KR20060018215A - 주석제의 내부식성 층을 구비한 텅스텐제의 접촉편 - Google Patents

Abstract

본 발명의 주제는 지지부 상에 솔더링되는 텅스텐 도금을 구비하는 접촉편으로서, 솔더층과 선택적으로 지지부의 적어도 일부는 텅스텐보다 덜 귀한 금속층에 의해 피복된다. 텅스텐 도금의 내부식성은 본 발명에 의해 상당히 향상된다.

Description

기본 금속제의 내부식성 층을 구비한 텅스텐제의 접촉편{CONTACT PIECE MADE OF TUNGSTEN PROVIDED WITH A CORROSION-RESISTANT LAYER MADE OF BASE METAL}

본 발명은 기본 금속제의 내부식성 층을 구비한 텅스텐제의 접촉편에 관한 것이다.

우수한 번오프(burn-off) 저항으로 인해, 모든 고용융 금속들 중 텅스텐은 상당한 스파크 형성과 높은 스위칭 순서의 조합이 논쟁이 될 때마다 전자 기계적 스위칭 장치에서 접점 도금으로서 사용하기 위해 선택하는 금속이다. 접촉력이 충분히 높고 최소의 스위칭 전압이 제공된다고 가정하면, 텅스텐 접촉편은 차량 단속기, 차량 혼 및 릴레이 등의 다양한 스위칭 장치에 문제없이 사용될 수 있다. 일반적으로, 접촉편은 연강 또는 구리로 제조된 리벳형 지지부에 솔더링된 접점 도금으로서 텅스텐 플레이트를 구비하는 리벳으로서 제조된다(도 1 참조).

그러나, 텅스텐은 귀금속이 아니다. 스위칭이 대기 중에서 수행될 때, 산화 피막이 표면에 존재할 것으로 예상된다. 텅스텐 접촉편 상에서의 부식의 형성은 50년 이상 문제를 불러일으킨 것으로 알려져 있으며, 불리한 스위칭 상태 하에서 접점 재료로서의 텅스텐의 보편적인 적응 가능성이 손상된다. 건조한 공기와 고온 환경(사막 기후) 하에서, 텅스텐 접점은 손상되지 않은 상태를 유지하여 오랜 시간 동안 충분히 작용한다. 그러나, 주위 환경에 습기가 동반되면(열대성 기후), 보호되지 않은 텅스텐은 급속하게 부식될 것이다.

부식 형성의 상황과 영향은 아래의 간행물들에 설명되어 있다.

Keil, A. : Eine spezifische Korrosionserscheinung an Wolfram-Kontakten.

Werkstoffe und Korrosion 7(1952) 263-265.

Keil, A. : Meyer, C.L.: Korrosionserscheinungen an

Unterbrecherkontakten. Elektropost 7(1954) 93-95.

Vinaricky, E 등 : Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen,

Berlin 2002, 178쪽.

상기 간행물들은, 특히 열대성 조건 하에서 유기 물질의 해방으로 인한 접점 오작동에 대해 보고하고 있다.

최근, 차량 공급 섹터의 팡파르와 신호 혼에서 접촉편의 부식으로 인한 오작동에 관한 연구가 열성적으로 수행되었다. 선두 접점 또는 메인 접점이 텅스텐으로 피복된 전자 기계적 릴레이에도 동일한 연구가 적용되었다.

온난 다습한 기후에서, 텅스텐 접점 조립체는 더욱 잘 고장나는 경향이 있다. 이것은 혼 접점의 경우에 통계학적으로 놀랄만한 방식으로 관찰될 수 있는데, 신차 형태로 판매를 시작하기 전에 보관소에 특정수의 차량이 생산되면, 차량 딜러를 통해 소비자에게 인도되기 전에 온난 다습 상태에서 아마도 수 개월 동안 주차하게 된다.

혼이 작동을 중지하는 경우에, 불평을 받는 접촉편을 개방하면, 텅스텐 산화 물과 텅스텐산염의 두꺼운 산화층이 인접한 텅스텐 접촉편들 사이 및 그 위에 명백하게 존재하는 경우가 많다. 이 중간층으로 인해, 접점이 분리되고, 접촉 저항이 높아져, 혼이 작동을 중지한다. 소비자에게 골치아프고 제작자에게 비용이 많이 드는 이러한 단점을 교정하기 위한 많은 노력이 이루어졌다.

일반적으로, 전체 접촉 리벳을 스위칭 장치에 합체하기 전에 얇은 니켈층으로 피복하는 방법이 당업자에게 알려져 있다. 니켈층이 손상되지 않으면, 니켈의 패시베이션으로 인해 스위치 오프된 접점이 오랜 기간 동안 깨끗하고 부식층이 없이 유지된다. 그러나, 혼 제작자가 신규 혼에 대해 필요한 시험을 행하기 때문에, 니켈층은 스위칭 표면에서 부분적으로 파괴된다. 니켈층의 보호 효과가 상당히 감소된다. 현장 시험에서, 니켈 도금의 확고한 효과가 더 이상 명백하게 입증될 수 없다.

텅스텐 스위치 표면을 탄소로 처리하는 다른 가능성이 있다. 두께가 수 ㎛에 달하는 텅스텐 카바이드 함유 경질층이 형성된다. 의심할 여지없이 그러한 경질층은 내부식성이 증가된다.

일본 특허 공보 제 20128/1974호는 침탄제(carburizing agent)로서 흑연 분말의 용도를 개시하고 있다.

독일 공개 공보 제 3232097 A1호는 제어된 분위기의 노(furnace)에서 침탄제로서 프로판의 용도를 개시하고 있다. 이 문맥에서, 원하지 않게 공존하는 침탄에 의한 텅스텐 접촉 도금의 솔더측 손상 뿐만 아니라, 노의 열 전도체 손상은 제외될 수 없다.

더욱이, 양 방법에 있어서, 얇은 보호층이 혼을 스위치 온시킴으로써 파괴되어, 다시 자유 텅스텐이 보호없이 주변 환경에 노출된다.

그러한 층의 제조는 비용이 많이 들고 추가적인 작업 공정을 필요로 하기 때문에, 비용이 크게 증대된다. 실제로, 경질층을 포함하는 텅스텐 접점은 그 자체로 성공적이라고 입증될 수 없었다.

텅스텐 접촉 리벳의 내부식성을 향상시키기 위한 다른 시도로는 접촉 리벳을 은 도금하거나 일반적인 구리 솔더 대신에 은 함량이 높은 (이에 따라 보다 귀금속인) 솔더링 금속을 이용하는 것이 있다.

이들 방법 역시, 산발적으로만 사용되어 내부식성에 있어서 뛰어난 향상을 가져오지 못하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 Cu 또는 Ag 경질 솔더링 금속에 의해 금속 지지부 상에 솔더링되는 텅스텐 도금으로 이루어지는 접촉편을 개발하는 데 있으며, 이 접촉편은 부식 환경, 특히 온난 다습한 기후의 영향 하에 스위칭 특성이 손상되지 않는다.

이 목적은 솔더층과 지지부를 얇은 기본 금속층으로 피복함으로써, 놀랍게도 텅스텐 도금의 내부식성이 상당히 향상될 수 있다는 것을 발견하여 해결되었다.

따라서, 본 발명의 주제는 텅스텐 도금(1), 얇은 기본 금속의 층(4)으로 피복된 솔더(2) 및 지지부(3)를 포함하는 접촉편인 것이다.

리벳의 바람직한 실시예가 청구항 2 내지 5의 주제이다. 접촉편의 제조 방법이 청구항 6 내지 9에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 기본 금속으로서는 작동 상태 하에서 전극 전위 서열(electrochemical series)이 텅스텐보다 마이너스인 금속을 고려할 수 있다. 바람직한 예로는 주석, 아연, 마그네슘 및 알루미늄이 있으며, 특히 주석(Sn)이 바람직하다. 전자 전위 서열과 관련하여, 주석은 텅스텐과 약간만 다르다. 그러나, 실제로 주석은 특히 적절한 것으로 입증되었다. 주석의 갈바니 증착과 관련하여 강조되는 것은 매우 합리적인 가격으로 수행될 수 있고 심미적으로 매력적인 결과를 제공하는 방법이다.

본 발명의 해법은 스위칭 접점에서 번오프 재료 텅스텐에 어떠한 보호/외피 층이 없어서, 텅스텐이 스파크 형성에 의해 파괴되거나 스위칭시 어떠한 방해 작용도 생기지 않는다. 기본 금속층의 효과는 보호될 텅스텐의 물리적 피복을 통해 달성되지 않고, 단순히 전극 전위 수단에 의해 달성된다.

본 발명자들은 각자의 표면 상에 액체 필름을 포함할 때 국부적인 갈바니 원소의 형성에 의해 덜 귀한 금속(Sn, Zn, Mg 또는 Al)이 더 귀한 텅스텐을 위한 현재의 포텐셜 하에 바람직하게는 용해된다는 것을 가정한다.

구리(구리 솔더로서) 또는 은(전해질 피막) 등의 더 귀한 원소가 W와 국부적인 갈바니 원소를 형성하면, W 접점 도금의 텅스텐은 소위 희생 애노드로서 용해되는 것이 바람직하다. 국부적 갈바니 원소의 형성 관점에서, 보호층으로서의 Ag는 비생산적이고 인접한 솔더층으로서의 구리는 심지어 부식을 촉진시킨다. 음극으로, 즉 보다 귀한 포텐셜 거동의 변위로 인해 아마도 Ni에도 동일하게 적용된다.

도 1은 본 발명에 따라 기본 금속의 층(4)에 피복되는 은 경질 솔더(2)에 의해 금속 지지부(3) 상에 솔더링되는 텅스텐 접점 도금(1)으로 이루어지는 혼 및 릴레이 접점으로서 사용하기 위한 접촉편을 (개략적으로) 도시한다.

도 2는 부식 시험 후에 0.5 내지 1㎛의 Sn층에 의해 갈바니적으로 보호된 리벳 베이스 상의 W제 접점 도금을 도시한다.

도 3은 부식 시험 전에 기준물로서 종래 기술에 따른 리벳의 W제 접점 도금을 도시한다.

도 4는 부식 시험 후에 종래 기술에 따른 리벳의 W제 접점 도금을 도시한다.

다음의 비제한적인 실시예는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예를 예시할 것이다.

실시예 1

직경이 4 mm이고 두께가 0.8 mm이며 Cu 솔더에 의해 니켈 도금 철 지지부 상에 솔더링되는 텅스텐을 포함하는 접점 리벳에는 갈바니적으로 부착되는 두께가 0.2 내지 2 ㎛인 Sn 층이 구비되어 있다. 이어서, 텅스텐에 느슨하게 부착되는 주석만이 슬라이딩 연마에 의해 기계 가공하여 제거된다. 이에 따라 공급할 준비가 된 접점 리벳은 부식 시험에서 일정한 기후에 노출된다(96%의 상대 습도 및 50℃에서 48h).

이 시험 중에, 전술한 바와 같이 주석층이 구비되고 자기 지지부 상에 노출 된 텅스텐 표면을 보이는 약 20 피스의 리벳이 건조기에 도입된다. 건조기의 바닥은 포화된 황산 포타슘 용액을 함유하고, 그 상부는 상대 습도 96%로 조절된다. 어떠한 추가적인 갈바니 기본 금속층도 없는 종래 기술에 따른 별개의 자기 지지 리벳은 기준물로서 추가된다. 건조기는 기후 시험 캐비넷에서 일정한 50℃의 온도에서 48h 동안 온도가 제어된다.

48 시간 후의 결과가 도 2와 4에 도시되어 있다. 부식되지 않은 표준과 비교할 때(도 3), 갈바니적으로 후처리된 리벳은 접촉면에서 약간의 흐릿함만이 나타난다. 그러나, 갈바니 후처리가 없는 기준물과 관련하여, W 표면은 Cu 솔더의 주변에서 출발하여 텅스텐 표면으로 연장되고 부분적으로 그 중심까지 연장되는 두꺼운 황갈색 껍질로 피복된다. 이 껍질은 십중팔구 구리와 텅스텐의 무기질 염이다. 이 껍질이 혼의 근접한 접점들 사이에 배치되면, 접촉 저항이 증가되어 혼이 파괴될 수 있다.

실시예 2

실험 설정은 실시예 1과 동일하다. Sn 대신에, 추가적인 갈바니층으로서 Zn이 사용된다. 처리되지 않은 표준과의 비교는 실시예 1과 유사한 결과를 제공한다. 여기서의 단점은 아연 도금된 지지부가 부식시 푸르스름한 변색을 보인다는 것이다. 리벳은 미관이 저하된다.

기본 금속 Al과 Mg는 Sn 및 Zn과 유사한 반응을 보인다. 그러나, 갈바니층의 적용은 다소 더 어렵고 이들 금속에 의해 비용이 더 많이 든다.

Claims (10)

1. 금속 지지부(3) 상에 솔더링된 텅스텐 도금(1)을 포함하는 접촉편에 있어서, 솔더층(2)과 선택적으로 지지부의 적어도 일부는 텅스텐보다 덜 귀한 금속의 층(4)에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 접촉편.
2. 제 1항에 있어서, 상기 덜 귀한 금속의 층의 두께는 0.1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 접촉편.
3. 제 2항에 있어서, 상기 덜 귀한 금속의 층의 두께는 0.2 내지 2 ㎛인 것을 특징으로 하는 접촉편.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덜 귀한 금속은 Sn, Zn, Mg 또는 Al인 것을 특징으로 하는 접촉편.
5. 제 4항에 있어서, 상기 덜 귀한 금속은 Sn인 것을 특징으로 하는 접촉편.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 접촉편의 제조 방법에 있어서,

   텅스텐보다 덜 귀한 금속의 층이 접촉편 상에 부착되고, 이어서 텅스텐 도금에 존재할 수 있는 기본 금속이 제거되는 것을 특징으로 하는 접촉편의 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 층은 전기 도금을 통해 부착되는 것을 특징으로 하는 접촉편의 제조 방법.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 기본 금속은 솔더 및 금속 지지부 상에 선택적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 접촉편의 제조 방법.
9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 텅스텐 도금의 재노출은 슬라이딩 연마에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 접촉편의 제조 방법.
10. 혼 접점 또는 릴레이 접점으로서 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 접촉편을 사용하는 방법.

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