CH631025A5 - Method for producing a contact piece consisting of silver and at least two oxides of base metals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formstückes aus Silber und mindestens zwei Oxiden von Unedelmetallen für elektrische Kontakte mit kleiner Schweisskraft bei gleichzeitig kleinem Lichtbogenabbrand, bei dem aus einer Schmelze von Silber und mindestens zwei Unedelmetallen durch Druckverdüsung und innere Oxidation ein Verbundpulver hergestellt und das Verbundpulver durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu dem Formstück verarbeitet wird. The invention relates to a method for producing a shaped piece made of silver and at least two oxides of base metals for electrical contacts with a small welding force and at the same time a small amount of arcing, in which a composite powder is produced from a melt of silver and at least two base metals by pressure atomization and internal oxidation, and the composite powder is processed by pressing, sintering and re-pressing to the shaped piece.

Kontaktstücke für elektrische Kontakte werden vorzugsweise als Formstücke aus Silber hergestellt, da dieses Metall eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Bei Kontakten, die unter Prellen der Kontaktstücke und unter Lichtbogenbildung geschlossen werden, kommt es jedoch einerseits zu einer Verschweissung der Kontaktstücke, so dass diese Kontaktstücke nur unter Kraftaufwendung (sog. Schweisskraft) wieder voneinander getrennt werden können. Andererseits wird im Lichtbogen ein Teil des Silbers verdampft (sog. Abbrand). Contact pieces for electrical contacts are preferably produced as shaped pieces made of silver, since this metal has a high electrical and thermal conductivity. In the case of contacts which are closed by bouncing the contact pieces and forming an arc, the contact pieces are welded on the one hand, so that these contact pieces can only be separated from one another again with the application of force (so-called welding force). On the other hand, part of the silver is evaporated in the arc (so-called burn-up).

Es ist bekannt, dass die Schweissneigung von Formkontaktstücken herabgesetzt ist, wenn die Formkontaktstücke neben Silber noch ein oder mehrere Oxide von Unedelmetallen enthalten. Derartige Formstücke können z.B. dadurch hergestellt werden, dass die Schmelze einer Legierung aus Silber und den entsprechenden Unedelmetallen mit Druckluft verdüst und das entstehende Legierungspulver, in dem schon während der Druckluft-Verdüsung die Unedelmetalle oxidiert werden, anschliessend einer inneren Oxidation unterworfen wird. Aus dem so erzeugten Verbundpulver kann auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen, Sintern und Nachpressen das Formstück gebildet werden. It is known that the tendency to sweat of molded contact pieces is reduced if the molded contact pieces contain one or more oxides of base metals in addition to silver. Such fittings can e.g. are produced by atomizing the melt of an alloy of silver and the corresponding base metals with compressed air and then subjecting the resulting alloy powder, in which the base metals are oxidized during the compressed air atomization, to an internal oxidation. The molding can be formed from the composite powder thus produced by powder metallurgy by pressing, sintering and repressing.

So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift P 22 60 559 beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem eine Silberlegierung unter Druck verdüst und das entstehende Verbundpulver gemahlen wird, anschliessend eine passende Teilchengrössen-klasse abgesiebt und durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu einem Formstück verarbeitet wird. Als Legierungsbestandteile für die Silberlegierung sind hierbei eine Vielzahl von Unedelmetallen, darunter auch Cadmium und Blei, angegeben. Ferner ist erwähnt, dass AgCd-Legierungen nicht nur mit Druckluft, sondern auch mit Druckluft und Druckwasser verdüst werden können. For example, German patent application P 22 60 559 discloses a process in which a silver alloy is atomized under pressure and the resulting composite powder is ground, then a suitable particle size class is screened off and processed into a shaped part by pressing, sintering and repressing. A large number of base metals, including cadmium and lead, are specified as alloy components for the silver alloy. It is also mentioned that AgCd alloys can be atomized not only with compressed air, but also with compressed air and water.

Eine Druckverdüsung von Metallschmelzen mit Wasser als Treibmittel wird für die Herstellung von Legierungspulvern, z.B. Eisen-Chrom-Legierungspulvern, verwendet, die eine vor einer Oxidation zu schützende, oxidierbare Metallkomponente s enthalten. Jedoch sind die für eine Druckverdüsung mittels Wasser benötigten Anlagen relativ aufwendig und werden daher in der Regel nur für die Fälle verwendet, in denen die zu verdüsende Schmelze vor Luftzutritt geschützt werden muss. Pressure atomization of molten metals with water as a blowing agent is used for the production of alloy powders, e.g. Iron-chromium alloy powders are used which contain an oxidizable metal component to be protected against oxidation. However, the systems required for pressure atomization by means of water are relatively complex and are therefore generally only used for the cases in which the melt to be atomized has to be protected from air.

Ferner ist es bekannt, dass bei der Druckverdüsung mit io Druckluft vorwiegend kompakte kugelige Teilchen entstehen, während durch Zusatz von Legierungsbestandteilen, die die Oberflächenspannung herabsetzen, überwiegend spratzige Teilchen erhalten werden. Furthermore, it is known that in the case of pressure atomization with compressed air, predominantly compact spherical particles are formed, while the addition of alloy components which reduce the surface tension predominantly results in sputtering particles.

Es hat sich nun herausgestellt, dass die Schweisskraft und 15 der Abbrand von elektrischen Kontakten in der Weise miteinander korreliert sind, dass Massnahmen zur Verbesserung der einen Eigenschaft im allgemeinen zu einer wesentlichen Verschlechterung der anderen Eigenschaft führen. It has now been found that the welding force and the erosion of electrical contacts are correlated with one another in such a way that measures to improve one property generally lead to a substantial deterioration in the other property.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren so zur Herstellung eines Formstückes für elektrische Kontakte anzugeben, bei dem die Schweisskraft herabgesetzt und gleichzeitig der Lichtbogenabbrand gering gehalten wird. The invention is based on the object of specifying a method for producing a shaped piece for electrical contacts in which the welding force is reduced and at the same time the arc burn-off is kept low.

Dies wird erreicht durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, bei dem als Unedelmetalle Cadmium sowie Wismut 25 und/oder Blei verwendet werden. Der Unedelmetallgehalt der Schmelze ist dabei so bemessen, dass der Gehalt an Unedelmetalloxiden im Formstück unter 20 Vol.-% liegt. Ferner wird als Treibmittel für die Druckverdüsung der Schmelze Wasser verwendet. This is achieved by a method of the type mentioned at the beginning, in which cadmium and bismuth 25 and / or lead are used as base metals. The base metal content of the melt is dimensioned in such a way that the base metal oxide content in the molding is below 20% by volume. Water is also used as a blowing agent for the pressure atomization of the melt.

30 Bei dem zum Pressen des Formstückes verwendeten Verbundpulver liegen die Unedelmetalle demnach als Oxide vor. Es erscheint daher zunächst sinnlos, zur Herstellung des Ver-bundpulvers eine aufwendige und teuere Druckwasser-Verdü-sung vorzunehmen, bei der das Wasser als Schutzgasatmo-35 sphäre für die zu verdüsende Schmelze wirkt, und anschliessend dann doch das entstehende Pulver einer Oxidation zu unterwerfen. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, dass elektrische Kontakte, bei denen die nach dem erfindungs-gemässen Verfahren hergestellten Formstücke verwendet wer-40 den, eine wesentlich geringere Schweisskraft aufweisen, verglichen mit Kontaktstücken der gleichen chemischen Zusammensetzung, zu deren Herstellung jedoch eine Druckluftverdü-sung der Schmelze vorgenommen wird. 30 In the case of the composite powder used to press the molded part, the base metals are therefore present as oxides. It therefore initially seems senseless to carry out a complex and expensive pressurized water atomization to produce the compound powder, in which the water acts as a protective gas atmosphere for the melt to be atomized, and then to subject the resulting powder to oxidation . However, it has surprisingly been found that electrical contacts, in which the fittings produced using the method according to the invention are used, have a significantly lower welding force compared to contacts with the same chemical composition, but a compressed air atomizer for their manufacture the melt is made.

Vorteilhaft ist der Cadmiumgehalt der Schmelze so bemes-45 sen, dass der Cadmiumoxidgehalt im Formstück zwischen 5 und 18 Vol.-% liegt. Bei diesen Gehalten bewirkt das CdO eine starke Herabsetzung der Schweisskraft, ohne dass die Vorteile beeinträchtigt werden, die in der Verwendung des Silbers als Werkstoff für Sinterkontaktstücke liegen. Der Gehalt der so Schmelze an Wismut und Blei ist vorteilhaft so bemessen, dass im Formstück die Oxide zusammen in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Vol.-% vorliegen. Bereits sehr geringe Mengen dieser letztgenannten Unedelmetalle setzen die Oberflächenspannung der Schmelze beträchtlich herab. Das entstehende Ver-55 bundpulver weist daher vorwiegend spratzigere Teilchen auf. Diese Struktur ist auch beim fertigen Formstück im Querschliff noch nachweisbar, wobei die erfindungsgemäss hergestellten Formstücke ein gleichmässigeres Gefüge aufweisen als ein Werkstoff gleicher chemischer Zusammensetzung, der aus luft-60 verdüstern oder luft-wasserverdüstem inneroxidiertem Pulver hergestellt ist. The cadmium content of the melt is advantageously such that the cadmium oxide content in the fitting is between 5 and 18% by volume. At these levels, the CdO greatly reduces the welding force without impairing the advantages that lie in the use of silver as a material for sintered contact pieces. The bismuth and lead content of the melt in this way is advantageously such that the oxides are present together in an amount between 0.1 and 5% by volume in the molding. Even very small amounts of these latter base metals considerably reduce the surface tension of the melt. The resulting composite powder therefore predominantly has more spattery particles. This structure can also be detected in the finished shaped piece in cross section, the shaped pieces produced according to the invention having a more uniform structure than a material of the same chemical composition which is made from air-60 atomized or air-water-atomized internally oxidized powder.

Gegenüber diesen herkömmlichen Herstellungsverfahren ergibt sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Vorteil, dass mit einem kleineren Durchsatzvolumen des Treibmittels 65 gearbeitet werden kann, so dass auch nur geringe Mengen an CdO-Rauch entstehen. Da die Verdüsungstemperatur der Schmelze zwischen 950 und 1100 °C liegt und CdO bei diesen Temperaturen leicht verdampfbar ist, erfordert dagegen die Compared to these conventional production processes, the process according to the invention has the advantage that a smaller throughput volume of the blowing agent 65 can be used, so that only small amounts of CdO smoke are produced. However, since the atomization temperature of the melt is between 950 and 1100 ° C and CdO is easily evaporable at these temperatures

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Luftverdüsung sehr aufwendige Abscheidevorrichtung, um eine Umweltvergiftung durch cadmiumhaltige Gase zu vermeiden. Air atomization very complex separation device to avoid environmental poisoning by gases containing cadmium.

Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird das erfin-dungsgemässe Verfahren näher erläutert. 5 The method according to the invention is explained in more detail using three exemplary embodiments. 5

Beispiel 1 example 1

Aus Silbergranalien und Stangen aus Cadmium und Wismut wird eine Silberlegierung mit 11 Gew.-% Cd und 1 Gew.-% Bi erschmolzen. Die Schmelze wird bei 1100 °C durch einen 10 Trichter mit einer Ausflussdüse von 12 mm Durchmesser in eine Druckwasserringdüse einfallen gelassen. Der Spalt der Druckwasserdüse beträgt 1 mm, der Düsenwinkel 7,5° (gemessen zur Senkrechten). Der Wasserdruck während der Verdü-sung beträgt 25 atü. Das Verdüsungspulver wird in einem Was- 15 serbecken aufgefangen, getrocknet und abgesiebt. Die Teilchen mit einer Teilchengrösse unter 0,2 mm werden bei 600 °C in 4 Stunden an Luft inneroxidiert. Das entstehende AgCdOBÌ2C>3-Pulver zeigt sehr gute Fliess- und Presseigenschaften und lässt sich auf automatischen Ein- und Mehrschich- 20 tenpressen gut verarbeiten. Es wird bei einem Druck von 400 MN/m2 gepresst und bei 850 °C eine Stunde lang an Luft gesintert. Anschliessend erfolgt ein Nachpressen der Sinterkörper bei einem Druck von 800 NM/m2. Das Sintern und Nachpressen kann noch wiederholt werden, um eine weitere Verdichtung zu 25 erreichen. A silver alloy with 11% by weight of Cd and 1% by weight of Bi is melted from silver granules and rods made from cadmium and bismuth. The melt is dropped into a pressurized water ring nozzle at 1100 ° C. through a 10 funnel with a discharge nozzle of 12 mm diameter. The gap of the pressurized water nozzle is 1 mm, the nozzle angle is 7.5 ° (measured to the vertical). The water pressure during the atomization is 25 atm. The atomizing powder is collected in a water basin, dried and sieved. The particles with a particle size of less than 0.2 mm are internally oxidized in air at 600 ° C. in 4 hours. The resulting AgCdOBÌ2C> 3 powder shows very good flow and press properties and can be easily processed on automatic single and multi-layer presses. It is pressed at a pressure of 400 MN / m2 and sintered in air at 850 ° C for one hour. The sintered bodies are then pressed at a pressure of 800 NM / m2. The sintering and repressing can be repeated to achieve further compression.

In einem Prüfschalter (beschrieben in der Zeitschrift «Werkstofftechnik», 7. Jahrgang, 1976) wurden die auf diese Weise hergestellten einmal nachgepressten Formstücke bei 1000 Ein- und Ausschaltungen unter einem Einschaltstrom Î = 30 1000 A und einem Ausschaltstrom Î = 1500 A geprüft. Die Schweisskraft dieser Kontaktstücke liegt mit 99,9% Wahrscheinlichkeit unter 60 N. Zum Vergleich wurde ein Formstück hergestellt, bei dem ein Verbundwerkstoff der gleichen Zusammensetzung in Blechform hergestellt und einer inneren Oxidation unterworfen wurde. Die Schweisskraft lag in diesem Fall mit 120 N etwa doppelt so hoch. In beiden Fällen ergab sich mit 24 mm3 etwa der gleiche Abbrandwert. In a test switch (described in the magazine «Werkstofftechnik», 7th year, 1976), the molded parts produced in this way were tested at 1000 switch-on and switch-offs under a switch-on current Î = 30 1000 A and a switch-off current Î = 1500 A. The welding force of these contact pieces is below 60 N with a 99.9% probability. For comparison, a molded piece was produced in which a composite material of the same composition was produced in sheet metal form and subjected to an internal oxidation. In this case, the welding force was about twice as high at 120 N. In both cases, the burn-off value was approximately the same with 24 mm3.

Die erfindungsgemässen Kontaktstücke eignen sich insbesondere zum Einbau in Niederspannungsschaltgeräten, z. B. Schütze, wo sie eine Erhöhung des Einschaltvermögens ermöglichen. The contact pieces according to the invention are particularly suitable for installation in low-voltage switching devices, for. B. contactors, where they allow an increase in the switching capacity.

Beispiel 2 Example 2

Aus Silbergranalien, Stangen aus Cadmium und Barren aus Blei wird eine Silberlegierung mit 15 Gew.-% Cadmium und 1,5 Gew.-% Blei erschmolzen und die Schmelze bei 1100 °C mit Druckwasser unter den Bedingungen des Beispiels 1 verdüst. Wie im Beispiel 1 wird das Verbundpulver (Verdüsungspulver) abgesiebt, inneroxidiert, gepresst, gesintert und einmal zum fertigen Formstück nachgepresst. A silver alloy with 15% by weight of cadmium and 1.5% by weight of lead is melted from silver granules, bars of cadmium and bars of lead and the melt is atomized at 1100 ° C. with pressurized water under the conditions of Example 1. As in Example 1, the composite powder (atomizing powder) is sieved, internally oxidized, pressed, sintered and pressed once to the finished molded part.

Mit 99,9% Wahrscheinlichkeit betrug die Schweisskraft unter 50 N, der Abbrandwert lag im Mittel bei 23 mm3. Gegenüber inneroxidierten Formteilen gleicher Zusammensetzung ergibt sich eine um etwa den Faktor 2 niedrigere Schweisskraft und ein um etwa 10% günstigerer Abbrandwert. With a 99.9% probability, the welding force was below 50 N, the average burn-up value was 23 mm3. Compared to internally oxidized molded parts of the same composition, the welding force is about 2 times lower and the burn-off value is about 10% cheaper.

Beispiel 3 Example 3

Aus einer Silberlegierung mit 8 Gew.-% Cd, 2,5 Gew.-% Pb und ein Gew.-% Bi wird in den Beispielen 1 und 2 ein Verdüsungspulver hergestellt. Von diesem Pulver werden Teilchen mit einer Teilchengrösse unter 0,315 mm abgesiebt, und aus diesen Teilchen werden wie in den Beispielen 1 und 2 Formteile hergestellt. Schweisskraft und Lichtbogenabbrand dieser Formteile liegen im gleichen günstigen Bereich wie im Beispiel 2. In Examples 1 and 2, a spray powder is produced from a silver alloy with 8% by weight of Cd, 2.5% by weight of Pb and one% by weight of Bi. Particles with a particle size of less than 0.315 mm are sieved off from this powder, and molded parts are produced from these particles as in Examples 1 and 2. The welding power and arc burn-off of these molded parts are in the same favorable range as in example 2.

Durch Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft für die innere Oxidierung kann die Oxidationszeit wesentlich verkürzt werden. By using pure oxygen instead of air for the internal oxidation, the oxidation time can be shortened considerably.

Claims (3)

631025631025 1. Verfahren zur Herstellung eines Formstückes aus Silber und mindestens zwei Oxiden von Unedelmetallen für elektrische Kontakte mit kleiner Schweisskraft bei gleichzeitig kleinem Lichtbogenabbrand, bei dem aus einer Schmelze von Silber und mindestens zwei Unedelmetallen durch Druckverdü-sung und innere Oxidation ein Verbundpulver hergestellt und das Verbundpulver durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu dem Formstück verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, 1.Procedure for producing a shaped piece made of silver and at least two oxides of base metals for electrical contacts with a low welding force and at the same time a small amount of arcing, in which a composite powder and the composite powder are produced from a melt of silver and at least two base metals by pressure evaporation and internal oxidation is processed by pressing, sintering and re-pressing into the shaped piece, characterized in that dass als Unedelmetalle Cadmium sowie Wismut und/oder Blei verwendet werden, dass der Unedelmetallgehalt der Schmelze so bemessen wird, dass der Gehalt an Unedelmetalloxiden im Formstück unter 20 Vol.-% liegt, und dass als Treibmittel für die Druckverdüsung der Schmelze Wasser verwendet wird. that cadmium and bismuth and / or lead are used as base metals, that the base metal content of the melt is dimensioned such that the base metal oxide content in the molded part is below 20% by volume, and that water is used as a blowing agent for the pressure atomization of the melt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cadmiumgehalt der Schmelze so bemessen wird, dass der Cadmiumoxidgehalt im Formstück zwischen 5 und 18 Vol.-% liegt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cadmium content of the melt is dimensioned such that the cadmium oxide content in the molding is between 5 and 18 vol .-%. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Schmelze an Wismut und/oder Blei so bemessen wird, dass der Gehalt an Oxiden dieser Metalle im Formstück zwischen 0,1 und 5 Vol.-% liegt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the content of bismuth and / or lead in the melt is dimensioned such that the content of oxides of these metals in the molding is between 0.1 and 5% by volume.