metals

Info

Publication number: CH631025A5
Application number: CH877677A
Authority: CH
Inventors: Horst Prof Dr Schreiner; Bernhard Rothkegel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-08-31
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1982-07-15
Also published as: DE2639107C2; JPS5330412A; IT1085016B; FR2363869B1; DE2639107A1; FR2363869A1; GB1574098A; ES461997A1; BR7705757A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formstückes aus Silber und mindestens zwei Oxiden von Unedelmetallen für elektrische Kontakte mit kleiner Schweisskraft bei gleichzeitig kleinem Lichtbogenabbrand, bei dem aus einer Schmelze von Silber und mindestens zwei Unedelmetallen durch Druckverdüsung und innere Oxidation ein Verbundpulver hergestellt und das Verbundpulver durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu dem Formstück verarbeitet wird.

Kontaktstücke für elektrische Kontakte werden vorzugsweise als Formstücke aus Silber hergestellt, da dieses Metall eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Bei Kontakten, die unter Prellen der Kontaktstücke und unter Lichtbogenbildung geschlossen werden, kommt es jedoch einerseits zu einer Verschweissung der Kontaktstücke, so dass diese Kontaktstücke nur unter Kraftaufwendung (sog. Schweisskraft) wieder voneinander getrennt werden können. Andererseits wird im Lichtbogen ein Teil des Silbers verdampft (sog. Abbrand).

Es ist bekannt, dass die Schweissneigung von Formkontaktstücken herabgesetzt ist, wenn die Formkontaktstücke neben Silber noch ein oder mehrere Oxide von Unedelmetallen enthalten. Derartige Formstücke können z.B. dadurch hergestellt werden, dass die Schmelze einer Legierung aus Silber und den entsprechenden Unedelmetallen mit Druckluft verdüst und das entstehende Legierungspulver, in dem schon während der Druckluft-Verdüsung die Unedelmetalle oxidiert werden, anschliessend einer inneren Oxidation unterworfen wird. Aus dem so erzeugten Verbundpulver kann auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen, Sintern und Nachpressen das Formstück gebildet werden.

So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift P 22 60 559 beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem eine Silberlegierung unter Druck verdüst und das entstehende Verbundpulver gemahlen wird, anschliessend eine passende Teilchengrössen-klasse abgesiebt und durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu einem Formstück verarbeitet wird. Als Legierungsbestandteile für die Silberlegierung sind hierbei eine Vielzahl von Unedelmetallen, darunter auch Cadmium und Blei, angegeben. Ferner ist erwähnt, dass AgCd-Legierungen nicht nur mit Druckluft, sondern auch mit Druckluft und Druckwasser verdüst werden können.

Eine Druckverdüsung von Metallschmelzen mit Wasser als Treibmittel wird für die Herstellung von Legierungspulvern, z.B. Eisen-Chrom-Legierungspulvern, verwendet, die eine vor einer Oxidation zu schützende, oxidierbare Metallkomponente s enthalten. Jedoch sind die für eine Druckverdüsung mittels Wasser benötigten Anlagen relativ aufwendig und werden daher in der Regel nur für die Fälle verwendet, in denen die zu verdüsende Schmelze vor Luftzutritt geschützt werden muss.

Ferner ist es bekannt, dass bei der Druckverdüsung mit io Druckluft vorwiegend kompakte kugelige Teilchen entstehen, während durch Zusatz von Legierungsbestandteilen, die die Oberflächenspannung herabsetzen, überwiegend spratzige Teilchen erhalten werden.

Es hat sich nun herausgestellt, dass die Schweisskraft und 15 der Abbrand von elektrischen Kontakten in der Weise miteinander korreliert sind, dass Massnahmen zur Verbesserung der einen Eigenschaft im allgemeinen zu einer wesentlichen Verschlechterung der anderen Eigenschaft führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren so zur Herstellung eines Formstückes für elektrische Kontakte anzugeben, bei dem die Schweisskraft herabgesetzt und gleichzeitig der Lichtbogenabbrand gering gehalten wird.

Dies wird erreicht durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, bei dem als Unedelmetalle Cadmium sowie Wismut 25 und/oder Blei verwendet werden. Der Unedelmetallgehalt der Schmelze ist dabei so bemessen, dass der Gehalt an Unedelmetalloxiden im Formstück unter 20 Vol.-% liegt. Ferner wird als Treibmittel für die Druckverdüsung der Schmelze Wasser verwendet.

30 Bei dem zum Pressen des Formstückes verwendeten Verbundpulver liegen die Unedelmetalle demnach als Oxide vor. Es erscheint daher zunächst sinnlos, zur Herstellung des Ver-bundpulvers eine aufwendige und teuere Druckwasser-Verdü-sung vorzunehmen, bei der das Wasser als Schutzgasatmo-35 sphäre für die zu verdüsende Schmelze wirkt, und anschliessend dann doch das entstehende Pulver einer Oxidation zu unterwerfen. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, dass elektrische Kontakte, bei denen die nach dem erfindungs-gemässen Verfahren hergestellten Formstücke verwendet wer-40 den, eine wesentlich geringere Schweisskraft aufweisen, verglichen mit Kontaktstücken der gleichen chemischen Zusammensetzung, zu deren Herstellung jedoch eine Druckluftverdü-sung der Schmelze vorgenommen wird.

Vorteilhaft ist der Cadmiumgehalt der Schmelze so bemes-45 sen, dass der Cadmiumoxidgehalt im Formstück zwischen 5 und 18 Vol.-% liegt. Bei diesen Gehalten bewirkt das CdO eine starke Herabsetzung der Schweisskraft, ohne dass die Vorteile beeinträchtigt werden, die in der Verwendung des Silbers als Werkstoff für Sinterkontaktstücke liegen. Der Gehalt der so Schmelze an Wismut und Blei ist vorteilhaft so bemessen, dass im Formstück die Oxide zusammen in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Vol.-% vorliegen. Bereits sehr geringe Mengen dieser letztgenannten Unedelmetalle setzen die Oberflächenspannung der Schmelze beträchtlich herab. Das entstehende Ver-55 bundpulver weist daher vorwiegend spratzigere Teilchen auf. Diese Struktur ist auch beim fertigen Formstück im Querschliff noch nachweisbar, wobei die erfindungsgemäss hergestellten Formstücke ein gleichmässigeres Gefüge aufweisen als ein Werkstoff gleicher chemischer Zusammensetzung, der aus luft-60 verdüstern oder luft-wasserverdüstem inneroxidiertem Pulver hergestellt ist.

Gegenüber diesen herkömmlichen Herstellungsverfahren ergibt sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Vorteil, dass mit einem kleineren Durchsatzvolumen des Treibmittels 65 gearbeitet werden kann, so dass auch nur geringe Mengen an CdO-Rauch entstehen. Da die Verdüsungstemperatur der Schmelze zwischen 950 und 1100 °C liegt und CdO bei diesen Temperaturen leicht verdampfbar ist, erfordert dagegen die

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Luftverdüsung sehr aufwendige Abscheidevorrichtung, um eine Umweltvergiftung durch cadmiumhaltige Gase zu vermeiden.

Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird das erfin-dungsgemässe Verfahren näher erläutert. 5

Beispiel 1

Aus Silbergranalien und Stangen aus Cadmium und Wismut wird eine Silberlegierung mit 11 Gew.-% Cd und 1 Gew.-% Bi erschmolzen. Die Schmelze wird bei 1100 °C durch einen 10 Trichter mit einer Ausflussdüse von 12 mm Durchmesser in eine Druckwasserringdüse einfallen gelassen. Der Spalt der Druckwasserdüse beträgt 1 mm, der Düsenwinkel 7,5° (gemessen zur Senkrechten). Der Wasserdruck während der Verdü-sung beträgt 25 atü. Das Verdüsungspulver wird in einem Was- 15 serbecken aufgefangen, getrocknet und abgesiebt. Die Teilchen mit einer Teilchengrösse unter 0,2 mm werden bei 600 °C in 4 Stunden an Luft inneroxidiert. Das entstehende AgCdOBÌ2C>3-Pulver zeigt sehr gute Fliess- und Presseigenschaften und lässt sich auf automatischen Ein- und Mehrschich- 20 tenpressen gut verarbeiten. Es wird bei einem Druck von 400 MN/m2 gepresst und bei 850 °C eine Stunde lang an Luft gesintert. Anschliessend erfolgt ein Nachpressen der Sinterkörper bei einem Druck von 800 NM/m2. Das Sintern und Nachpressen kann noch wiederholt werden, um eine weitere Verdichtung zu 25 erreichen.

In einem Prüfschalter (beschrieben in der Zeitschrift «Werkstofftechnik», 7. Jahrgang, 1976) wurden die auf diese Weise hergestellten einmal nachgepressten Formstücke bei 1000 Ein- und Ausschaltungen unter einem Einschaltstrom Î = 30 1000 A und einem Ausschaltstrom Î = 1500 A geprüft. Die Schweisskraft dieser Kontaktstücke liegt mit 99,9% Wahrscheinlichkeit unter 60 N. Zum Vergleich wurde ein Formstück hergestellt, bei dem ein Verbundwerkstoff der gleichen Zusammensetzung in Blechform hergestellt und einer inneren Oxidation unterworfen wurde. Die Schweisskraft lag in diesem Fall mit 120 N etwa doppelt so hoch. In beiden Fällen ergab sich mit 24 mm3 etwa der gleiche Abbrandwert.

Die erfindungsgemässen Kontaktstücke eignen sich insbesondere zum Einbau in Niederspannungsschaltgeräten, z. B. Schütze, wo sie eine Erhöhung des Einschaltvermögens ermöglichen.

Beispiel 2

Aus Silbergranalien, Stangen aus Cadmium und Barren aus Blei wird eine Silberlegierung mit 15 Gew.-% Cadmium und 1,5 Gew.-% Blei erschmolzen und die Schmelze bei 1100 °C mit Druckwasser unter den Bedingungen des Beispiels 1 verdüst. Wie im Beispiel 1 wird das Verbundpulver (Verdüsungspulver) abgesiebt, inneroxidiert, gepresst, gesintert und einmal zum fertigen Formstück nachgepresst.

Mit 99,9% Wahrscheinlichkeit betrug die Schweisskraft unter 50 N, der Abbrandwert lag im Mittel bei 23 mm3. Gegenüber inneroxidierten Formteilen gleicher Zusammensetzung ergibt sich eine um etwa den Faktor 2 niedrigere Schweisskraft und ein um etwa 10% günstigerer Abbrandwert.

Beispiel 3

Aus einer Silberlegierung mit 8 Gew.-% Cd, 2,5 Gew.-% Pb und ein Gew.-% Bi wird in den Beispielen 1 und 2 ein Verdüsungspulver hergestellt. Von diesem Pulver werden Teilchen mit einer Teilchengrösse unter 0,315 mm abgesiebt, und aus diesen Teilchen werden wie in den Beispielen 1 und 2 Formteile hergestellt. Schweisskraft und Lichtbogenabbrand dieser Formteile liegen im gleichen günstigen Bereich wie im Beispiel 2.

Durch Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft für die innere Oxidierung kann die Oxidationszeit wesentlich verkürzt werden.

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines Formstückes aus Silber und mindestens zwei Oxiden von Unedelmetallen für elektrische Kontakte mit kleiner Schweisskraft bei gleichzeitig kleinem Lichtbogenabbrand, bei dem aus einer Schmelze von Silber und mindestens zwei Unedelmetallen durch Druckverdü-sung und innere Oxidation ein Verbundpulver hergestellt und das Verbundpulver durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu dem Formstück verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet,

dass als Unedelmetalle Cadmium sowie Wismut und/oder Blei verwendet werden, dass der Unedelmetallgehalt der Schmelze so bemessen wird, dass der Gehalt an Unedelmetalloxiden im Formstück unter 20 Vol.-% liegt, und dass als Treibmittel für die Druckverdüsung der Schmelze Wasser verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cadmiumgehalt der Schmelze so bemessen wird, dass der Cadmiumoxidgehalt im Formstück zwischen 5 und 18 Vol.-% liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Schmelze an Wismut und/oder Blei so bemessen wird, dass der Gehalt an Oxiden dieser Metalle im Formstück zwischen 0,1 und 5 Vol.-% liegt.