DE102011009441A1 - Method for corrosion protection of electrical contacting surface of electric guard, involves coating contact surfaces of copper base elements of electric guard, with silver nickel alloy by cold gas spraying process - Google Patents

Method for corrosion protection of electrical contacting surface of electric guard, involves coating contact surfaces of copper base elements of electric guard, with silver nickel alloy by cold gas spraying process Download PDF

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Abstract

The method involves coating (20) the contact surfaces of arc-shaped copper base elements (12,16) used as electrodes of electric guard, with silver nickel alloy by cold gas spraying process. The edge portion (28) of the base element is tapered at the contact surface. An independent claim is included for electric guard.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrosionsschutz einer elektrischen Kontaktfläche nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen elektrischen Leiter nach dem Oberbegriff von Patentspruch 4.The invention relates to a method for corrosion protection of an electrical contact surface according to the preamble of patent claim 1 and to an electrical conductor according to the preamble of patent award 4.

Aus Kupfer gefertigte elektrische Leiter, wie beispielsweise mehrteilige Induktorelektroden zum Induktionsschweißen, müssen über Kontaktstellen mit weiteren elektrischen Komponenten, wie beispielsweise Energiequelle oder dergleichen verbunden werden. Durch die Erwärmung im Betrieb und den Kontakt mit Luftsauerstoff kann es dabei relativ rasch zur Korrosion an diesen Kontaktstellen kommen, was deren Leitfähigkeit beeinträchtigt.Made of copper electrical conductors, such as multi-part inductor electrodes for induction welding, must be connected via contact points with other electrical components, such as power source or the like. Due to the heating during operation and the contact with atmospheric oxygen, corrosion at these contact points can occur relatively quickly, which impairs their conductivity.

Die beeinträchtigte Leitfähigkeit an den Kontaktstellen führt in der Folge zu einer noch stärkeren Erwärmung, welche die Korrosion weiter beschleunigt. Bei Induktorelektroden kann es letztendlich dazu kommen das der Schwingkreis, in welchem die Induktoren integriert sind, nicht mehr anschwingt, so dass die Elektroden aufwendig gereinigt oder gar vollständig ausgetauscht werden müssen.The impaired conductivity at the contact points leads to an even stronger heating, which further accelerates the corrosion. In the case of inductor electrodes, it may ultimately happen that the resonant circuit in which the inductors are integrated no longer oscillates, so that the electrodes have to be cleaned consuming or even completely replaced.

Zum Korrosionsschutz von elektrischen Leitern ist es bekannt, die Kontaktflächen eines aus Kupfer gefertigten Grundkörpers mit weniger reaktiven Metallen, insbesondere mit Silberlegierungen zu beschichten. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 153 482 A1 bekannt.For corrosion protection of electrical conductors, it is known to coat the contact surfaces of a base made of copper with less reactive metals, in particular with silver alloys. Such a method is for example from the DE 10 153 482 A1 known.

Zum Beschichten werden üblicherweise thermische Spritzverfahren verwendet. Diese können jedoch zu einer Beschädigung des Kupfersubstrats führen und selbst Oxidbildung hervorrufen. Übliche Auftragsverfahren führen zudem oftmals zu einer porösen Silberschicht, die nicht vollständig vor Korrosion schützen kann. Alternativ ist es bekannt, mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung Beschichtungen aufzubringen. Auch hier werden hohe Beschichtungstemperaturen eingesetzt, so dass die genannten Probleme wiederum auftreten können. Eine partielle Beschichtung ist mit diesen Verfahren nicht möglich, es können nur komplette Bauteile im Beschichtungsofen behandelt werden. Auch hier kann es also zum Verlust der Festigkeit des Kupfergrundkörpers führen sodass sich die Lötverbindungen oder dergleichen wieder lösen können.For coating, thermal spraying methods are commonly used. However, these can lead to damage of the copper substrate and even cause oxide formation. In addition, conventional application methods often lead to a porous silver layer which can not completely protect against corrosion. Alternatively, it is known to apply coatings by means of physical or chemical vapor deposition. Again, high coating temperatures are used, so that the problems mentioned can occur again. A partial coating is not possible with these methods, only complete components in the coating furnace can be treated. Again, it may thus lead to loss of strength of the copper body so that the solder joints or the like can solve again.

Die alternativ verwendeten galvanischen Beschichtungen weisen ebenfalls Nachteile auf. Um eine ausreichende Schichtdicke zu erreichen, sind hier besonders lange Beschichtungszeiten notwendig, so dass ein derartiges Verfahrens zum Korrosionsschutz ökonomisch ungünstig ist. Auch hier können nur komplette Bauteile bzw. Baugruppen beschichtet werden.The alternatively used galvanic coatings also have disadvantages. In order to achieve a sufficient layer thickness, particularly long coating times are necessary here, so that such a method for corrosion protection is economically unfavorable. Again, only complete components or assemblies can be coated.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches einen besonders guten Korrosionsschutz von Kontaktstellen elektrischer Leiter ermöglicht. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leiter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 bereitzustellen, welcher besonders gut vor Korrosion geschützt ist.The present invention is therefore an object of the invention to provide a method according to the preamble of claim 1, which allows a particularly good corrosion protection of contact points of electrical conductors. The invention is further based on the object to provide an electrical conductor according to the preamble of claim 4, which is particularly well protected against corrosion.

Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen elektrischen Leiter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by an electrical conductor having the features of patent claim 4.

Bei einem solchen Verfahren zum Korrosionsschutz einer elektrischen Kontaktfläche eines elektrischen Leiters, insbesondere einer mehrteiligen Elektrode zum Induktionsschweißen, wird ein aus Kupfer bestehender Grundkörper des elektrischen Leiters im Bereich der Kontaktfläche mit einer Silberlegierung beschichtet. Erfindungsgemäß erfolgt hierbei das Beschichten durch Kaltgasspritzen.In such a method for corrosion protection of an electrical contact surface of an electrical conductor, in particular a multi-part electrode for induction welding, an existing base of copper body of the electrical conductor is coated in the region of the contact surface with a silver alloy. According to the invention, the coating is carried out by cold gas spraying.

Beim Kaltgasspritzen oder Kaltgaskompaktieren werden Partikel des Beschichtungsmaterial, hier also der Silberlegierung, in einem Gasstrom durch eine Lavaldüse unter hoher Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert. Die hohe kinetische Energie der Partikel verursacht beim Aufpressen auf das Substrat eine formschlüssige Verbindung. Hierdurch werden nahezu porenfreie Schichten erzeugt, wobei aufgrund der relativ niedrigen Beschichtungstemperatur während des Beschichtens keine nennenswerten chemischen Reaktionen stattfinden. Eine kritische Oxidbildung wird dadurch vermieden. Hierdurch kann eine Beschädigung des Kupfersubstrates ausgeschlossen werden, so dass hochqualitative Beschichtungen erzielt werden, die unter den Betriebsbelastungen des elektrischen Leiters, praktisch keine Korrosion erfahren. Ein derart korrosionsgeschützter Leiter ist daher besonders gut haltbar.In cold gas spraying or cold gas compacting, particles of the coating material, in this case the silver alloy, are spun at high speed onto the surface to be coated in a gas stream through a Laval nozzle. The high kinetic energy of the particles causes a positive connection when pressed onto the substrate. As a result, almost pore-free layers are produced, wherein due to the relatively low coating temperature during the coating no significant chemical reactions take place. A critical oxide formation is avoided. As a result, damage to the copper substrate can be excluded, so that high-quality coatings are achieved, which undergo virtually no corrosion under the operating loads of the electrical conductor. Such a corrosion-protected conductor is therefore particularly durable.

Vorzugsweise wird zum Beschichten der Kontaktfläche eine Silber-Nickel-Legierung verwendet. Dies führt zu einer besonders guten Haltbarkeit des Beschichtungsmaterials bei gleichzeitig besonders guter Diffusionsdichte.Preferably, a silver-nickel alloy is used to coat the contact surface. This leads to a particularly good durability of the coating material with at the same time a particularly good diffusion density.

Zum Kantenschutz des elektrischen Leiters wird vorzugsweise nach dem Beschichten noch ein Kantenbereich des Grundkörpers im Bereich der Kontaktfläche spanend abgeschrägt. Aufgrund der hohen Beschichtungsqualität ist eine derartige mechanische Nachbehandlung möglich, ohne dass die Beschichtung beeinträchtigt wird.For edge protection of the electrical conductor, an edge region of the base body in the region of the contact surface is preferably chamfered after the coating. Due to the high coating quality, such a mechanical aftertreatment is possible without adversely affecting the coating.

Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Leiter, insbesondere eine mehrteilige Elektrode zum Induktionsschweißen, die einen Grundkörper aus Kupfer sowie wenigstens eine elektrische Kontaktfläche zum elektrischen Kontaktieren eines weiteren Leiters aufweist. Die Kontaktfläche ist hierbei mit einer Silberlegierung beschichtet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Silberlegierung durch Kaltgasspritzen aufgebracht ist. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, führt dies zu einer besonders guten, porenfreien und diffusionssicheren Beschichtung, die zuverlässig eine Korrosion des elektrischen Leiters in dessen Betrieb zu verhindern vermag.The invention further relates to an electrical conductor, in particular a multi-part Electrode for induction welding, which has a base body made of copper and at least one electrical contact surface for electrically contacting a further conductor. The contact surface is coated with a silver alloy. According to the invention, it is provided that the silver alloy is applied by cold gas spraying. As already described with reference to the method according to the invention, this leads to a particularly good, non-porous and diffusion-proof coating which can reliably prevent corrosion of the electrical conductor in its operation.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Silberlegierung einen Nickelanteil. Zum Kantenschutz des Grundkörpers ist es zudem zweckmäßig, einen Kantenbereich im Bereich der Kontaktfläche abzuschrägen. Auch hierzu wurden die Vorteile bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.In a further embodiment of the invention, the silver alloy contains a nickel content. For edge protection of the base body, it is also expedient to make an edge area in the area of the contact surface. Again, the advantages have already been explained with reference to the method according to the invention.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Induktorschleife zum Induktionsschweißen; 1 a schematic representation of an inductor for induction welding;

2 eine schematische Darstellung der Kontaktflächen zweier Teile einer Induktorschleife gemäß 1; 2 a schematic representation of the contact surfaces of two parts of an inductor according to 1 ;

3 eine Ausschnittsvergrößerung eines Schliffes durch die Kontaktfläche der Induktorschleife gemäß 1; 3 an enlarged detail of a cut through the contact surface of the inductor according to 1 ;

4a eine Kontaktfläche des elektrischen Leiters nach dem Stand der Technik; und 4a a contact surface of the electrical conductor according to the prior art; and

4b eine Kontaktfläche eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Leiters. 4b a contact surface of an embodiment of an electrical conductor according to the invention.

Zum Induktionsschweißen finden Induktorspulen 10 Anwendung, mittels welchem beispielsweise Achsbrücken oder ähnliche Kraftwagenbauteile elektrisch verschweißt werden können. Durch den Stromfluss in der Induktorspule 10 werden Ströme im Schweißgut erzeugt, die dieses hinreichend erhitzen, um eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Um bei komplexen Bauteilgeometrien die Induktorschleife 10 anbringen zu können, ist diese mehrteilig ausgeführt und umfasst insgesamt drei Einzelteile 12, 14, 16. Um die Teile 12, 14, 16 elektrisch mit den bogenförmigen Teil 16 verbinden zu können, weisen die Teile jeweilige Kontaktflächen 18 auf, über die ein elektrischer Kontakt zwischen den Teilen 12, 14, 16 hergestellt wird. Die Teile 12, 14, 16 sind aufgrund der hohen Leitfähigkeit aus Kupfer hergestellt. Da an Kupfer an Luftsauerstoff oxidieren kann, werden erfindungsgemäß die Kontaktflächen 18 mit einer Silber-Nickel-Beschichtung 20 versehen, um so die Korrosion zu mindern. Die Silber-Nickel-Legierung wird dabei erfindungsgemäß durch Kaltgasspritzen aufgebracht, da sich so besonders haltbare und porenfreie Beschichtungen 20 ergeben. Eine detaillierte Darstellung der Kontaktbereiche 22 zwischen den Teilen 12, 16 ist in 2 dargestellt.Induction coils are used for induction welding 10 Application by means of which, for example, axle bridges or similar motor vehicle components can be electrically welded. Due to the current flow in the inductor coil 10 currents are generated in the weld metal, which heat this sufficiently to produce a cohesive connection. For complex component geometries, the inductor loop 10 to be able to attach, this is made of several parts and includes a total of three items 12 . 14 . 16 , To the parts 12 . 14 . 16 electrically with the arcuate part 16 To be able to connect, the parts have respective contact surfaces 18 on, over which an electrical contact between the parts 12 . 14 . 16 will be produced. The parts 12 . 14 . 16 are made of copper due to the high conductivity. Since copper can oxidize to atmospheric oxygen, according to the invention the contact surfaces 18 with a silver-nickel coating 20 provided so as to reduce corrosion. The silver-nickel alloy is applied according to the invention by cold gas spraying, as so very durable and non-porous coatings 20 result. A detailed representation of the contact areas 22 between the parts 12 . 16 is in 2 shown.

3 zeigt einen Dünnschliff durch den Auftragsbereich der Beschichtung 20 auf dem Grundkörper 12 aus Kupfer. Wie zu erkennen ist, die Silber-Nickel-Schicht praktisch porenfrei und vollflächig mit dem Kupfersubstrat verbunden. Eine Ablösung der Silberschicht droht daher nicht. Auch bei dauerhaften Einsatz der Induktorspule 10 kann somit Korrosion an den Kontaktflächen 18 vermieden werden. 3 shows a thin section through the application area of the coating 20 on the body 12 made of copper. As can be seen, the silver-nickel layer is virtually pore-free and fully bonded to the copper substrate. A replacement of the silver layer therefore does not threaten. Even with permanent use of the inductor coil 10 can thus corrosion on the contact surfaces 18 be avoided.

Dies ist nochmals in den 4a und 4b veranschaulicht. 4a zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktfläche 18 einer Induktorspule 10 nach dem Stand der Technik. Diese besteht aus Kupfer und weist keine Silber bzw. Silber-Nickel-Beschichtung auf. Es ist zu erkennen, dass die Kontaktfläche 18 kraterartige Strukturen 24 aufweist, die durch das Rausreißen von Kupferfragmenten nach Korrosion der Kontaktfläche 18 entstehen.This is again in the 4a and 4b illustrated. 4a shows a plan view of the contact surface 18 an inductor coil 10 According to the state of the art. This is made of copper and has no silver or silver-nickel coating. It can be seen that the contact surface 18 crater-like structures 24 caused by the outbreak of copper fragments after corrosion of the contact surface 18 arise.

Die in 4b dargestellte, erfindungsgemäß mit Silber-Nickel mittels des Kaltgasspritzens beschichtete Kontaktfläche 18 zeigt dagegen lediglich eine leichte Anlauffärbung 26, die jedoch die Leitfähigkeit der Kontaktfläche 18 nicht weiter beeinträchtigt. Nach einem anfänglichen Anlaufen der Kontaktfläche 18 findet auch kein weiterer Verschleiß statt, so dass ein derart ausgeführter Induktor 10 langfristig ohne Korrosionsschäden verwendbar ist.In the 4b represented, according to the invention coated with silver-nickel by means of cold gas spraying contact surface 18 on the other hand shows only a slight tarnish 26 , but the conductivity of the contact surface 18 not further impaired. After an initial start of the contact surface 18 no further wear takes place, so that such an executed inductor 10 long term without corrosion damage is usable.

Selbstverständlich eignet sich die Erfindung nicht nur zum Einsatz an Induktorspulen 10, sondern kann vielmehr für alle elektrischen Kontaktflächen, die besonders korrosionsgefährdet sind Anwendung finden. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn hohe Ströme über die Kontaktflächen geleitet werden sollen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind dabei beispielsweise Schweißzangen oder dergleichen.Of course, the invention is not only suitable for use on inductor coils 10 but rather can be used for all electrical contact surfaces that are particularly susceptible to corrosion. This is particularly useful when high currents are to be conducted over the contact surfaces. Another application example are, for example, welding tongs or the like.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Induktorspuleinductor
1212
Grundkörperbody
1414
Grundkörperbody
1616
Grundkörperbody
1818
Kontaktflächecontact area
2020
Beschichtungcoating
2222
Kontaktbereichcontact area
2424
Strukturstructure
2626
Anlauffärbungstart coloring
2828
Kantenbereichedge region

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10153482 A1 [0004] DE 10153482 A1 [0004]

Claims (6)

Verfahren zum Korrosionsschutz einer elektrischen Kontaktfläche (18) eines elektrischen Leiters (10), insbesondere einer mehrteiligen Elektrode (16) zum Induktionsschweißen, bei welchem ein aus Kupfer bestehender Grundkörper (12, 14, 16) des elektrischen Leiters (10) im Bereich der Kontaktfläche (18) mit einer Silberlegierung (20) beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten durch Kaltgasspritzen erfolgt.Method for corrosion protection of an electrical contact surface ( 18 ) of an electrical conductor ( 10 ), in particular a multi-part electrode ( 16 ) for induction welding, in which a base body consisting of copper ( 12 . 14 . 16 ) of the electrical conductor ( 10 ) in the area of the contact surface ( 18 ) with a silver alloy ( 20 ) is coated, characterized in that the coating is carried out by cold gas spraying. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten eine Silber-Nickel-Legierung verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that a silver-nickel alloy is used for coating. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten ein Kantenbereich (28) des Grundkörpers (12, 14, 16) im Bereich der Kontaktfläche (18) spanend abgeschrägt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that after coating an edge region ( 28 ) of the basic body ( 12 . 14 . 16 ) in the area of the contact surface ( 18 ) is chamfered. Elektrischer Leiter (10), insbesondere mehrteilige Elektrode (10) zum Induktionsschweißen, mit einem Grundkörper (12, 14, 16) aus Kupfer sowie wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche (18) zum elektrischen Kontaktieren eines weiteren Leiters, welche mit einer Silberlegierung (20) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Silberlegierung (20) durch Kaltgasspritzen aufgebracht ist.Electrical conductor ( 10 ), in particular multi-part electrode ( 10 ) for induction welding, with a base body ( 12 . 14 . 16 ) of copper and at least one electrical contact surface ( 18 ) for electrically contacting a further conductor which is coated with a silver alloy ( 20 ), characterized in that the silver alloy ( 20 ) is applied by cold gas spraying. Elektrischer Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Silberlegierung Nickel enthält.Electric conductor according to claim 4, characterized in that the silver alloy contains nickel. Elektrischer Leiter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kantenbereich (28) des Grundkörpers (12, 14, 16) im Bereich der Kontaktfläche (18) abgeschrägt ist.Electric conductor according to claim 4 or 5, characterized in that an edge region ( 28 ) of the basic body ( 12 . 14 . 16 ) in the area of the contact surface ( 18 ) is bevelled.
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