DE1106967B

DE1106967B - Verwendung indiumhaltiger Legierungen als Werkstoff zur Herstellung von Kontakten

Info

Publication number: DE1106967B
Application number: DES36426A
Authority: DE
Inventors: Otto Roemer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-11-21
Filing date: 1953-11-21
Publication date: 1961-05-18

Description

Verwendung indiumhaltiger Legierungen als Werkstoff zur Herstellung von Kontakten An elektrischen Kontakteinrichtungen, insbesondere an solchen mit häufig betätigten Kontakten, treten oft Kontaktstörungen auf, die durch den Schaltvorgang selbst entstehen. Durch Kontaktschläge und Reibung wird die Kontaktfläche deformiert; es entsteht ein mechanischer Abrieb bzw. eine Abnutzung der Kontaktfläche, bei der sich ein feiner Metallstaub mit adsorbierten Gasschichten bildet. Dieser Metallstaub ist nicht so korrosioxns- und oxydationsbeständig wie der eigentliche Kontaktwerkstoff. Durch - die andauernden Kontaktschläge und die Reibung an den Kontaktstellen wird der Metallstaub wieder in die Kontaktflächen eingedrückt. Auf diese Weise vollzieht sich eine Reiboxydation, welche eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zur Folge hat. Ferner kann durch den Schaltvorgang das leitende Kristallgitter in eine amorphe, nichtleitende Schicht umgewandelt werden. Die durch diese Vorgänge veränderte, aufgerauhte Kontaktfläche ist der Korrosion und Oxydation leicht zugänglich und begünstigt die Bildung von Deckschichten aus den im Luftraum vorhandenen Molekülen flüchtiger Stoffe, welche aus Isolierstoffen, Lacken, Farben und sonstigen Stoffen ausgeschieden werden. Die geschilderten Vorgänge rufen ein erhebliches Ansteigen des Kontaktwiderstandes hervor und wirken sich besonders nachteilig in Kontaktkreisen mit schwacher Belastung aus, z. B. in Sprechkreisen, Hochfrequenz-, Meß- und Signalstromkreisen, ferner in allen Kontaktkreisen, in denen durch Funkenlöschung kein Schaltfeuer entsteht. Denn ein Schaltfeuer kann diese Störungen durch Verbrennung der Störschichten zum Teil unwirksam machen.
Sämtliche erwähnten Störungen treten bei Schleifkontakten in zum Teil noch stärkerem Maße auf. Hierbei kann sich als Störung zusätzlich auswirken, daß durch das betriebsmäßige Fetten der Kontaktflächen oder durch das Belegen mit anderen Oberflächenfilmen, z. B. mit Wasser- oder Sauerstoffhäuten, auf den Kontaktflächen Polierschichten entstehen, die ebenfalls einen hohen Widerstand besitzen. Besonders nachteilig ist, daß bei Schleifkontakten die durch Reiboxydation entstehenden Schichten auf den rotierenden Kontaktflächen verschieden verteilt und verschieden stark sind. Dies hat zur Folge, daß der elektrische und mechanische Verschleiß auf der gesamten Schleiffläche ungleichmäßig verteilt ist, so daß im Laufe des Betriebs die rotierende Fläche unrund wird und der Auflagedruck der Schleifkontakte stark schwankt, wodurch die Stromführung ebenfalls gestört wird und der elektrische und mechanische Verschleiß noch stärker ansteigen. Eine zusätzliche Korrosion, besonders in angreifenden Atmosphären, beschleunigt die zerstörende Wirkung.
Zur Behebung dieser Störungen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den bekannten Kontaktwerkstoffen, nämlich Silber, Gold, Platin, Rhodium, Iridium, Osmium, Kupfer oder Nickel, 1 bis 9 Gewichtsprozent Indium zuzusetzen, gegebenenfalls mit den für solche Kontaktlegierungen üblichen weiteren Legierungszusätzen, und diese Kontaktwerkstoffe für niederbelastbare Kontakte der Schwachstromtechnik, z. B. in Sprechstromkreisen, Hochfrequenz-, Meß- und Signalstromkreisen zu verwenden.

Neben den schon erwähnten, bis auf geringe Verunreinigungen reinen Metallen sind die in folgender Zusammensetzung bereits bekannten Legierungen für einen Zusatz von 1 bis 9 Gewichtsprozent Indium besonders geeignet

Silber-Kadmium, und zwar bis 30 °% Cd,

Rest Ag

Silber-Kadmium-Kupfer, und zwar bis 25 °/o Cd,

bis 20 °/o Cu, Rest Ag

Silber-Kupfer-Phosphor, und zwar bis 12"/, Cu,

bis 1 °/o P, Rest Ag

Gold-Silber, und zwar bis 40 °% Ag,

Rest Au

Gold-Silber-Kupfer, und zwar bis 40 Ag,

bis 20 °/o Cu, Rest Au

Gold-Silber-Nickel, und zwar bis 40 % Ag,

bis 8 °/, Ni, Rest Au

Gold-Silber-Platin, und zwar bis 40 °/o Ag,

bis 15 °/o Pt, Rest Au

Gold-Kupfer, und zwar bis 20 °/o Cu,

Rest Au

Gold-Nickel, und zwar bis 12 °/o Ni,

Rest Au

Gold-Platin, und zwar bis 100/, Pt,

Rest Au

Gold-Kobalt, und zwar bis 10°/Q Co,

Rest Au

Platin-Iridium, und zwar bis 400/Q Ir,

Rest Pt

Platin-Nickel, und zwar bis 12 0/Q Ni,

Rest Pt

Osmium-Iridium, und zwar bis 50 0/Q Ir,

Rest Os

Rhodium-Nickel, und zwar bis 50 0/Q Ni,

Rest Rh

Kupfer-Zink, ('Messing), und zwar bis 40 0/Q Zn,

Rest Cu

Kupfer-Zinn,

(Zinnbronze), und zwar bis 8 0/Q Sn,

Rest Cu

Kupfer-Beryllium,

(Berylliumbronze), und zwar bis 40/Q Be,

Rest Cu

Kupfer-Aluminium,

(Aluminiumbronze), und zwar bis 10 0/Q Al,

Rest Cu

Kupfer-Chrom,

(Chrombronze), und zwar bis 2 0/Q Cr,

Rest Cu

Kupfer-MT ckel,

(Neusilber), und zwar bis 260/Q Ni,

Rest Cu

Das zugesetzte Indium kann mit dem Kontaktwerkstoff auf dem Schmelzweg eine homogene Legierung bilden oder nach dem pulvermetallurgischen Verfahren auf dem Sinterwege als Verbundstoff mit dem Kontaktwerkstoff verbunden sein; es kann aber auch galvanisch oder durch Kathodenzerstäubung auf den Kontaktwerkstoff aufgebracht und durch thermische Behandlung reit demselben derart legiert oder in denselben so eindiffundiert sein, daß an diesen Stellen eine homogene Legierungszone ausreichender Dicke vor allem natürlich im Kontaktbereich entsteht.

Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Indium-zu den genannten bekannten Kontaktwerkstoffen bei Abhebe-, Steck-, Klemm- und Schleifkontakten wird die mechanische Deformierung der Kontaktflächen, besonders die Metallstaubbildung durch mechanischen Abrieb und die Bildung von Polierschichten auf den Kontaktflächen, unterdrückt. Die Werkstoffeigenschaften des Kontaktwerkstoffes werden in der Richtung günstig beeinflußt, daß bei Schleifkontakten dieselben, ohne zu haften oder zu Fressungen zu neigen, gegeneinander stetig gleiten und gegebenenfalls noch auftretende geringe Verformungen der Oberfläche ohne Bildung von Metallstaub vor sich gehen. Es wird eine saubere, stets gleichmäßig gleitende Bewegung erzielt und somit auch die Korrosion auf den gleitenden und/oder abhebenden Flächen verringert, so daß eine Reiboxydation nicht entstehen kann und ein stets konstant bleibender kleiner Widerstand gegen den elektrischen Angriff und die Abnutzung durch Materialwanderung und Materialverlust (Abbrand) erreicht wird. Bei Abhebekontakten wird ein Verschweißen und Kleben der Kontaktstellen unterdrückt. Das störungsfreie Arbeiten beim Schaltvorgang verringert Kontaktprellungen, wodurch der elektrische Verschleiß ebenfalls herabgesetzt wird.
Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Indium zu den bisher üblichen Kontaktwerkstoffen aus Kupfer und/oder Silber mit Legierungsbestandteilen aus Kadmium, Aluminium, Gold, Palladium, Platin, Beryllium oder anderen bekannten Metallbeimischungen wird auch der Angriff von Öl- und Fettsäuren in Ölschaltern und durch Kontaktfette und -öle auf die Schaltkontakte erheblich verringert. Ferner wird das Verhalten in den Tropen durch die erfindungsgemäßen Zusätze günstig beeinflußt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verwendung einer Legierung auf der Basis Silber, Gold, Platin, Rhodium, Iridium, Osmium, Kupfer oder Nickel, gegebenenfalls mit den für solche Kontaktlegierungen üblicherweise verwendeten weiteren Legierungszusätzen, die außerdem aus 1 bis 911/, Indium bestehen, als Werkstoff für niedrig belastete Kontakte. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 701302, 832 067; österreichische Patentschrift Nr. 150282; schweizerische Patentschrift Nr. 155 832; USA.-Patentschrift Nr. 1960 740. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1022 385.