DE1236207B

DE1236207B - Edelmetall-Legierung auf Gold-Palladium-Basis mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand

Info

Publication number: DE1236207B
Application number: DED38054A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Zwingmann
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1962-02-02
Filing date: 1962-02-02
Publication date: 1967-03-09
Also published as: FR1346215A; US3136634A; GB1005292A

Description

Edelmetall-Legierung auf Gold-Palladium-Basis mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand Im Zuge der Miniaturisierung von Teilen elektrischer bzw. elektronischer Geräte ist man bestrebt, z. B. für Potentiometer oder ähnliche elektrische Geräte Legierungen einzusetzen, die einen möglichst hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen. Daneben sollen diese Legierungen noch weitere Eigenschaften, wie geringen Temperaturkoeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes, hohe Abriebfestigkeit, geringe Thermospannung gegen Kupfer, Korrosionsfestigkeit, konstanten Widerstand bei langer Betriebsdauer und niedrigen sowie konstanten übergangswiderstand, aufweisen.
Ein Teil dieser Forderungen wird ausgezeichnet durch Legierungen erfüllt, die nur aus Edelmetallen bestehen. Bisher ist allerdings keine unedelmetallfreie Legierung bekannt, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als ungefähr 50[t9 - cm aufweist. Es werden deshalb zur Erzielung höherer spezifischer elektrischer Widerstände Unedelmetalle zulegiert. Es sind bereits zahlreiche Legierungen dieser Art bekannt, die neben einem oder mehreren Edelmetallen, wie Platin, Gold, Palladium u. ä., sehr unterschiedliche Zusätze von Unedelmetallen aufweisen. So sind z.B. schon Pd/W-, Pd/Mo-, Pt/Cu/Ni-, Pd/V-, Pd/Ti-Legierungen u. a. in. beschrieben worden.
Daneben sind bereits Legierungen des Dreistoffsystems Gold-Palladium-Eisen bekanntgeworden, insbesondere weil sie nach einer speziellen Wärmebehandlung zum Teil sehr hohe Werte des spezifischen elektrischen Widerstandes erreichen lassen.
Diese Leaierungen weisen ohne diese Wärinebehandlung nur verhältnismäßig geringe spezifische elektrische Widerstände zwischen etwa 40 und 80 #tQ - cm auf. Die spezielle Wärmebehandlung besteht darin, daß die Legierungen nach dem Weichglühen bei 7501 C bis zu 24 Stunden bei Temperaturen zwischen 300 und 6001' C angelassen werden. Der höchste so ereichbare spezifische elektrische Widerstand beträgt 199 [t-Q - cm und wird bei einer Legierung Gold-Palladium-Eisen mit 49,5/40,5/10 Gewichtsprozent erzielt.
Für die Praxis allerdin-s ist ein Potentiometerdraht, dem durch Anlassen auf z. B. 300' C der verlangte Widerstandswert auf- prägt wurde, wenig geeignet. ce. - zn ZD denn dieser Widerstandswert wird sich ändern, wenn das Potentiometer im Gebrauch warm wird.
Es wurde nun gefunden, daß quaternäre Legjerungen mit 18 bis 75% Gold, 75 bis 20% Palladium, 2 bis 1511/o Eisen und 0,4 bis 1,211/o Aluminium den erforderlichen hohen spezifischen elek# trischen Widerstand aufweisen und daher als Widerstandsdraht, z. B. für Potentiometer geeignet sind.
Es sind Legierungen für Potentiometerdrähte be- im kannt (britische Patentschrift 861646), die aus Gold, Palladium und Molybdän bestehen, wobei ein Molybdängehalt zwingend vorgeschrieben ist. Eisen soll diesen Legierungen nur zur Modifikation zugesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Legierungen enthalten dagegen kein Molybdän, während der Eisengehalt größer als der Aluminiumgehalt ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Legierungen besteht darin, daß ein breiter Bereich von Widerstandswerten durch geeignete Zusammensetzung der Legierungen hergestellt werden kann, und zwar von einer unteren Grenze von 75 #t9 - cm bis zu einer oberen Grenze von 230 Ft9 - cm. Ein derartiger breiter Widerstandsbereich wird in der Praxis stets gefordert, um Potentiometer von verschiedenem Widerstandswert ohne Änderung der übrigen Betriebsverhältnisse herstellen zu können. Die Legierungen nach dem genannten britischen Patent besitzen nur einen Widerstandsbereich von etwa 80 bis 125 g9 - cm.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (deutsche Auslegeschrift 1121339), als Legierung für Potentiometerdrähte Gold mit einem Zusatz von 1 bis 5 1/o Titan, 3 bis 8 %. Eisen und gegebenenfalls bis 65 O/o, besonders 10 bis 5511/o Palladium, zu verwenden. Diese Legierungen haben den Nachteil, daß sie infolge der bekannt großen Reaktionsfreudigkeit des Titans mit Sauerstoff oder keramischen Materialien nur schwierig reproduzierbar herzustellen sind.
Die erfindungsgemäßen Legierungen unterscheiden sich in der Zusammensetzung von den bekannten Gold-Palladium-Eisen-Legierungen hauptsächlich dadurch, daß sie 0,4 bis 1,2% Aluminium enthalten. Dieser geringfügig erscheinende Zusatz hat die unerwartete und überraschende Wirkung, daß er die Anlaßbehandlung überflüssig macht, die bei den Gold-Palladium-Eisen-Legierungen entscheidend wichtig ist.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen genügt als Abschlußglühung eine solche von 0,5 Stunden bei 800 bis 900' C mit anschließender praktisch beliebiger Abkühlungsart. Es hat sich gezeigt, daß bei Abkühlung im Ofen (Dauer der Ab- kühlung von 900' C bis Raumtemperatur etwa 10 Stunden), bei einer Abkühlungsdauer von 10 Minuten für den gleichen Temperaturbereich und bei normaler Abkühlung an Luft durch Entnahme der Proben aus dem Ofen bei 900' C (Abkühlungsdauer etwa 30 Sekunden) praktisch in jedem Fall für eine bestimmte Legierung sich der gleiche spezifische elektrische Widerstand einstellt. Selbst ein schroffes Ab- schrecken von Glühtemperatur in Eiswasser ändert den spezifischen elektrischen Widerstand nur um etwa 3 bis 511o. Eine weitere Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes durch Glühen bei 400 bis 500' C, entsprechend den bekannten Legierungen ohne Aluminiumzusatz, ist nicht möglich.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Legierungen ist die Tatsache, daß bei ihnen noch höhere spezifische elektrische Widerstände erreicht werden können als bei den Gold-Palladium-Eisen-Legierungen im angelassenen Zustand. Der höchste gefundene spezifische elektrische Widerstand liegt bei 50% Palladium, 3811/o Gold, 11% Eisen und 1% Aluminium mit 230 [tQ - cm.
Dieses Maximum ist also gegenüber den entsprechenden Legierungen ohne Aluminium nicht nur höher im spezifischen elektrischen Widerstand, sondern auch zu geringeren Goldgehalten verschoben, was zwei weitere Vorteile mit sich bringt. Einmal wird ein Teil des Goldes durch das billigere Palladium ersetzt, zum anderen wird das spezifische Gewicht der Legierungen geringer, was pro Gewichtseinheit eine größere Menge Draht ergibt.
Der spezifische elektrische Widerstand der erfindungsgemäßen Legierungen durchläuft bei Veränderung des Aluminiumgehaltes bei 1,0 1/o Aluminium ein flaches Maximum. Es hat sich gezeigt, daß bei Zusätzen von 0,9 bis 1,1 % Aluminium praktisch der gleiche spezifische elektrische Widerstand auftritt. Bei der Herstellung erweist sich dieser Umstand als vorteilhaft, insofern, als beim Erschmelzen ein Ahrminiumabbrand bis zu 101/o ohne Bedenken in Kauf genommen werden kann und trotzdem eine große Gleichmäßigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes gewährleistet ist.
Die Legierungen erreichen ihr Widerstandsmaximum nicht im verformten, sondern im weichgeglühten Zustand. Sie sind deshalb von besonderer Widerstandskonstanz über lange Verwendungszeiten und selbst bei Erwärmen über Gebrauchstemperatur.
Die erfindungsgemäßen Legierungen liegen innerhalb des Bereiches von 18 bis 75 % Gold, 75 bis 20% Palladium, 2 bis 1511/o Eisen und 0,4 bis 1,2% Aluminium. Ab b. 1 grenzt diesen Bereich anschaulich ab. Daneben enthält Ab b. 1 noch die Linien gleichen spezifischen elektrischen Widerstandes, aufgetragen über der Konzentration. Ab b. 2 gibt im Vergleich dazu die Widerstandswerte der bekannten Gold-Palladium-Eisen-Legierungen ohne Aluminiumzusatz und ohne Anlaßbehandlung.

Die Tabelle gibt einige Beispiele für die spezifischen elektrischen Widerstände von erfindungsgemäßen Legierungen.

Au Pd 1 Fe Al Spezifischer elektrischer

Widerstand weich

in #/0 0,5 h/8001 C in gn -cm

65,8 30 3,5 0,7 85

65,5 30 3,5 1 90

65,3 30 3,5 1,2 89

62 29,5 75 1 130

58 34,5 6:5 1 160

47 42 E) 1 190

44,5 4.5 9,5 1 205

38 50 11 1 230

30 55 14 1 194

30 58 11 1 20,6

20 72,5 6,5 1 75

Der mittlere Temperaturkoeffizient des spezifischen elektrischen Widerstandes zwischen 0 und 100' C liegt im allgemeinen entweder sehr nahe bei Null, oder er ist sogar negativ.

Die Thermospannung der Legierungen gegen Ku-pfer durchläuft mit steigendem Eisengehalt von negativen Werten kommend den Nullwert, wird schwach positiv und fällt dann wieder zu negativen Werten ab. Ab b. 3 gibt schraffiert den Bereich wieder, in dem die Thermospannung gegen Kupfer entweder Null oder schwach positiv bzw. negativ ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Eisenhaltige Gold-Palladium-Legierung mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 75 bis 2011/o Palladium, 2 bis 15% Eisen, 0,4 bis 1,2 % Aluminium, Rest 18 bis 75 % Gold, besteht.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 70 bis 23 % Palladium, 4 bis 11,501o Eisen, 0,4 bis 1,2% Aluminium, Rest 18 bis 70 1/o Gold besteht. 3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Eisen und Aluminium mindestens 5 % und nicht mehr als ein Viertel des Palladiumgehaltes beträgt.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1121339; französische Patentschrift Nr. 606 274; britische Patentschriften Nr. 254 666, 861646.