DE2218460C3 - Elektrisches Kontaktmaterial - Google Patents
Elektrisches KontaktmaterialInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/021—Composite material
- H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
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Description
nen Menge an Aluminium (Reinheit: 99,999",", oder
höher) in geschmolzenem Zustand gemischt wird.
Wie F i g. 1 zeigt, enthält eine Palladiuin-Aluminium-Lcgicrung drei intermetallische Verbindungen PtLAI3, PdAI und PcIj1AI, deren Eigenschaften in der folgenden Tabelle angegeben sind,
Wie F i g. 1 zeigt, enthält eine Palladiuin-Aluminium-Lcgicrung drei intermetallische Verbindungen PtLAI3, PdAI und PcIj1AI, deren Eigenschaften in der folgenden Tabelle angegeben sind,
Bemerkung: HV = Vickers-Härte
Wie die Tabelle deutlich erkennen läßt, haben die ^Verbindungen Pd2Al und PdM die extrem große ao
iHärte von etwa 500 bis 600 HV. Die Verbindung Pd2Al3 hat ein sehr poröses Gefüge, das für die Verwendung
als Kontaktmaterial nicht geeignet ist.
Die Erfinder haben festgestellt, daß eine Legierung aus 45 bis 66,7 Atomprozent Palladium und 55 bis
33,3 Atomprozent Aluminium, die wenigstens eine der Verbindungen Pd2Al und PdAI enthält, eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit, eine große Härte und einen hohen Schmelzpunkt sowie eine geringe
chemische Aktivität zur Bildung eines organischen Polymerisats besitzt und somit als Küntaktmaterial
hoher Beständigkeit gegenüber Materialwanderung und Erosion geeignet ist.
Ein aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellter Kontakt kann z. B. selbst nach 107 Schaltvorgangen
bei einer Kontaktkraft von 4 g und einer Schaltfrequenz von 1,5 Hertz unter einer Kontaktbelastung
von 20 mV und 6 mA in Luft einer relativen Feuchte von 80 bis 90% sicher einen niedrigen Kontaktwiderstand
aufrechterhalten.
Falls in der Legierung Palladium mie mehr als
66,7 Atomprozent enthalten ist, besitzt die Legierung eine unerwünscht hohe Aktivität zur Bildung eines
organischen Polymerisats auf der Oberfläche der Legierung. 1st der Anteil an Palladium in der Legierung
geringer als 45 Atomprozent, dann weist die Legierung eine gelinge Korrosionsbeständigkeit auf, ferner
einen geringen Widerstand gegenüber Materialwanderung und gegenüber Erosion.
F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der kumulativen
Ausfallrate und der Anzahl von Arbeitsgängen von Pd2Al- bzw. PdAl-Verbindungen in gesättigtem
Xyloldampf im Vergleich zu Pd-Metall. Die hier benutzte Bezeichnung »Fehlerhäufigkeit« bedeutet das
Verhältnis in Prozent der kumulativen Anzahl von Fehlern, bei denen ein Fehlerpegel von 2 Ω überschritten
wird, bezogen auf die kumulative Anzahl toer Messungen. Die Messung wurde bei einer Kontaktkraft
von 4 g und einer Kontaklbclastung von 20 mV und 6 mA mit einer Antricbsfrequenz von
1,5 Hertz durchgeführt. Für jedes Material wurden fünf bis acht Proben gemessen.
Wie F i g. 2 zeigt, steigt bei der Messung mit einem
einfachen Palladium-Metallkontakt die Anzahl der Kontaktfühler an. nachdem die Kontaktzahl, d. h.,
die Anzahl der Sdiallvorgänge 3 · 103 überschritten
hat, während bei der Messung mit Kontakten aus Pd2Ai- und PdAI-Vcrbindungcn selbst nach Über-
Pd | Pd1Al | Material | Pd,AI, | Al | |
1558 | 1430 | PdAI | 940 | 660 | |
Schmelztemperatur(0C) .... | — | 1200 | 1645 | 800 | |
Glühtemperatur (0C) | — | 549HV | 1300 | 672HV | |
Härte vor dem Glühen | 40 | 594HV | 560HV | 668HV | 17 bis 23 |
Härte nach dem Glühen .... | Keine | Keine | 495HV | Keine | Keine |
Röntgenstrahl Mikroanalyse | Seigerung | Seigerung | Keine | Seigerung | Seigerung |
Seigerung | |||||
schreiten der Kontaktzahl von 10a noch keine Kontaktfehler
beobachtet werden. Aus F i g. 2 ist klar ersichtlich, daß Pd2AI- und PdAl-Verbindungen keine
Aktivität zur Bildung von aus dem Xyloldampf abgeleiteten organischen Polymerisaten besitzen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von vier Beispielen erläutert.
Es wurde aus 50 Atomprozent Palladium (Reinheit größer als 99,98 %) und 50 Atomprozent Aluminium
(Reinheit größer als 99,999%) durch Lichtbogen-Schmelzen in einem wassergekühlten Kupferherd
unter Verwendung einer sich nicht verbrauchenden Wolfram-Anode in Argonatmosphäre während 30 bis
60 Sekunden die intermetallische Verbindung PdAl hergestellt. Die Verbindung wurde wiederholt in dem
wassergekühlten Herd an wechselnden Oberflächenlichtbogen
behandelt, um das Gefüge zu homogenisieren. Die homogenisierte Verbindung wurde 5 bi?
6 Stunden lang bei 13000C geglüht. Die geglühte Verbindung
wurde bei 500 bis 7000C zu einem knopfförmigen Kontaktstreifen verformt. Der Kontaktstreifen
hatte eine Härte von 495 HV.
Die beiden PdAl-Kontaktstreifen wurden in der in F i g. 3 dargestellten Schaltung als einander gegenüberliegende
Anode und Kathode eines elektromagnetischen Relais verwendet. Der Schaltvorgang wurde in Luft einer relativen Feuchte von 80 bis 90%
durchgeführt.
Selbst nach 1,5-10* Schaltvorgängen zeigte der
PdAl-Kontakt keinen Kontaktfeder.
Im Vergleich hierzu zeigte ein einfacher Silber-Metallkontakt bei 6-10* Schaltvorgängen bereits
eine kumulative Fehlerquote bzw. eine Fehlerhäufigkeit von etwa 25%.
Aus 66,7 Atomprozent reinen Palladiums und 33,3 Atomprozent reinen Aluminiums wurde nach
demselben Verfahren, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, die intermetallische Verbindung Pd2Al hergestellt.
Die Glühtemperatur betrug 12000C.
Es wurde bei der Verbindung Pd2Al dieselbe Prüfung
wie bei Beispiel 1 in Luft angewandt, die auf 1000 Teile 100 Teile H»S-Gas und eine relative Feuchte von
80 bis 90% halte.
Bei 1,3 · 105 Schaltvorgängen zeigte der J7U2A
takt eine Fehlcrhäufigkeit von etwa 54%, während
ein einfacher Palladium-Mctallkontakt eine Fchlerhäufigkeit
von etwa 64% aufwies.
Aus 45 Atomprozent reinen Palladiums und 55 Atomprozcnt reinen Aluminiums wurde nach dem
gleichen Verfahren wie bei Beispiel 1 eine Legierung
hergestellt. Es wurden bei dieser 45 Pd-55 Al-Lcgicrung
die gleichen Prüfungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt. Selbst nach 1,4 -10* Schaitvorgüngen zeigte der Kontakt
keinen Fehler. Im Vergleich hierzu wies ein Kontakt aus einer 40 Pd-60 Al-Legierung bei 1,4 · 101
Schaltvorgängen eine Fehlcrhäufigkeit von 60% auf.
Aus 60 Atomprozcnt reinen Palladiums und 40 Atomprozcnt reinen Aluminiums wurde auf die
gleiche Weise wie bei Beispiel 1 eine Legierung hergestellt.
Die erhaltene 60 Pd-40 Al-Lcgierung wurde in
Luft einer relativen Feuchte von 80 bis 90% den
ίο gleichen Prüfungen wie bei Beispiel 1 unterworfen.
Selbst nach 1,4· 10* Schaltvorgängen wurden keine Kontaktfchlcr festgestellt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- ι 2 JAußerdem ist bekannt, daß Kontaktmaterial ausPatentansprüche: einem Metall der Platingruppe, wie Platin, Palladium,Rhodium, Ruthenium und Legierungen hiervon1, Elektrisches Kontaktmaterial, das aus einer zwar einen hohen Widerstand gegenüber Material-Legierung aus 45 bis 66,7 Atomprozent Palladium 5 wanderung und Erosion, gleichzeitig jedoch eine un- und 33,3 bis 55 Atomprozent Aluminium besteht. erwünschte große Aktivität zur Bildung eines orga-1 2, Kontaktmaterial nach Anspruch 1, dadurch nischen Polymerisats besitzt. Ferner ist bekannt, daß gekennzeichnet, daß die Legierung aus einer ein Kontaktmaterial aus einem Metall mit einem intermetallischen Verbindung der Formel Pd2AI hohen Schmelzpunkt, wie Molybdän, Wolfram und besteht. «o Legierungen hiervon zwar einen ausgezeichneten 3. Kontaktmaterial nach Anspruch 1, dadurch Widerstand gegenüber Materialwanderung, Erosion gekennzeichnet, daß die Legierung aus einer und zugleich eine geringe Neigung zur Bildung eines intermetallischen Verbindung der Formel PdAl organischen Polymerisats besitzt, daß es jedoch einen besteht. unerwünscht geringen Widerstand gegenüber der»5 Bildung von Korrosionsprodukten aufweist.Im allgemeinen besitzen intermetallische Verbin-düngen eine größere Härte und einen höheren Schmelzpunkt als reine Metalle oder Legierungen, da dieA Metallatome in der intermetallischen Verbindung■- so fest und stabil miteinander verbunden sind. Dem-L Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontakt- gemäß haben Kontaktmaterialien, die aus einerr material hoher Beständigkeit. intermetallischen Verbindung bestehen, eine großer Elektromagnetische Relais, die einen oder mehrere Beständigkeit gegenüber Materialwanderungen und$< Kontakte enthalten, werden im allgemeinen für Erosion. Außerdem weist ein solches Kontaktmaterial,v elektrische Maschinen und Geräte unter niedriger 25 eine geringe Aktivität zur Bildung einer organischenI bis hoher Spannung verwendet. Obwohl bisher bereits Polymerisatschicht, jedoch eine große Korrosions-;; elektromagnetische Relais mit hoher Beständigkeit beständigkeit auf.; vorgeschlagen worden sind, haben diese wegen un- Intermetallische Verbindungen sind somit alsέ erwünschter Eigenschaften bekannter Kontaktma- Kontaktmaterial besser geeignet als die üblichenL terialien nicht zufriedengestellt. 30 reinen Metalle oder Legierungen. Enthält die inter-? Im allgemeinen können die Kontaktausfälle in zwei metallische Verbindung jedoch kein Edelmetall, wie'r Klassen eingeteilt werden: Gold, Silber oder ein Metall der Platingruppe, dannf haben intermetallische Verbindungen, wie Wolfram-% r 1. Zunahme des Kontaktwiderstandes, karbid (WC) oder Nickelzinn (NiSn), ein unerwünschtf 2. Versagen beim öffnen. 35 großes Bestreben, in der Atmosphäre auf der Ober-I fläche einen stabilen Oxidfilm zu bilden. Somit sindDie genannten Kontaktausfälle rühren im wesent- Kontakte, die aus intermetallischen Verbindungenliehen von den folgenden Ursachen her, wobei Hoch- ohne Edelmetall hergestellt sind, häufig Kontakt-t leistungszustände nicht in Betracht gezogen werden: fehlern ausgesetzt und können nicht unter mittlerer' 40 bzw. niedriger Spannung benutzt werden.; a) Bildung von Korrosionsprodukten, wie Oxid- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einoder Sulfidschichten, die eine geringe Leitfähig- Kontaktmaterial herzustellen, das allen obenerwähntenkeit besitzen, auf der Kontaktoberfläche; Erfordernissen genügt, d. h., das einen hohen Korro-\ b) Bildung einer schlecht leitenden organischen sionswiderstand, eine große Beständigkeit gegen, Polymerisatschicht auf der Kontaktoberfläche; 45 Materialwanderung und eine geringe Erosion sowie\ ' c) Materialwanderung von einer der Kootaktdber- eine geringe Aktivität für die Bildung einer organischenr flächen zur anderen; Polymerisatschicht und somit eine ausgezeichnete; |. d) Erosion des Kontaktmaterials. Gesamtbeständigkeit besitzt., '1 ' Diese Erfordernisse werden erfüllt durch ein Kon-, \ I Ein ausgezeichneter Kontakt für elektrische Ma- so taktmaterial, das aus einer Legierung aus 45 bis- , schinen und Geräte unter niedriger bis hoher Span- 66,7 Atomprozent Palladium und 55 bis 33,3 Atom-; J j, nung setzt zunächst ein Kontaktmaterial voraus, das prozent Aluminium besteht.~Ί ι einen hohen Widerstand gegenüber Korrosion, gegen- Die Erfindung wird durch AusführungsbeispieleΆ I über Materialwanderung und Erosion sowie ein an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigtP ι . geringes Bestreben zur Bildung eines organischen 55 F i g. i ein Zusiandsöiagfaimri des Paiiadhnn-%, , Polymerisates besitzt. Außerdem ist es erwünscht, daß Aluminium-Systems,«I das Kontaktmaterial eine große Hätte und einen F i g. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen% ί hohen Schmelzpunkt besitzt. der kumulativen Fehlerquote bzw. der Fehlerhäufigkeit'* Bekannte Kontakte sind aus Gold, Silber, Platin, und der Anzahl von Scfealtvorgängen für Pd-MetallPalladium, Rhodium, Ruthenium, Molybdän, Wolf- 60 und Pd1Al- sowie PdAl-Verbindungen darstellt, fernerram und Legierungen aus einem oder mehreren dieser F i g. 3 eine Schaltung zum Prüfen der EigenschaftenMetalle hergestellt. Es ist jedoch bekannt, daß Kon- des Kontaktmaterials.taktmaterial aus Gold, Silber oder Legierungen hier- Palladium-Aluininium-Legieningen werden durchvon zwar eine große Beständigkeit gegenüber Korro- ein Lichtbogen-Schmelzverfahren hergestellt, bei demsion und ein geringes Bestreben bzw. eine geringe 65 eine vorgegebene Menge an Palladium (Reinheit:Aktivität zur Bildung eines organischen Polymerisats 99,98% oder höher) in einem elektrischen Ofen unterbesitzt, daß aber sein Widerstand gegenüber einer Verwendung einer sich nicht verbrauchenden WoIf-Materialwanderung and Erosion sehr gering ist. ramancds in Argonatmosphäre mi! einer abgegliche-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |