EP0774529B1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (I) - Google Patents
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- C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
Definitions
- the invention relates to silver-iron materials with others oxidic additives for electrical switch contacts.
- Contact materials for use in electrical Energy technology must have high erosion resistance, low Show welding force and low contact resistance.
- Nickel especially harmful in the form of dusts Can have an impact on the human organism.
- Iron is an alternative to nickel been proposed.
- DE-OS 38 16 895 uses a silver-iron material described for electrical contacts, the in addition to silver, 3 to 30% by weight of iron and a total of 0.05 to 5% by weight of one or more of the additives manganese, copper, Zinc, antimony, bismuth oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide and Contains chromium nitride. These materials show a clearly better overtemperature behavior with a good service life compared to simple silver-iron materials, however still below the values of corresponding silver-nickel materials.
- contact materials are disclosed that next to Silver 5 to 50% by weight iron and up to 5% by weight one or several of the oxides titanium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, Tantalum oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, manganese oxide, May contain copper oxide and zinc oxide.
- a contact material is known, in addition to Silver contains iron oxide, zirconium oxide and tungsten oxide.
- EP-PS 0 586 411 is a contact material made of silver with 1 to 50 wt.% iron and 0.01 to 5 wt.% rhenium described.
- Contact materials are known from JP-A-06 100 965 which contain silver, 0.1 to 15% by weight of iron and less than 10% by weight of Cd, Sn, Sb, Zn, In, Bi and / or Te.
- An internally oxidized alloy powder made of silver with 0.05 to 10% by weight of Cd, Sn, Sb, Zn, In, Bi and / or Te is mixed with iron powder and sintered.
- the Materials made from 0.5 to 4.5% by weight iron and 0.05 to 2% by weight of one or more of the oxidic additives
- the materials are 0.2 to 1.2% by weight magnesium oxide, calcium oxide, yttrium oxide, Lanthanum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, Cerium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide and Contain silicon oxide.
- the iron content is between 0.5 and 2.5% by weight.
- the silver-iron materials used so far with others Additives normally contained between 10 and 20% by weight Iron. But it has been shown that with the reduction an improvement in the iron content Overheating behavior goes hand in hand. But at the same time the welding behavior and the service life with decreasing Iron content worsened. Surprisingly, it did it has now been shown that by adding the oxides mentioned in Amounts between 0.05 to 2% by weight of the service life and Welding safety increases disproportionately, without the Overtemperature value deteriorates. It is for the overtemperature behavior is advantageous if the Iron content is below 4.5%.
- the materials are resistance weldable and connections with Copper base materials show high Connection strengths. Have proven particularly successful Materials whose iron content is less than 2.5% by weight and the The amount of oxidic additives is less than 1.2% by weight.
- the materials can be manufactured economically and are in all switching characteristics with the Silver-nickel tooling comparable, especially the Overtemperature shows values that also Achieve silver-nickel materials.
- the materials are manufactured using powder metallurgy by mixing the appropriate powder, cold isostatic Pressing, sintering and extrusion into wires or Profiles.
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Description
Die Erfindung betrifft Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren
oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte.
Kontaktwerkstoffe für den Einsatz in der elektrischen
Energietechnik müssen eine hohe Abbrandfestigkeit, geringe
Verschweißkraft und niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen.
Für luftoffene Schaltgeräte der Niederspannungstechnik hat
sich für Schaltströme von kleiner als 100A der
Verbundwerkstoff Silber-Nickel bewährt. Er besitzt eine
hohe Abbrandfestigkeit bei sehr gutem
Übertemperaturverhalten.
Ein Nachteil dieses Werkstoffes liegt jedoch darin, daß
Nickel insbesondere in Form von Stäuben schädliche
Auswirkungen auf den menschlichen Organismus haben kann.
Als Alternative zu Nickel ist verschiedentlich Eisen
vorgeschlagen worden.
In der DE-OS 38 16 895 wird die Verwendung eines Silber-Eisen-Werkstoffs
für elektrische Kontakte beschrieben, der
neben Silber 3 bis 30 Gew.% Eisen und insgesamt 0,05 bis
5 Gew.% von einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer,
Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid und
Chromnitrid enthält. Diese Werstoffe zeigen ein deutlich
besseres Übertemperaturverhalten bei guter Lebensdauer
gegenüber einfachen Silber-Eisen-Werkstoffen, liegen jedoch
noch unter den Werten entsprechender Silber-Nickel-Werkstoffe.
Das gilt auch für weitere bekannte Kontaktwerkstoffe auf
der Basis Silber-Eisen. In der DE-OS 39 11 904 werden
beispielsweise Kontaktwerkstoffe geoffenbart, die neben
Silber 5 bis 50 Gew.% Eisen und bis zu 5 Gew.% eines oder
mehrerer der Oxide Titanoxid, Zirkoniumoxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Manganoxid,
Kupferoxid und Zinkoxid enthalten kann. Aus der
DE-OS 43 43 550 ist ein Kontaktwerkstoff bekannt, der neben
Silber Eisenoxid, Zirkoniumoxid und Wolframoxid enthält. In
der EP-PS 0 586 411 wird ein Kontaktwerkstoff aus Silber
mit 1 bis 50 Gew.% Eisen und 0,01 bis 5 Gew.% Rhenium
beschrieben. Aus der JP-A-06 100 965 sind Kontaktwerkstoffe bekannt, die Silber, 0,1 bis 15 Gew.% Eisen und weniger als 10 Gew.% von Cd, Sn, Sb, Zn, In, Bi und/oder Te enthalten. Ein intern oxidiertes Legierungspulver aus Silber mit 0,05 bis 10 Gew.% von Cd, Sn, Sb, Zn, In, Bi und/oder Te wird mit Eisenpulver gemischt und gesintert.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen
für elektrische Schaltkontakte zu finden, die in ihrer
Verschweißneigung, Kontaktwiderstand und Lebensdauer den
bekannten Silber-Nickel-Werkstoffen möglichst nahe kommen.
Des weiteren muß der Werkstoff wirtschaftlich als Draht
herstellbar sein und durch Widerstandschweißen auf
Kontaktträgerstoffe aufgeschweißt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Werkstoffe aus 0,5 bis 4,5 Gew.% Eisen und 0,05 bis 2 Gew.%
von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid, Zinkoxid,
Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest
Silber, bestehen.
Vorzugsweise setzt man 0,2 bis 1,5 Gew.% oxidische
Bestandteile zu.
Besonders bewährt hat es sich, wenn die Werkstoffe 0,2 bis
1,2 Gew.% Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid,
Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid,
Ceroxid, Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid und
Siliziumoxid enthalten.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Eisengehalt
zwischen 0,5 und 2,5 Gew.% liegt.
Die bisher verwendeten Silber-Eisenwerkstoffe mit weiteren
Zusätzen enthielten normalerweise zwischen 10 und 20 Gew.%
Eisen. Es hat sich aber gezeigt, daß mit der Reduzierung
des Eisengehaltes eine Verbesserung des
Übertemperaturverhalten einhergeht. Gleichzeitig wird aber
das Verschweißverhalten und die Lebensdauer mit abnehmendem
Eisen-Gehalt verschlechtert. Überraschenderweise hat es
sich nun gezeigt, daß durch Zusatz genannter Oxide in
Mengen zwischen 0,05 bis 2 Gew.% die Lebensdauer und
Verschweißsicherheit überproportional steigen, ohne das der
Übertemperaturwert verschlechtert wird. Dabei ist es für
das Übertemperaturverhalten von Vorteil, wenn der
Eisen-Gehalt unter 4,5 % liegt. Die Werkstoffe sind
widerstandsschweißbar und Verbindungen mit
Kupfer-Trägerwerkstoffen zeigen hohe
Verbindungsfestigkeiten. Besonders bewährt haben sich
Werkstoffe, deren Eisen-Gehalt unter 2,5 Gew.% und die
Menge der oxidischen Zusätze unter 1,2 Gew.% liegen.
Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und
sind in allen Schalteigenschaften mit dem
Silber-Nickel-Wersktoff vergleichbar, insbesondere die
Übertemperatur zeigt Werte, die auch die
Silber-Nickel-Werkstoffe erzielen.
Dies wurde durch elektrische Schaltversuche in
serienmäßigen Schützen nachgewiesen. Die Versuche wurden in
einem 5,5 KW-Schütz unter den Schaltbedingungen AC1 nach
DIN VDE 0660 durchgeführt. Die Übertemperaturmessung
erfolgte an den Kontaktbrücken bei einer Strombelastung von
20 A und wurde jeweils nach 200.000 Schaltungen gemessen.
Die Werkstoffe und die Ergebnisse der mit diesen
Werkstoffen durchgeführten Schaltversuche nach einer
Gesamtschaltbelastung von 600.000 Schaltspielen sind in
folgender Tabelle enthalten und zeigen die Verbesserung der
erfindungsgemäßen Werkstoffe hinsichtlich der
Kontakterwärmung gegenüber den bekannten Werkstoffen AgNi20
und AgFe8,5Zn1,5.
| Werkstoff | Mittlere Übertemperatur in K |
| AgNi20 | 90 |
| AgFe8,5Zn1,5 | 116 |
| AgFe4MgO1 | 95 |
| AgFe2MgO0,5 | 87 |
| AgFe4Y2O3 1 | 100 |
| AgFe2Y2O30,5 | 88 |
| AgFe4CeO1 | 102 |
| AgFe2CeO0,5 | 91 |
| AgFe4Ta2O51 | 109 |
| AgFe2Ta2O50,5 | 99 |
| AgFe4ZnO1 | 107 |
| AgFe2ZnO0,5 | 98 |
| AgFe4Al2O31 | 102 |
| AgFe2Al2O30,5 | 91 |
| AgFe4SnO21 | 107 |
| AgFe2SnO20,5 | 97 |
| AgFe2SiO20,5 | 94 |
Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch
durch Mischen der entsprechenden Pulver, kaltisostatischem
Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder
Profilen.
Claims (4)
- Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte, welche
aus 0,5 bis 4,5 Gew.% Eisen und 0,05 bis 2 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Nioboxid, Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,5 Gew.% oxidischer Bestandteile enthalten. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,2 Gew.% Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Ceroxid, Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthalten. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eisengehalt zwischen 0,5 bis 2,5 Gew.% liegt.
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