DE10045783A1 - Verfahren zum Herstellen von Werkstücken, welche der Leitung von elektrischem Strom dienen und mit einem überwiegend metallischen Material beschichtet sind - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Anwendung des Kaltgasspritzens und des Flammspritzens von überwiegend metallischen Materialien, nämlich von Metallen und Legierungen sowie von Mischungen oder Verbundmaterialien aus Metallen und Legierungen miteinander oder mit einem oder mehreren Metalloiden, Metalloxiden, Metallkarbiden und/oder Metallnitriden zum Erzeugen von einer oder mehreren Schichten auf Werkstücken, welche der Leitung von elektrischem Strom dienen, nämlich auf elektrischen Kontaktstücken, auf Trägern für elektrische Kontaktstücke, auf elektrischen Leitern und auf Bändern oder Profilen, welche als Halbzeuge für elektrische Kontaktstücke, deren Träger und für elektrische Leiter bestimmt sind.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Werkstücken, welche der Lei­ tung von elektrischem Strom dienen, nämlich elektrische Kontaktstücke, Träger für elektrische Kontaktstücke, elektrische Leiter wie z. B. Leadframes, sowie Bän­ der und Profile, welche als Halbzeuge für elektrische Kontaktstücke, für deren Träger und für elektrische Leiter bestimmt sind. Es geht dabei um Werkstücke, welche eine oder mehrere Schichten aus überwiegend metallischen Materialien tragen, nämlich aus Metallen und Legierungen sowie von Mischungen oder Ver­ bundmaterialien aus Metall und Legierungen miteinander oder mit einem oder mehreren Metalloiden, Metalloxiden, Metallkarbiden und/oder Metallnitriden.

So stellt sich bei elektrischen Kontaktstücken z. B. die Aufgabe, sie mit einer Lot­ schicht zu versehen, mit deren Hilfe sie auf einen Träger gelötet werden können.

Kontaktstücke werden üblicherweise durch Auflegen von Lotbandabschnitten auf die in einer Graphitform liegenden Kontaktstücke mit einer Lotschicht versehen. Um die Lotbandabschnitte mit den Kontaktstücken zu verbinden, werden die Kon­ taktstücke mit der Graphitform durch einen Durchlaufofen hindurchgeführt, in wel­ chem die Lotbandabschnitte auf den Kontaktstücken schmelzen und danach wie­ der erstarren. Anstatt die Lotbandabschnitte auf die Kontaktstücke aufzuschmel­ zen, ist es auch bekannt, sie mittels Widerstandsschweißens an die Kontaktstüc­ ke zu heften.

Weiterhin ist es bekannt, Halbzeuge für elektrische Kontakte in Form von Profilen und Bändern mit einem Lotband zu verbinden, indem ein solches Profil oder Band gemeinsam mit dem Lotband durch eine induktiv beheizte Vorrichtung ge­ führt und dabei das Lotband im Durchlauf auf das Profil bzw. Band aufgeschmol­ zen wird. Es wurde auch versucht, bandförmige Halbzeuge für elektrische Kon­ takte durch Walzplattieren mit einer Lotschicht zu versehen, doch hat sich das in der Praxis bis auf wenige Ausnahmen, nämlich bei dem wegen des giftigen Kad­ miums in rückläufiger Menge eingesetzten AgCdO-Kontaktwerkstoff nicht durchgesetzt.

Die bekannten Verfahren haben Nachteile:

• - Beim Beloten von einzelnen Kontaktstücken ist die Handhabung kleiner und dünner Lotbandabschnitte sehr kostenintensiv.
• - Für das meistens angewendete Kurzzeitlöten mittels elektrischer Widerstand­ serwärmung werden Lotschichten mit einer Dicke zwischen 0,03 mm und 0,1 mm eingesetzt. Für den Lötvorgang würden jedoch Lotschichten mit einer Dicke von 0,005 mm bis 0,015 mm völlig ausreichen. Je dünner ein Lotband oder eine Lotfolie wird, desto stärker steigen jedoch die Kosten dafür an. In der Praxis werden deshalb die dickeren Lotschichten mit einer Dicke von 0,05 mm bis 0,1 mm eingesetzt, obwohl dabei mit den üblichen Silber-Hartloten ein unnötiger Silberverbrauch verursacht wird.
• - Je dicker ein Lotband ist, desto größer ist die Gefahr, daß beim Aufschmelzen des Lotes auf ein Kontaktstück ein Teil des Lotes auf die Kontaktfläche des Kontaktstückes kriecht.
• - Auf den beloteten Kontaktstücken ist die erstarrte Lotschicht nicht eben, son­ dern wegen der Oberflächenspannung des Lotes ballig. Das führt zu erhebli­ chen Problemen bei der automatischen Zuführung von beloteten Kontaktstüc­ ken zu einem Lötwerkzeug.
• - Werden Profile und Bänder mit aufgeschmolzener Lotschicht durch Walzen ver­ formt, so neigt die infolge ihres Erstarrungsgefüges spröde Lotschicht sehr stark zur Rißbildung.
• - Kontaktstücke und Halbzeuge dafür sind abhängig von ihrem vorgesehenen Einsatzzweck häufig mehrschichtig aufgebaut. So verwendet man in Schützen und anderen Schaltgeräten der Mittelspannungstechnik beispielsweise Kontakt­ stücke, die auf ihrer Rückseite aus Silber oder aus einer Silberlegierung und auf ihrer Vorderseite aus einem Silber-Metalloxid-Verbundwerkstoff beste­ hen, z. B. aus Silber mit Zinnoxid und gegebenenfalls weiteren Metalloxiden, Karbiden oder Nitriden, wobei der gesamte Anteil der nichtmetallischen Be­ standteile in dem Silber-Metalloxid-Verbundwerkstoff im allgemeinen nicht mehr als 20 Gew.-% und nicht weniger als 5 Gew.-% beträgt. Der Metalloxidge­ halt hat den Zweck, ein Verschweißen der Kontaktstücke im Schaltgerät zu ver­ hindern, wobei die gegebenenfalls weiteren nichtmetallischen Bestandteile des Verbundwerkstoffes der Optimierung des Schaltverhaltens, der Stromleitung (möglichst geringer Übergangswiderstand bei Dauerstrom) und der Lebensdau­ er (möglichst geringer Abrand unter Lichtbogeneinwirkung) dienen. Kontaktstüc­ ke, Bänder und Profile auf der Basis von Silber-Metalloxid werden bisher entweder schmelzmetallürgisch aus einer entsprechenden Silber-Vorlegierung hergestellt, welche anschließend innerlich oxidiert wird, oder sie werden pulver­ metallurgisch aus Silber oder einer Silberlegierung mit den oxidischen und ge­ gebenenfalls karbidischen oder nitridischen Pulvem hergestellt, z. B. in Einzel­ preßtechnik oder durch Pressen und Sintern von Blöcken, die anschließend durch Strangpressen und Walzen zu Profilen oder bandförmigem Halbzeug wei­ terverarbeitet werden. Das Verfahren der inneren Oxidation eignet sich nicht für alle Werkstoffkombinationen, ist langwierig und kostenaufwendig. Bei der pul­ vermetallurgischen Herstellung hat man damit zu kämpfen, daß sich Mischun­ gen aus Metallpulvern und oxidischen oder anderen keramischen Pulvern nur schwer verpressen und verformen lassen, und zwar um so schwerer, je feiner und härter sie sind, so daß Preßhilfsmittel, die aus elektrischen Gründen uner­ wünscht sind, eingesetzt und/oder aufwendige Vorbehandlungen, z. B. ein vor­ heriges Rösten von Zinnoxidpulver für die Herstellung eines Silber-Zinnoxid- Kontaktwerkstoffes, durchgeführt werden müssen. Die Verwendung von gröbe­ ren Pulvem führt aus der Schwierigkeit nicht heraus, weil sie zu weniger dichten Werkstoffen mit geringerer Lebensdauer führen würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen kosten­ günstigen Weg aufzuzeigen, wie man zu beschichteten Werkstücken und Halb­ zeugen, welche der elektrischen Stromleitung und insbesondere der elektrischen Kontaktgabe dienen, kommen kann und dabei die oben aufgeführten Nachteile des Standes der Technik verringert oder sogar vermeidet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß sollen auf Werkstücke, welche der Leitung von elektrischem Strom und insbesondere der elektrischen Kontaktgabe dienen, eine oder mehrere Schichten aus überwiegend metallischen Materialien, nämlich aus Metallen und Legierungen sowie aus Mischungen oder Verbundmaterialien aus Metallen und Legierungen miteinander oder mit einem oder mehreren Metalloiden, Metalloxi­ den, Metallkarbiden und/oder Metallnitriden, durch Flammspritzen oder Kaltgas­ spritzen aufgetragen werden. Obwohl die oben geschilderten Probleme mit Kon­ taktwerkstücken und deren Halbzeugen seit vielen Jahrzehnten bekannt sind und obwohl das Flammspritzen schon seit fast 100 Jahren Stand der Technik ist, wur­ de das Flammspritzen bisher im wesentlichen nur angewendet, um Schutzschich­ ten gegen Korrosion und gegen Verschleiß zu erzeugen. Die DE 35 01 410 offen­ bart zwar bereits, niederschmelzende Lotlegierungen durch Flammspritzen auf große und kompliziert gestaltete Werkstücke aufzutragen. Eine konkrete Anre­ gung, das Flammspritzen einzusetzen, um Kontaktstücke und Halbzeuge dafür mit einem Hartlot zu beschichten, findet der Fachmann darin jedoch nicht.

Im Lauf seiner Entwicklungsgeschichte wurde das Flammspritzverfahren vervoll­ kommnet; es wurden Möglichkeiten geschaffen, die Temperaturen, denen die Be­ schichtungsmaterialien ausgesetzt werden, zu verringern, und die Geschwindig­ keit, mit welcher die Beschichtungsmaterialien auf die zu beschichtenden Werk­ stücke prallen, bis auf Überschallgeschwindigkeiten zu erhöhen. Mit Überschall­ geschwindigkeiten arbeitet auch das aus dem Flammspritzen entwickelte Kalt­ gasspritzen, welches in der EP 0 484 533 B1 offenbart ist. Beim Kaltgasspritzen werden Beschichtungsmaterialien in Pulverform bei Zimmertemperatur oder bei erhöhter Temperatur, aber jedenfalls unter dem Schmelzpunkt des Pulvers, in ei­ nen Gasstrom eingeleitet, der mit hohem Druck von z. B. 0,5 MPa bis 2 MPa einer Venturidüse zugeführt und in der Venturidüse beschleunigt wird, wodurch die Pulverpartikel mitbeschleunigt werden, so daß sie mit Überschallgeschwindigkeit auf das zu beschichtende Werkstück auftreffen. Das Hauptanwendungsgebiet des Kaltgasspritzens ist wie beim Flammspritzen der Korrosionsschutz sowie der Verschleißschutz insbesondere von Eisenwerkstoffen und das Wiederherstellen von Verschleißschutzschichten. Außerdem findet sich in der EP 0 484 533 B1 ein allgemeiner und nicht weiter konkretisierter Hinweis, daß das Kaltgasspritzen in den Gebieten der Metallurgie, in der Mechanik, im Flugzeugbau und in der Land­ wirtschaftstechnik, in der Automobilindustrie, in der Instrumentierungstechnik und in der Elektronik verwendet werden könnte, um korrosionsbeständige, elektrisch leitende, verschleißfeste, harte, magnetisch leitende und isolierende Schichten insbesondere auf wärmeempfindlichen Teilen zu bilden, welche vor allem auf gro­ ßen Objekten wie z. B. Seeschiffen und Binnenschiffen, Brücken und Rohren mit großer Nennweite gebildet werden. Einen Hinweis auf das Herstellen und Be­ schichten von elektrischen Kontaktstücken und deren Halbzeugen erhält der Fachmann daraus nicht.

Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:

• - Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von Schichten mit Dicken von ca. 5 µm bis ca. 5 mm. Besonders interessant und vorteilhaft ist der Bereich von 10 µm bis 100 µm. Bei Schichtdicken unterhalb von 5 µm sind die Schichten zu unregelmäßig und nicht unbedingt dicht. Für Schichten, die dicker sind als 5 mm, ist die Anwendung des Verfahrens nicht mehr sinnvoll. Die größten Kostenvorteile erzielt man im Schichtdickenbereich zwischen 10 µm und 100 µm. Bei Schichtdicken unter 5 µm sind andere Beschichtungsverfahren günstiger wie z. B. die elektrolytische Beschichtung oder PVD- und CVD- Verfahren. Bei Schichtdicken oberhalb 100 µm wird das Kaltwalzplattieren wettbewerbsfähig. Im Bereich zwischen 5 µm und 100 µm ist das erfindungsgemäße Verfahren preisgünstiger als das Kaltwalzplattieren auf der einen Seite und preiswerter als elektrolytische und nasschemische, stromlose Beschichtungsverfahren sowie PVD- und CVD-Verfahren auf der anderen Seite.
• - Es lassen sich sehr dichte, nahezu porenfreie Schichten herstellen.
• - Es sind hohe Abscheideraten möglich. Durch eine einzige Auftragsdüse können größenordnungsmäßig 2 kg pro Stunde bis 5 kg pro Stunde des Beschichtungsmaterials abgeschieden werden.
• - Die Erfindung eignet sich sowohl für das Beschichten einzelner Kontaktstücke und Kontaktträger als auch für das fortlaufende Beschichten von Halbzeugen für elektrische Kontakte und Kontaktträger.
• - Die Erfindung eignet sich für das vollflächige Beschichten von Kontaktstücken und von Halbzeugen für Kontaktstücke und Kontaktträger in Form von Bändern und Profilen ebenso wie für das Beschichten von Teilflächen (selektives Beschichten). So können z. B. Endabschnitte von Kontaktfedern unmittelbar mit einem Kontaktwerkstoff beschichtet werden oder es können einer oder mehrere Streifen auf Bändern erzeugt werden. Die genaue Begrenzung der Schichten kann durch Masken geschehen, bei Bändern z. B. durch Aufkleben von Maskenbändern oder durch Anlegen von Abdeckbändern an ein zu beschichtendes Band und synchrones Mitführen der Abdeckbänder, wobei die Synchronisierung durch eine Perforation in den Abdeckbändern und gegebenenfalls in dem zu beschichtenden Band sichergestellt werden kann, in welche synchron laufende Zahnräder eingreifen.
• - Die Beschichtung kann diskontinuierlich in Einzelschritten oder kontinuierlich im Durchlauf erfolgen. So kann z. B. auf ein bandförmiges Halbzeug eine 6 mm breite und 20 µm dicke Lotschicht im Durchlauf durch eine Flammspritzvorrichtung mit einer Bandlaufgeschwindigkeit von ca. 20 m pro Minute bis ca. 30 m pro Minute erfolgen, was eine kostengünstige Fertigung erlaubt.
• - Einzelne Kontaktstücke können aufeinanderfolgend auf ein Hilfsband geklebt werden und mit diesem fortlaufend durch eine Beschichtungsstation bewegt werden.
• - Es kann nicht nur eine einzelne Schicht, es können auch mehrere Schichten übereinander abgeschieden werden.
• - Es können Schichten aus zwei oder mehr als zwei Bestandteilen hergestellt werden, in welchen sich die Konzentration eines oder mehrerer Bestandteile über die Dicke ändert. So kann z. B. auf ein Trägerband aus Silber oder aus einer Silberlegierung eine Silber-Zinnoxid-Schicht oder eine Silber-Nickel- Schicht aufgetragen werden, in welcher die Konzentration des Zinnoxids bzw. des Nickels vom Trägerband bis zur Oberfläche der Schicht zunimmt, wodurch sich das Schaltverhalten, die Verschweißfestigkeit und die Lebensdauer optimieren lassen.
• - Oxidische Bestandteile eines Silber-Metalloxid-Verbundwerkstoffes lassen sich außerordentlich feinteilig abscheiden, was für das Schaltverhalten und die Lebensdauer (Abbrand) günstig ist. So kann man beim Flammspritzen von Silber-Zinnoxid erreichen, daß sich das Zinnoxid sehr fein ausscheidet, in der Größenordnung von nur 1 µm. Dadurch wird eine Dispersionshärtung der abgeschiedenen Schicht bewirkt und die Lebensdauer erhöht.
• - Beim Kaltgasspritzen tritt keine Oxidation der metallischen Beschichtungswerkstoffe auf.
• - Die Beschichtung kann auf Trägern, Bändern und Profilen erfolgen, welche bereits die für die fertigen Kontaktstücke oder Kontaktträger oder Leiter vorgesehenen Endabmessungen haben, so daß eine nachträgliche Verformung nicht mehr erforderlich ist. Anders als beim Herstellen von Halbzeugen in Form von Profilen und Bändern durch Strangpressen und Walzen muß die gewünschte Beschichtung die verschiedenen Verformungsschritte nicht mit durchlaufen, sondern kann erst zum Schluß aufgebracht werden, wenn der Beschichtungsträger bereits seine Endabmessung erreicht hat. Das ist insbesondere für Silber-Metalloxid- Beschichtungen von Vorteil, welche sich pulvermetallurgisch nur schwer herstellen und sich nur schwer verformen lassen. Es ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sogar möglich, die oxidische Komponente in einer Silber-Metalloxid-Schicht so feinteilig zu wählen, daß sie eine Dispersionshärtung der Schicht bewirkt, die eine weitere Verformung der Kontaktstücke oder ihrer Halbzeuge erschwert oder nicht zuläßt. Bei den bisher üblichen Verfahren, die mit Strangpressen und Walzen arbeiten, wäre so etwas nicht möglich.
• - Lote, insbesondere Silber-Hartlote und phosphorhaltige Hartlote, lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig und materialsparend so dünn auftragen, wie es für den Lötvorgang ausreichend ist. Eine kostenintensive Herstellung und Handhabung von Lotbändern und Lotbandabschnitten kann durch die Erfindung kostengünstig ersetzt werden, unter gleichzeitiger Reduzierung der Dicke der Lotschicht und des Silberverbrauches. Während beim herkömmlichen Lotauftrag mit Hilfe von Lotbändern und Lotbandabschnitten die Kosten mit sinkender Lotbanddicke steigen, sinken sie erfindungsgemäß mit sinkender Lotschichtdicke.

Die Erfindung eignet sich besonders zum Herstellen von Kontaktstücken, Leitern und Bändern oder Profilen mit einer Beschichtung aus einem Hartlot, insbeson­ dere mit einem kadmiumfreien Silber-Hartlot. Zum Aufschweißen von elektri­ schen Kontaktstücken werden sehr häufig phosphorhaltige Silber-Hartlote ver­ wendet, für die sich die Erfindung besonders eignet. Das gilt auch für das ge­ bräuchliche Silber-Hartlot L-Ag15P aus 15 Gew.-% Silber, 80 Gew.-% Kupfer und 5 Gew. % Phosphor. Solche Hartlote eignen sich besonders für das Auftra­ gen durch Flammspritzen.

Beim Kaltgasspritzen neigen Hartstoffe wie das in Pulverform zu spritzende Hart­ tot L-Ag15P dazu, von dem zu beschichtenden Substrat zurückzuprallen. Dem kann man in Weiterbildung der Erfindung dadurch begegnen, daß man den Hart­ stoff, mit welchem die Beschichtung gebildet werden soll, mit weicheren Zusätzen mischt, wobei die Mischung aus bis zu 50 Vol.-% des weicheren Pulvers beste­ hen kann, vorzugsweise zu 5 Vol.-% bis 30 Vol.-% aus dem weicheren Pulver be­ steht. So hat sich z. B. gezeigt, daß man das Lot L-Ag15P auch gut durch Kalt­ gasspritzen auftragen kann, wenn man eine Mischung aus dem Lot L-Ag15P mit zusammengenommen bis zu 30 Vol.-%, vorzugsweise 5 Vol.-% bis 20 Vol.-% Sil­ berpulver und/oder Kupferpulver mischt.

Eine andere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist das Herstellen von Leitern, die bondfähig beschichtet sind. Das Bonden ist eine Verbindungstechnik durch Reibschweißen und wird vor allem beim Verbinden von Halbleiterbauelementen mit Leiterstrukturen, z. B. mit Leadframes, angewendet. Untersucht wurde die Möglichkeit, Schichten aus Aluminium mit 1 Gew.-% Silizium (AlSi1) auf Träger aus einer Kupferbasislegierung wie CuSn6 aufzubringen. Das ist mit der Erfin­ dung möglich. Insbesondere eignet sich dafür das Verfahren des Kaltgasspritzens. Es ist aber auch möglich, andere Metalle und Legierungen für elektrische Zwecke erfindungsgemäß abzuscheiden, insbesondere Gold, Silber und Legierungen von Gold und Silber auf Träger aus Kupfer und Kupferbasisle­ gierungen wie CuSn6, Kupfer-Beryllium und Neusilber. Gold eignet sich nicht nur als Kontaktwerkstoff für Schwachstromanwendungen, sondern auch als Werkstoff für bondbare Oberflächen. Für beide Anwendungen läßt sich die Gold­ schicht erfindungsgemäß herstellen.

Natürlich lassen sich erfindungsgemäß Schichten nicht nur auf einschichtigen Trägern, sondern auch auf zweischichtigen Trägern (Bimetallen) und auf Trä­ gern, die aus mehr als zwei Schichten bestehen (z. B. Trimetallbänder) auftragen. Außerdem ist es möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine Schicht, sondern mehr als eine Schicht aufzutragen, und zwar auf einer Seite ei­ nes Trägers oder auf beiden Seiten eines Trägers. So kann z. B. auf ein Band aus Silber oder aus einer Silberlegierung auf der einen Seite durch Kaltgasspritzen oder durch Flammspritzen ein Silber-Metalloxid-Werkstoff, z. B. auf der Basis von Silber-Zinnoxid aufgebracht werden, während auf der anderen Seite ein Lot aufgetragen wird, z. B. das bereits erwähnte Lot L-Ag15P.

Lotschichten werden zweckmäßigerweise nicht dicker aufgetragen, als es für das Durchführen einer einwandfreien Lötung erforderlich ist. Am besten ist die Lot­ schicht dünner als 30 µm, vorzugsweise ist sie nur 5 µm bis 15 µm dick.

Als Trägermaterialien für die durch Kaltgasspritzen oder Flammspritzen zu bil­ denden Schichten eignen sich alle für die elektrische Stromleitung und für elektri­ sche Kontakte geeignete Werkstoffe, insbesondere Kupfer, Kupferbasislegierun­ gen, Eisen, Eisenlegierungen, verkupfertes und vernickeltes Eisen, Nickel, Silber und Silberlegierungen wie Silber - Kupfer - Nickel und Silber - Nickel.

Zum Erzeugen einer Schicht, deren Aufbau sich mit dem Abstand von der Ober­ fläche der Schicht ändert, kann man die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials, welches beim Flammspritzen in die Flamme bzw. beim Kaltgasspritzen in den Kaltgasstrom eingeleitet wird, zeitlich verändern. Dies eig­ net sich vor allem für das Beschichten von einzelnen Kontaktstücken oder Kon­ taktträgern. Beim Beschichten von Bändern oder Profilen sowie von Leadframes oder dergleichen Leiterstrukturen und beim Beschichten von Kontaktstücken, welche für den Beschichtungsvorgang auf ein Hilfsband geklebt sind, eignet sich für das Erzeugen von zusammengesetzten Beschichtungen mit über der Dicke veränderlicher Zusammensetzung vor allem eine Vorgehensweise, in welcher die zu beschichtenden Kontaktstücke, Leiter, Bänder oder Profile aufeinanderfolgend mehreren Flammen bzw. Kaltgasströmen ausgesetzt werden, welche unter­ schiedliche Mischungen von Beschichtungsmaterialien transportieren. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Beschichtungen mit einem Gradienten der Zusam­ mensetzung, sondern auch Schichtenfolgen aus unterschiedlichen Materialien bilden.

Beim Kaltgasspritzen werden die Partikel, aus denen eine Beschichtung gebildet werden soll, im Kaltgasstrom mit Überschallgeschwindigkeit transportiert. Beim Flammspritzen ist eine Überschallgeschwindigkeit der mit der Flamme transpor­ tierten schmelzflüssigen Tröpfchen des Beschichtungsmaterials nicht erforder­ lich, wird aber bevorzugt, um besonders dichte Schichten zu erhalten.

Die Schichten, die durch Flammspritzen oder Kaltgasspritzen erzeugt werden, haben verfahrensbedingt eine gewisse Rauhigkeit. Beim Herstellen von Bändern und Profilen ist es möglich, die Oberfläche der Schichten nachträglich zu glätten, insbesondere durch Kaltwalzen, was vorzugsweise ohne eine wesentliche Ver­ minderung der Dicke der Beschichtung erfolgen soll, eben nur, um sie einzueb­ nen. Dies ist von besonderem Vorteil bei Schichten, auf welchen anschließend gebondet werden soll. Im übrigen sollten die Bänder und Profile vor der Be­ schichtung durch Flammspritzen oder Kaltgasspritzen, ausgehend von einem dic­ keren Band, Stab oder Profil bereits auf ihre endgültige Dicke herabgewalzt wor­ den sein.

Die Haftung der durch Flammspritzen und insbesondere der durch Kaltgassprit­ zen erzeugten Schichten auf den Werkstücken kann durch eine nachträgliche Diffusionsglühung verbessert werden. Für Lotschichten kommt eine Diffusions­ glühung jedoch weniger in Frage, weil diese beim späteren Lötvorgang ohnehin geschmolzen werden.

Die folgenden Anwendungsbeispiele der Erfindung sind besonders erfolgversprechend:

• 1. Das Beschichten von Plättchen oder Profilen, welche aus einem Werkstoff für elektrische Kontakte bestehen, insbesondere aus einer Silberlegierung oder aus einem Silberwerkstoff, welcher eines oder mehrere Metalloxide enthält, mit einer Hartlotschicht auf ihrer Verbindungsseite, das ist die der kontaktge­ benden Vorderseite abgewandte Rückseite des Kontaktplättchens bzw. des Kontaktprofiles.
• 2. Das Beschichten von Trägerbändern für elektrische Anwendungen aus Kup­ fer, aus einer Kupferlegierung oder von verkupferten oder vernickelten Stahl­ bändern für elektrische Anwendungen mit einem oder mehreren unterbroche­ nen oder ununterbrochenen Streifen eines Hartlotes, um Kontaktplättchen, Kontaktprofilabschnitte oder sonstige zur Führung von elektrischem Strom ge­ eignete Teile auf diese Trägerbänder löten zu können. Dabei muß es sich nicht unbedingt um elektrische Kontaktteile handeln, es kann sich vielmehr auch um weitere Trägerteile oder Anschlußteile handeln, die der elektrischen Stromführung dienen, z. B. Federelemente, insbesondere Kontaktfedern oder Drahtabschnitte, welche auch flexibel sein können. Dafür sollen insbesondere für ein Kurzzeitlöten mittels elektrischer Widerstandserwärmung geeignete Lotschichten mit einer Dicke von nicht mehr als 0,1 mm, vorzugsweise von nicht mehr als 0,03 mm vorgesehen werden. Gegenüber herkömmlichen Fügeverfahren führt das zu den vorne angegebenen Vorteilen, insbesondere zu einer Vereinfachung und Verbilligung des Fügeverfahrens.

Beide Spritzverfahren, das Flammspritzen und das Kaltgasspritzen, eignen sich sowohl für das Beschichten von einzelnen Plättchen wie auch von Bändern und Profilen großer Länge mit einem Hartlot gemäß den Beispielen 1 und 2.

• 1. Das Beschichten von Trägerbändern aus einer Kupferlegierung mit einem oder mehreren Streifen aus einer Aluminium-Silicium-Legierung, insbeson­ dere aus AlSi1. Nach einer Diffusionsglühung, welche die Haftung der AlSi1- Schicht auf dem Trägerband verbessert, und nach einem Walzvorgang, wel­ cher entweder kalt oder unmittelbar an die Diffusionsglühung anschließend warm erfolgen kann und die Oberfläche der AlSi1-Schicht glättet, kann auf dieser Schicht gebondet werden. Aus solchen geschichteten Bändern herge­ stellte Stanzteile eignen sich dazu, parziell in Kunststoffgehäuse eingespritzt zu werden, wobei im Gehäuse unterzubringende elektronische Bauteile mit­ tels der Dickdraht-Bondtechnik mit den mit AlSi1 beschichteten Stanzteilen verbunden werden können.
• 2. Das Herstellen von Halbzeugen für elektrische Kontakte.
  Halbzeuge für elektrische Kontakte werden üblicherweise dadurch herge­ stellt, daß man von Blöcken mit großem Querschnitt ausgeht und diese um­ formt. Das ist sehr kostenintensiv. Das soll ein Beispiel verdeutlichen:
  Zur Herstellung eines Miniprofils mit einem Querschnitt von 1,8 mm × 0,4 mm, welches auf der kontaktgebenden Seite aus einer Silberlegierung oder aus ei­ nem Silber-Metalloxidwerkstoff und auf der Rückseite aus einer dünnen Sil­ berschicht besteht, um das Miniprofil lötbar zu machen, geht man typisch von einem Block mit einem Durchmesser von z. B. 110 mm aus und formt diesen in einer Strangpresse entsprechend um.
• 3. Erfindungsgemäß kann man statt dessen von einem dünnen Silberband aus­ gehen, welches den Silberrücken des Miniprofils bilden soll. Auf ein solches Band mit einer Breite von z. B. 12 mm wird nun der eigentliche Kontaktwerk­ stoff durch Flammspritzen oder durch Kaltgasspritzen aufgespritzt und da­ durch ein Band mit einem Querschnitt von 12 mm × 1,2 mm hergestellt. Die­ ses Band wird dann zur Reduzierung seiner Dicke gewalzt, dabei zugleich die Beschichtung geglättet, danach geglüht, längsgeteilt und danach durch noch­ maliges Walzen auf sein Sollmaß von 1,8 mm × 0,4 mm profilgewalzt. Bei die­ ser Art der Herstellung können gegenüber dem herkömmlichen Herstellungs­ verfahren für Miniprofile enorme Kosteneinsparungen erzielt werden.
• 4. In einer Abwandlung des unter 4. beschriebenen Verfahren kann das Band, welches beschichtet wird, auch aus einem anderen Werkstoff als Silber be­ stehen, z. B. aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, und ein zum Auflöten gewünschter Rücken aus Silber oder aus einem Silberhartlot kann, wie unter Ziffer 1 beschrieben, auf die Rückseite des Bandes gespritzt werden, am be­ sten bevor es längs geteilt wird. Aus einem solchen Band können durch Längsteilen, wie unter 4. beschrieben, Miniprofile hergestellt werden, oder durch Querteilen Kontaktplättchen hergestellt werden, z. B. in einer Dicke von 1,5 mm.

Claims (27)

1. Die Anwendung des Kaltgasspritzens und des Flammspritzens von überwie­ gend metallischen Materialien, nämlich von Metallen und Legierungen sowie von Mischungen oder Verbundmaterialien aus Metallen und Legierungen mit­ einander oder mit einem oder mehreren Metalloiden, Metalloxiden, Metallkar­ biden und/oder Metallnitriden zum Erzeugen von einer oder mehreren Schichten auf Werkstücken, welche der Leitung von elektrischem Strom dienen, nämlich auf elektrischen Kontakt­ stücken, auf Trägem für elektrische Kontaktstücke, auf elektrischen Leitern und auf Bändern oder Profilen, welche als Halbzeuge für elektrische Kontakt­ stücke, deren Träger und für elektrische Leiter bestimmt sind.

2. Die Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zum Herstellen von Kon­ taktstücken, Leitern und Bändern oder Profilen mit einer Schicht aus einem Hartlot.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem das Hartlot ein Silber-Hartlot ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem das Hartlot Silber, Kupfer und Phos­ phor enthält, insbesondere 15 Gew.-% Silber, 80 Gew.-% Kupfer und 5 Gew.-% Phosphor.

5. Die Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 2 zum Herstellen von bond­ fähig beschichteten Leitern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in welchem die bondfähige Schicht AlSi1 ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Beschichtungsmaterial überwie­ gend aus einem oder mehreren Edelmetallen besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem das Beschichtungsmaterial überwie­ gend aus Silber oder Gold besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, in welchem das Beschichtungsmaterial Silber und ein oder mehrere Metalloxide enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem das Beschichtungsmaterial Zinnoxid enthält.

11. Die Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Herstellung der kontaktgebenden Schicht von Kontaktbimetall- und von Kon­ takttrimetallbändern und -profilen

12. Die Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 11 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Beloten der Kontaktbimetall- und Kontakttrimetall­ bänder und -profile.

13. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 12, in welchem die Lotschicht in einer Dicke von weniger als 30 µm, vorzugsweise in einer Dicke von nur 5 µm bis 15 µm hergestellt wird.

14. Verfahren zum Kaltgasspritzen von harten Pulvem nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem harten Pulver ein wei­ cheres Pulver beigemischt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, in welchem die Mischung aus dem harten und aus dem weicheren Pulver zu 5 Vol.-% bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 5 Vol.-% bis 30 Vol.-%, aus dem weicheren Pulver besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 14 oder 15, in wel­ chem das weichere Pulver aus Silber und 1 oder Kupfer und/oder aus einer Legierung von Silber mit Kupfer besteht.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu beschichtenden Kontaktstücke, Leiter, Bänder und Profile aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, insbesondere CuSn6, aus Eisen, aus verkupfertem oder vernickeltem Eisen, aus Nickel, aus Silber oder aus einer Silberlegierung, z. B. Silber - Nickel oder Silber - Kupfer - Nickel, bestehen.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erzeugen einer 5 µm bis 5 mm dicken Schicht, insbesondere zum Erzeugen einer 10 µm bis 100 µm dicken Schicht.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erzeugen einer Schicht, deren Aufbau sich mit dem Abstand von der Oberfläche der Schicht ändert.

20. Verfahren nach Anspruch 19, in weichem die Zusammensetzung des Be­ schichtungsmaterials, welches in die Flamme bzw. in den Kaltgasstrom einge­ leitet wird, zeitlich variiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, in welchem die zu beschichtenden Kontaktstüc­ ke, Leiter, Bänder oder Profile aufeinanderfolgend mehreren Flammen- bzw. Kaltgasströmen ausgesetzt werden, welche unterschiedliche Mischungen von Beschichtungsmaterialien transportieren.

22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Be­ schichtungsmaterialien auf eine über der Schallgeschwindigkeit liegende Ge­ schwindigkeit beschleunigt werden.

23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Leiter, Bänder oder Profile nur stellenweise oder streifenweise beschichtet und zu diesem Zweck beim Beschichten durch Masken abgedeckt sind.

24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die be­ schichteten Bänder und Profile nur zum Glätten der Beschichtung ohne eine wesentliche Verminderung ihrer Dicke gewalzt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, in welchem die Bänder und Profile kalt gewalzt werden.

26. Die Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche auf Bänder und Profile, welche bereits vor der Beschichtung durch Flamm­ spritzen oder Kaltgasspritzen ausgehend von einem dickeren Band, Stab oder Profil auf ihre endgültige Dicke herabgewalzt werden.

27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die beschichteten Werkstücke einer Diffusionsglühung unterzogen werden.