DE2218460C3 - Elektrisches Kontaktmaterial - Google Patents

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,

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 10^a 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.

Beispiel 1

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%.

Beispiel 2

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.

Beispiel 3

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.

Beispiel 4

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)

1. ι 2 J

   Außerdem ist bekannt, daß Kontaktmaterial aus

   Patentansprüche: einem Metall der Platingruppe, wie Platin, Palladium,

   Rhodium, Ruthenium und Legierungen hiervon

   1, 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 die

   _A 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 einer

   ^r material hoher Beständigkeit. intermetallischen Verbindung bestehen, eine große

   r 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 organischen

   I 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 als

   έ erwünschter Eigenschaften bekannter Kontaktma- Kontaktmaterial besser geeignet als die üblichen

   L 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, dann

   f haben intermetallische Verbindungen, wie Wolfram-

   % r 1. Zunahme des Kontaktwiderstandes, karbid (WC) oder Nickelzinn (NiSn), ein unerwünscht

   f 2. Versagen beim öffnen. 35 großes Bestreben, in der Atmosphäre auf der Ober-

   I fläche einen stabilen Oxidfilm zu bilden. Somit sind

   Die genannten Kontaktausfälle rühren im wesent- Kontakte, die aus intermetallischen Verbindungen

   liehen 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, ein

   oder Sulfidschichten, die eine geringe Leitfähig- Kontaktmaterial herzustellen, das allen obenerwähnten

   keit 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 organischen

   _r 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 Ausführungsbeispiele

   Ά I über Materialwanderung und Erosion sowie ein an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

   P 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-Metall

   Palladium, Rhodium, Ruthenium, Molybdän, Wolf- 60 und Pd₁Al- sowie PdAl-Verbindungen darstellt, ferner

   ram und Legierungen aus einem oder mehreren dieser F i g. 3 eine Schaltung zum Prüfen der Eigenschaften

   Metalle hergestellt. Es ist jedoch bekannt, daß Kon- des Kontaktmaterials.

   taktmaterial aus Gold, Silber oder Legierungen hier- Palladium-Aluininium-Legieningen werden durch

   von zwar eine große Beständigkeit gegenüber Korro- ein Lichtbogen-Schmelzverfahren hergestellt, bei dem

   sion 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 unter

   besitzt, daß aber sein Widerstand gegenüber einer Verwendung einer sich nicht verbrauchenden WoIf-

   Materialwanderung and Erosion sehr gering ist. ramancds in Argonatmosphäre mi! einer abgegliche-