DE1236207B - Precious metal alloy based on gold-palladium with high specific electrical resistance - Google Patents

Precious metal alloy based on gold-palladium with high specific electrical resistance

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DE1236207B DED38054A DED0038054A DE1236207B DE 1236207 B DE1236207 B DE 1236207B DE D38054 A DED38054 A DE D38054A DE D0038054 A DED0038054 A DE D0038054A DE 1236207 B DE1236207 B DE 1236207B
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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.Precious metal alloy based on gold-palladium with high specificity electrical resistance In the course of the miniaturization of parts of electrical resp. electronic devices one strives to z. B. for potentiometers or similar electrical Devices to use alloys that have the highest possible specific electrical Have resistance. In addition, these alloys should have other properties, such as the low temperature coefficient of the specific electrical resistance, high abrasion resistance, low thermal voltage against copper, corrosion resistance, constant resistance with long service life and low and constant contact resistance, exhibit.

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.Some of these requirements are excellently met by alloys that consist only of precious metals. So far, however, no base metal-free alloy is known that has a specific electrical resistance of more than approximately 50 [t9 - cm. Base metals are therefore added to achieve higher specific electrical resistances. Numerous alloys of this type are already known which, in addition to one or more noble metals such as platinum, gold, palladium and the like, have very different additions of base metals. For example, Pd / W, Pd / Mo, Pt / Cu / Ni, Pd / V, Pd / Ti alloys have already been described in, among others.

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.In addition, there are already alloys of the three-component system gold-palladium-iron became known, especially because they are after a special heat treatment for In some cases, very high values of the specific electrical resistance can be achieved.

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.Without this heat treatment, these leaks have only relatively low specific electrical resistances between about 40 and 80 #tQ - cm. The special heat treatment consists in tempering the alloys after soft annealing at 7501 C for up to 24 hours at temperatures between 300 and 6001 ° C. The highest specific electrical resistance that can be achieved in this way is 199 [tQ - cm and is achieved with a gold-palladium-iron alloy with 49.5 / 40.5 / 10 percent by weight.

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.For the practice allerdin-s is a potentiometer wire, which by tempering on z. B. 300 ° C the required resistance value was impressed, not very suitable. ce. - zn ZD because this resistance value will change when the potentiometer becomes warm in use.

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.It has now been found that quaternary deposits with 18 to 75% gold, 75 to 20% palladium, 2 to 1511 / o iron and 0.4 to 1.211 / o aluminum as required have a high specific electrical resistance and are therefore used as resistance wire, z. B. are suitable for potentiometers.

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.There are alloys for loading in Potentiometerdrähte known (British Patent 861,646), which consist of gold, palladium, and molybdenum with a molybdenum content is mandatory. Iron should only be added to these alloys for modification. In contrast, the alloys according to the invention contain no molybdenum, while the iron content is greater than the aluminum content. The advantage of the alloys of the invention is that a wide range of resistance values can be prepared by suitable composition of the alloy, from a lower limit of 75 # t9 - cm up to an upper limit of 230 ft9 - cm. Such a broad resistance range is always required in practice in order to be able to produce potentiometers of different resistance values without changing the other operating conditions. The alloys according to the aforementioned British patent only have a resistance range of about 80 to 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.It has also already been proposed (German Auslegeschrift 1 121 339), as an alloy for potentiometer wires, gold with an addition of 1 to 5 1 / o titanium, 3 to 8 %. Iron and optionally up to 65 %, especially 10 to 5511 / o, palladium to be used. These alloys have the disadvantage that they are difficult to produce in a reproducible manner due to the known high reactivity of titanium with oxygen or ceramic materials.

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.The alloys according to the invention differ in their composition of the known gold-palladium-iron alloys mainly in that they Contains 0.4 to 1.2% aluminum. This seemingly insignificant addition has the unexpected and surprising effect that he is the tempering treatment makes superfluous, which is crucial for gold-palladium-iron alloys is.

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.In the production of the alloys according to the invention, a final annealing of 0.5 hours at 800 to 900 ° C. with subsequent practically any type of cooling is sufficient. It has been found that on cooling in the furnace (duration of cooling from 900 'C to room temperature for about 10 hours), at a cooling period of 10 minutes for the same temperature range and at normal cooling in air by taking the samples from the oven at 900 ° C. (cooling time approx. 30 seconds) practically in every case the same specific electrical resistance is established for a certain alloy. Even a rugged waste scare of annealing temperature in ice water changes the electrical resistivity of only about 3 to 511o. A further increase in the specific electrical resistance by annealing at 400 to 500 ° C, corresponding to the known alloys without the addition of aluminum, is not possible.

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.Another advantage of the alloys according to the invention is the fact that even higher specific electrical resistances can be achieved with them than with the gold-palladium-iron alloys in the tempered state. The highest specific electrical resistance found is 50% palladium, 3811 / o gold, 11% iron and 1% aluminum with 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.This maximum is therefore without compared to the corresponding alloys Aluminum not only has a higher electrical resistivity, but also shifted to lower gold grades, which has two further advantages. On the one hand, part of the gold is replaced by the cheaper palladium, on the other hand the specific weight of the alloys is lower, which is one per unit weight larger amount of wire results.

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.The specific electrical resistance of the alloys according to the invention passes through a flat maximum when the aluminum content changes at 1.0 1 / o aluminum. It has been shown that with additions of 0.9 to 1.1 % aluminum, practically the same specific electrical resistance occurs. This circumstance proves to be advantageous in the production process, insofar as during the melting a consumption of up to 10 1 / o of ammonium can be accepted without hesitation and a great uniformity of the specific electrical resistance is nevertheless guaranteed.

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.The alloys do not reach their maximum resistance in the deformed, but in the soft-annealed condition. They are therefore of particular constancy of resistance over long periods of use and even when heated above use temperature.

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.The alloys according to the invention are within the range of 18 to 75 % gold, 75 to 20% palladium, 2 to 1511 / o iron and 0.4 to 1.2% aluminum. From b. 1 clearly delimits this area. In addition, Ab b. 1 the lines of the same specific electrical resistance plotted against the concentration. From b. In comparison, FIG. 2 gives the resistance values of the known gold-palladium-iron alloys without the addition of aluminum and without tempering.

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.The table gives some examples of the specific electrical resistances of alloys according to the invention. Au Pd 1 Fe Al Specific electrical Resistance soft 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 The mean temperature coefficient of the specific electrical resistance between 0 and 100 ° C. is generally either very close to zero or it is even negative.

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.The thermal voltage of the alloys against copper passes through the zero value with increasing iron content, coming from negative values, becomes weakly positive and then drops again to negative values. From b. 3 shows the hatched area in which the thermal voltage against copper is either zero or weakly positive or negative.

Claims (3)

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. Claims: 1. Iron-containing gold-palladium alloy with high specific electrical resistance, characterized in that it consists of 75 to 2011 / o palladium, 2 to 15% iron, 0.4 to 1.2% aluminum, the remainder 18 to 75 % Gold, exists. 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. 2. Alloy according to claim 1, characterized in that it consists of 70 to 23 % palladium, 4 to 11.501o iron, 0.4 to 1.2% aluminum, the remainder 18 to 70 1 / o gold. 3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the iron and aluminum content is at least 5 % and not more than a quarter of the palladium content. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1121339; französische Patentschrift Nr. 606 274; britische Patentschriften Nr. 254 666, 861646.Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 121 339; French Patent No. 606 274; British Patent Nos. 254 666, 861 646.
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