KR100758013B1 - 전기접점 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차단기, 접촉기, 방전가공용 전극 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 전기접점과 그 제조방법에 관한 것으로서, 백-솔더링 또는 백-브레이징 기술에 따라 전기접점을 제조하는 과정에서 기재의 표면처리 후 도금방법으로 삽입금속을 형성함으로서 삽입금속과 기재와의 접합력을 증진시킬 수 있으므로 궁극적으로는 전기접점과 모재와의 접합력을 증진시킬 수 있으며, 특히 전기접점을 제조하기 위한 기재로 텅스텐 베이스를 사용하는 경우에도 2∼10㎛의 얇은 은층을 형성하여 전기접점의 단점인 생산 고비용의 문제를 해결하고 상업적으로 만족할 만한 접합특성을 지니는 전기접점과 그 제조방법을 제공한다.

Description

전기접점 및 그 제조방법{Electric contact and processing method of the same}

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 전기접점의 확대 단면 사진.

도 2는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 전기접점의 확대 단면 사진.

도 3은 전기접점을 구리모재에 접합한 것을 나타낸 사진.

도 4는 전기접점을 구리모재에 접합한 시험편의 접합강도를 측정하기 위한 장치의 개략도.

도 5는 실시예 1에서 제조된 전기접점을 모재에 부착한 경우의 접합강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프.

도 6는 비교예 1에서 제조된 전기접점을 모재에 부착한 경우의 접합강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 차단기, 접촉기, 방전가공용 전극 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 전기접점과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기재의 표면에 삽입금속을 형성한 다음 융가제를 도포한 후 열처리하여 모재와 접합시 간단한 열 처리만으로 모재와 전기접점을 쉽게 접합할 수 있도록 한 백-솔더링(back-soldering) 또는 백-브레이징(back-brazing)기술에 바탕을 둔 전기접점과 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 차단기, 접촉기, 방전가공용 전극 등을 제조하기 위해서는 모재와 전기접점을 상호 접합시키는 과정을 실시하게 된다. 일반적으로 모재와 전기접점의 상호접합은 융가제(Filler metal)를 사용하는 기술이 널리 사용되고 있는데, 융가제를 가지고 접합하는 기술은 크게 웰딩(welding), 브레이징(brazing), 솔더링(soldering)으로 나눌 수 있다. 흔히 웰딩을 용접, 브레이징을 경납땜, 솔더링을 연납땜으로 말하기도 한다.

이러한 공법들의 차이는 모재와 전기접점을 상호접합하기 위해 사용되는 융가제의 용융온도에 의해 구분된다. 즉, 융가제의 용융온도가 450℃ 미만인 것을 사용하여 모재와 삽입금속을 상호 접합시키는 것을 솔더링이라고 하며, 융가제의 용융온도가 450℃ 이상이면서 모재의 녹는점 이하의 열을 가하여 모재와 삽입금속을 상호 접합시키는 것을 브레이징이라고 하며, 모재의 용융점 이상에서 접합하는 것을 용접이라 한다.

종래에는 모재와 전기접점을 상호 접합시키기 위해 주로 접합력이 좋은 아크 용접방법을 사용하여 왔으나, 아크 용접방법은 접합부위와 미세조직이 불균일하게 형성되어 제품 수명을 단축시키고, 아크 용접 후 후가공 공정을 실시하여야 하므로 제품의 생산단가를 높이는 요인으로 작용하여 왔으며, 모재의 용융점 이상으로 가열함에 따라 모재가 손상되는 문제점이 있다.

이러한 문제점으로 인하여 전기접점과 모재를 상호 접합시키기 위해 솔더링이나 브레이징이 방법이 점차 각광받고 있다. 이러한 솔더링이나 브레이징 방법은 통상적으로 기재에 삽입금속인 은(Ag)층을 형성하여 전기접점을 얻고, 여기에 융가제를 도포한 후 열처리하면서 모재와 접합하는 방법이 사용되고 있다. 최근에는 제품의 생산성과 작업효율성을 높이기 위하여 기재에 접점을 형성하는 단계에서 융가제를 부착시킴으로서 모재와 접합시 간단한 열처리만으로 모재와 전기접점을 쉽게 접합할 수 있도록 한 백-솔더링 또는 백-브레이징 기술이 사용되어 있다.

그러나, 백-솔더링 또는 백-브레이징 기술에 따라 기재의 표면에 삽입금속인 은을 형성시켜 전기접점을 제조하는 과정에서 기재의 표면이 산화되어 있어 접점을 형성시키는데 사용되는 은(Ag)과의 접합력이 낮아지는 문제점이 있는데, 이는 결국 모재와 전기접점과의 접합력을 낮추어 주므로 제품수명의 단축을 야기하는 문제점이 있다.

또한, 전기접점을 제조하기 위한 기재로 텅스텐(W) 베이스를 사용하는 경우 은과의 젖음성이 좋지 않아 두께 200∼300㎛의 은박을 압연가공에 의해 텅스텐 베이스에 접합하여 전기접점을 제조하게 되는데, 이때 균일한 은층을 형성하기 위하여 압연가공시 필요 이상의 두께의 은을 사용하게 되고, 압엽 후 표면처리과정에서 고가인 은의 다량 손실이 발생하게 되므로 제품의 제조단가의 상승을 초래하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 백-솔더링 또는 백-브레이징 기술에 따라 전기접점을 제조하는 과정에서 삽입금속과 기재와의 접합력을 증진시킬 수 있으며, 특히 기재로 텅스텐 베이스를 사용하는 경우에도 2∼10㎛의 얇은 은층을 형성하여 전기접점의 단점인 생산 고비용의 문제를 해결하고 상업적으로 만족할 만한 접합특성을 지니는 전기접점의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로서 모재와의 접합시 간단한 열처리만으로 쉽게 접합시킬 수 있는 전기접점을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기재의 표면에 삽입금속을 형성한 다음 그 표면에 융가제를 도포한 후 열처리하여 전기접점을 제조하는 방법에 있어서, 상기 기재의 표면을 환원처리한 후 전기도금을 실시하여 삽입금속을 형성시키는 것임을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로서 환원처리한 기재의 표면에 도금된 삽입금속이 형성된 것임을 특징으로 하는 전기접점을 제공한다.

이하 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전기접점의 제조방법은 기재의 표면을 환원처리한 후 전기도금을 실시하여 삽입금속을 형성시킨 다음 그 표면에 융가제를 도포한 후 열처리하는 것으로 이루어진다.

즉, 본 발명은 기재에 삽입금속을 형성하기 위하여 종래 압연으로 형성하던 것을 전기도금으로 형성하되, 전기도금시 용이하게 삽입금속이 형성될 수 있도록 하기 위하여 전처리공정으로 기재의 표면을 환원처리한 것에 그 특징이 있다.

여기서, 기재의 표면을 환원처리하는 것은 통상 기재의 표면에 산화물이 존재하여 삽입금속과의 접합력이 떨어질 수 있으므로 이를 방지하기 위함이며, 아울러 환원처리과정에서 기재의 표면에 잔존하는 불순물을 제거하여 기재와 삽입금속사이의 접합력이 좀더 증진될 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 삽입금속과 기재의 접합력이 증진되면 궁극적으로 제조된 전기접점과 모재와의 접합력이 증진되는 것이므로 최종 제품의 내구성을 증진시킬 수 있게 된다.

상기에서 기재는 통상의 차단기, 접촉기, 방전가공용 전극 등의 제조에 사용되는 구리 베이스나 은 베이스 또는 텅스텐 베이스에서 선택될 수 있다. 이때 구리 베이스 은베이스 및 텅스텐 베이스는 각각 구리나 은 또는 텅스텐으로 이루어지거나 이들을 주재로 하는 혼합금속일 수 있음을 밝혀둔다.

이때, 기재가 텅스텐 베이스인 경우 종래의 방법으로 삽입금속을 형성하게 되면 삽입금속과의 접합력이 떨어져 모재와의 접합력이 떨어지게 되나 본 발명에서는 기재로 텅스텐 베이스를 사용하여도 삽입금속과의 접합력이 우수하여 모재와의 접합력이 우수하게 된다.

삽입금속 역시 통상의 차단기, 접촉기 방전가공용 전극 등의 제조시 사용되는 은, 구리 또는 금에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 은을 사용하는 것이 좋다.

상기에서 설명한 바와 같이 기재와 삽입금속과의 접합력을 증진시키기 위하여 기재의 표면을 환원처리하게 된다. 이때 환원처리는 다양한 방법이 접목될 수 있으나, 본 발명에서는 환원가스 존재하에서 600∼900℃에서 30∼120분간 가열하여 기재의 표면에 잔존하는 산화물과 불순물을 제거하였다. 이때, 환원가스는 다양한 가스가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 수소가스를 사용하는 것이 좋다.

환원처리를 위해 수소가스를 지속적으로 공급하면서 가열하게 되는데, 가열온도가 900℃를 초과할 필요는 없으며, 가열온도가 600℃ 미만일 경우 산화물의 제거가 완전하게 이루어지지 않아 삽입금속과의 접합력이 떨어지는 문제점이 있으므로 가열은 600∼900℃로 실시하는 것이 좋다. 가열시간은 120분을 초과할 필요는 없으며, 가열시간이 30분 미만일 경우 기재 표면의 산화물 제거가 충분하게 이루어지지 않아 삽입금속과의 접합력이 저하되는 문제점이 있으므로 가열시간은 30∼120분간 실시하는 것이 좋다.

위와 같이 기재의 표면을 환원처리한 후에는 전기도금을 실시하여 삽입금속을 형성하게 되는데, 전기도금은 필요에 따라 다양한 공지기술이 접목될 수 있다. 본 발명에서는 AgNO₃ 전해질내에서 1∼5A의 전류를 이용하여 20∼60분간 실시하여 2∼10㎛의 두께를 갖는 삽입금속을 형성하였다.

결국, 본 발명에 따른 삽입금속은 2∼10㎛의 두께를 갖는데 반하여, 종래 압연에 의한 방법은 200∼300㎛의 두께를 가짐에 따라 기존에 비하여 두께가 약 1/100정도로 줄어들어 제조단가를 현저하게 낮출 수 있으며, 특히 삽입금속으로 은 을 사용하는 경우 손실되는 고가의 은을 현저하게 줄일 수 있어 전기접점의 제조단가를 현저하게 낮출 수 있게 된다.

위와 같이 환원처리 후 전기도금으로 삽입금속을 형성하게 되면 기재와 삽입금속간의 접합력이 매우 증진되는데, 기재가 텅스텐 베이스인 경우에도 삽입금속과의 접합력이 우수하여 모재와의 접합력이 우수하게 된다.

전기도금을 통해 삽입금속의 형성이 완료되면 융가제를 도포한 후 열처리하게 된다. 융가제는 통상의 솔더링이나 브레이징에 사용되는 것을 선택하여 사용할 수 있으며, 융가제의 도포는 PVA와 같은 액상 유기 바인더와 융가제를 혼합한 후 삽입금속의 표면에 도포하면 된다.

열처리는 수소 분위기에서 시행하면 되고, 열처리하여 액상 유기바인더를 완전히 제거한 후 융가제를 용융시킨 후 냉각시키면 본 발명에 따른 전기접점의 제조가 완료된다. 여기서 액상의 유기바인더는 열처리과정에서 완전히 제거될 수 있는 것이면 충분하다.

이와 같이 백-솔더링 또는 백-브레이징 기술에 따라 제조된 전기접점, 즉 기재에 삽입금속을 형성하고 여기에 융가제를 도포한 후 열처리 하여 제조된 본 발명에 따른 전기접점은 환원처리한 기재의 표면에 삽입금속이 도금되어 형성된 것으로서, 도금된 삽입금속의 두께가 2∼10㎛로 매우 작으면서도 우수한 접합력을 나타내며, 특히 모재와의 접합시 열처리만 실시하면 용이하게 접합시킬 수 있어 제품의 생산력과 제조율성을 높일 수 있게 된다. 아울러 삽입금속과 기재와의 접합력이 우수하여 궁극적으로 전기접점과 모재와의 접합력이 우수해지므로 최종 제품의 내 구성을 증진시킬 수 있게 된다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

W-40wt%Ag의 조성을 지니는 차단기 접점 제조용 기재(접촉면적이 0.28㎠)를 수소 분위기(99.99%)의 로에 장입하고 30℃/min로 900℃까지 승온시킨 후 1시간 유지하여 기재의 표면에 잔존하는 산화물 및 불순물을 제거한다. 이 후 질산은에 시안화칼륨, 시안화은을 넣은 전해액이 담겨진 도금조에 넣고 5A 전류로 20분가량 도금하여 3 ㎛의 은 도금층을 얻었다. 은 도금된 접점의 접합부에 융가제로 브레이징용 금속분말(BCuP-5, 80wt%Cu-15wt%Ag-5wt%P)을 액상 유기 바인더(PVA)와 혼합하여 도포한 후 350℃까지 분당 30℃의 속도로 승온하여 액상 유기 바인더를 완전 제거한 다음 720℃까지 분당 10℃의 속도로 승온 후 냉각하여 전기접점을 제조하였다.

<비교예 1>

W-40wt%Ag의 조성을 지니는 차단기 접점 제조용 기재(접촉면적이 0.28㎠)에 압연가공으로 300㎛ 두께의 은층을 형성한 후 은층에 융가제로 브레이징용 금속분말(BCuP-5, 80wt%Cu-15wt%Ag-5wt%P)을 액상 유기 바인더(PVA)와 혼합하여 도포한 후 350℃까지 분당 30℃의 속도로 승온하여 액상 유기 바인더를 완전 제거한 다음 720℃까지 분당 10℃의 속도로 승온 후 냉각하여 전기접점을 제조하였다.

<실험예 1>

상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 전기접점의 확대 단면사진을 각각 도 1 및 도 2에 도시하였다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 전기접점의 200배 확대 단면사진이고, 도 2는 종래의 방법에 따라 제조된 전기접점의 100배 확대 단면사진으로서 사진에서 각각 상단부가 기재, 중간이 삽입금속인 은층, 하단이 융가제를 나타낸다.

은층의 두께 확인을 위하여 본 발명에 따라 제조된 전기접점의 단면(도 1)을 종래의 방법에 따라 제조된 전기접점의 단면(도 2)보다 2배 더 확대하였으며, 그럼에도 불구하고 도 2에 도시된 은층은 도 1에 도시된 은층에 비하여 매우 뚜꺼운 것을 확인할 수 있다.

<실험예 2>

실시예 1과 비교예 1에서 제조된 전기접점을 구리모재에 올려놓고 670℃에서 150초 동안 열처리하여 도 3과 같이 모재와 전기접점을 접합시켰다. 이렇게 접합된 구리모재와 전기접점의 접합력을 측정하기 위하여 도 4에서와 같이 바이스에 모재와 전기접점을 접합한 것을 고정시킨 후 전기접점에 전단응력을 가하여 접합강도를 측정하였다.

이렇게 측정된 접합강도를 도 5와 도 6에 나타내었다. 여기서 도 5는 실시예 1에서 제조된 전기접점을 모재에 부착한 경우의 접합강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6는 비교예 1에서 제조된 전기접점을 모재에 부착한 경우의 접합강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 전기접점을 사용하여 모재 에 부착한 경우 접합강도는 321Kg중/㎠(97.13Kg을 기재의 접촉면적인 0.28㎠로 나눈 값)를 나타내고 있으며, 종래의 전기접점을 사용하여 모재에 부착한 경우 접합강도는 214Kg중/㎠(60Kg을 기재의 접촉면적인 0.28㎠로 나눈값)를 보이고 있어 본 발명에 따라 전기접점을 제조하고 모재와 부착한 경우 매우 적은량의 삽입금속층을 형성하면서도 매우 우수한 접합강도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존의 전기접점 제조방법에 비하여 적은량의 삽입금속을 형성하고도 매우 뛰어나 접합강도를 얻을 수 있어 내구성 증진에 도움을 줄 수 있으며, 특히 텅스텐을 기재로 사용하는 경우에도 우수한 접합력을 얻을 수 있고, 삽입금속으로 은을 사용하는 경우 기존 전기접점에서의 두께에 비하여 현저하게 두께가 얇고 사용량이 적어 생산 단가의 절감을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 기재의 표면에 삽입금속을 형성한 다음 그 표면에 융가제를 도포한 후 열처리하여 전기접점을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 기재의 표면을 환원처리한 후 전기도금을 실시하여 삽입금속을 형성시키는 것임을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 기재는 텅스텐 베이스, 구리 베이스 또는 은 베이스인 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 삽입금속은 은, 구리, 금 중 어느 하나에서 선택된 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 환원처리는 환원가스 존재하에서 600∼900℃에서 30∼120분간 가열하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 환원가스는 수소가스인 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 전기도금은 AgNO₃ 전해질내에서 1∼5A의 전류를 이용하여 20∼60분간 실시하여 두께 2∼10㎛의 삽입금속을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조방법.
9. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 것으로서 환원처리한 기재의 표면에 도금된 삽입금속이 형성된 것임을 특징으로 하는 전기접점.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 도금된 삽입금속은 2∼10㎛의 두께를 갖는 것임을 특징으로 하는 전기접점.
11. 청구항 9 또는 10에 있어서,

    상기 기재는 텅스텐 베이스, 구리 베이스 또는 은 베이스에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 전기접점.
12. 삭제
13. 청구항 9 또는 10에 있어서,

    상기 삽입금속은 은, 구리, 금 중 어느 하나에서 선택된 것임을 특징으로 하는 전기접점.
14. 삭제

Images