JPH03223433A - Ａｇ―ＳｎＯ―ＣｄＯ電気接点材料とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、開閉器、遮断器、接続器等の電気機器に広く
用いられている電気接点用材料に関するものである。

特に、この発明になる電気接点材料はＡｇとＳｎとＣｄ
を溶解したＡｇ−Ｓｎ−Ｃｄ合金を内部酸化したもので
あって、Ａｇ粉末と酸化Ｓｎ粉末と酸化Ｃｄ粉末とを混
合して焼結したものとは異なる。

（ロ）従来の技術と問題点 Ａｇをマトリックスとし、その溶解金属であるＳｎを内
部酸化してＳｎ酸化物としたＡｇ−Ｓｎ酸化物合金は、
上述した種類の電気接点材料として今日広く用いられて
いる。

同様な電気接点材料としては、Ａｇ−Ｃｄ酸化物合金が
知られるところであるが、ＣｄはＡｇマトリックス中で
容易に内部酸化できるのであるが、有害成分であるので
、公害防止の面からみてＡｇ−Ｓｎ酸化物合金の電気接
点材料がより広く使われるようになって来た。

しかし、Ｃｄ酸化物は耐火性或は接点開閉時のアークに
対しての耐アーク性に優れていると共に、アークによる
熱によって蒸発しやすいので、Ｃｄｍ化物を含むＡｇ合
金は接点材料として使われた時に接触抵抗において安定
しており、Ｃｄ＠化物を全く無視することができないこ
とが偶々ある。

従って、この発明になる接点材料は、ＳｎのほかにＣｄ
を含むものである。

しかるに、本発明接点材料の如く、Ａｇマトリックス中
のＳｎが重量比で約５％以上になるとキニハ、このＳｎ
の全量をＡｇマトリックスの外方から内方へ浸透、拡散
する＃素によって完全に内部酸化することが難しいこと
は、つとに知られている。

例えば、１９６６年４月付の西ドイツＤＯＤＵＣＯ社の
インフォメーション（登録番号１−１１）には、５％（
７）　Ｓ　ｎを含むＡｇ−Ｓｎ合金は、内部酸化によっ
てはＳｎを酸化することができないと、記載されている
。これは、合金の表面から深部への酸化の進行を阻止す
るＳｎの偏析層が合金の表面部に形成されてしまうため
であると、記述されている。このことは、今日でも電気
接点材料の関係業界の人々によって広く認識されている
ところである。

このため、拡散速度のＶい、即ち酸素を担持してＡｇマ
トリックスの内方へ酸素を伝播する能力のある補助溶質
金属を併用することが必須となる。このような補助溶質
金属の代表的なものとしてはＩｎとＢｉがある。

このような補助溶解金属としてＩｎを使った電気接点材
料としては、アメリカ合衆国特許第３９３３４８５号に
記載されるＡｇ−３ｎ−Ｉｎ系合金を内部酸化したもの
がある。この電気接点材料は、５〜１０重ｉ％のＳｎと
１．０〜６重量％のＩｎを含む銀合金を内部酸化したも
ので、今日使用されている電気接点材料の中では最も優
れたものの一つである。

しかし、補助溶解金属として優れた役割をこのように果
すＩｎやＢｉを用いても、５％以上のＳｎをＡｇマトリ
ックス中で均一に内部酸化することは難しく、Ａｇマト
リックスの外表面部にＳｎ酸化物が時として過度に偏析
し、エアータイトになってサブスケールを作り、一方銀
マトリックスの内方中心部ではＳｎ酸化物が稀薄になる
ことがある。

また、Ｉｎ酸化物やＢｉ酸化物は耐火性が低く、比較的
弱い金属酸化物であるので、できればＩｎやＢｉを使わ
ないでＳｎを内部酸化することが望ましい。

更にまた、Ａｇ−３ｎ−Ｃｄ合金に比して、ＩｎやＢｉ
を使った四元系の合金であるＡｇＳｎ−Ｉｎ−Ｃｄ合金
やＡｇ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｄ合金は電導率が劣るので、こ
の点からしてもできればＩｎやＢｉを内部酸化のための
補助溶質金属として用いないことが望ましい、五元系、
六元系のＡｇ合金が三元系のＡｇ−Ｓｎ−Ｃｄ合金に比
して、更に電導率が劣ることは勿論である。

ちなみに、Ｅ述した通り、Ｃｄそれ自体はマトリックス
中で容易に内部酸化できるものであるが、Ｃｄを添加し
てもＡｇマトリックス中にＳｎが５％以上で存在すると
きには、他の内部酸化補助溶質金属を使わないで、この
Ｓｎを完全内部酸化することはできないとされた来た。

（ハ）発明の開示 上述したところに照して１本発明はＡｇにＳｎを５〜１
２重閂％加え、更にＣｄを０．５〜５重量％加えた溶解
合金を内部酸化した全く新規な電気接点材料を提供する
ものである。

Ｓｎの緩は、得られた電気接点材料に耐火性を与えるた
めに、最低限で５重量％が必要であり。

後述する通りｃｄが上限値の５重量％で加えられた時に
は、得られた電気接点材料が脆くなり、またＣｄＯの上
述した如き特性を活かすためにも、Ｓｎは１２重量％ま
でであることが望ましい。

Ｃｄの添加量は上述した通りの特性を出すためには最低
門で０．５重量％が必要であり、それもＣｄの公害性か
らしてなるべく少ない方がよいので、５重量％までを上
限値とする。

この発明では、ＡｇマトリックスにＳｎとＣｄを加えた
三元系の溶解Ａｇ合金を内部酸化したものであるが、必
要によっては、Ｆｅ族元素金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）の
一つ或は複数を加えてもよい、これは、内部酸化を促進
、補助するものではなく、あくまでも得られる電気接点
材料の合金組織を微細にするためである−この目的のた
めに、Ｆｅ族元素金属の添加量は０．００１　Ｎ１重量
％が好適である。

更に、この発明は上記した新規な電気接点材料の製法を
も提供するものである。

即ち、本発明者は今まで不可能であったＡｇ−Ｓｎ５〜
１２％−Ｃｄ０．５〜５％合金の内部酸化が、内部酸化
時の酸素雰囲気を１Ｏａｔ＋ｓ以上にすれば完全に完了
できることを多数の実験を繰返すことにより発見した。

これは、全く新規な本発明者の知見である。

Ａｇ合金を内部酸化して電気接点材料を作るとき、Ａｇ
マトリックスを活性化して外部の酸素を該Ａｇマトリッ
クスがその中に取り込むように、Ａｇマトリックスを加
熱する。この温度は通常５００〜７５０℃である。

上述したように、Ａ　ｇ　−Ｓ　ｎ　５〜１２％−Ｃｄ
Ｏ９５〜５％合金の内部酸化は１０ａｔｍ以上の酸素雰
囲気中で行なえば可能であるが、酸素気圧が高いほど加
熱温度を低めにすることが望ましいことが分った。

これは、酸素気圧が高くしかも加熱温度も高くしてＡｇ
マトリックスが過度に活性化されると、Ａｇマトリック
ス中への酸素の取り込み蓋が過度に多くなり、Ａｇマト
リックス中のＳｎとＣｄの酸化速度が早過ぎて合金の表
面部分に金属酸化物が偏析してサブスケールができてし
まうことを避けるためである。

即ち、酸素気圧が１０ａｔ薦以上で比較的に低い時には
、加熱温度を上記した約５００〜７５０℃の範囲内で比
較的高くし、反対に酸素気圧が１０ａｔｅ以上で比較的
に高い時には、加熱温度を上記した範囲内で比較的低く
することが望ましい。

また、このようにして上記した合金を内部酸化するとき
、合金を液相を全く含まない固相で内部酸化することが
好ましい、これは、もし合金が液相を帯びると、内部酸
化された金属酸化物が合金表面に浮上・移行してサブス
ケールを作る虞れがあるからである。

従って、加熱温度が上記した範囲の下限の約５００℃で
あるときに、酸素気圧は高いほどよいが、合金の一部の
液相化さえをも完全に避けかつ工業的に実施可能な酸素
気圧として約２００　ａｔｍまでが望ましい。

これらを換言すれば、この発明において、Ａｇ−Ｓ　ｎ
　５〜１２％−ＣｄＯ−５〜５％の溶解合金を内部酸化
するとき、酸素気圧の下限と上限は１０ａｔ薦と２００
ａｔｍであり、その時の加熱温度はこれに対応して上述
した如く約り５０℃〜約５００℃であることが望ましい
。

以下、この発明を実施例を参照して更に詳細に説明する
。

（ニ）実施例 （１）Ａｇ−Ｓｎ６％−Ｃｄ３％ （２）Ａｇ−Ｓｎ６％−Ｃｄ３％−Ｎ　ｉ　Ｏ，２％上
記した組成分（％は重量％、以下同じ）の合金を溶解し
てインゴット（径１２０■■で長さ４０１層）とし、こ
れを熱間押出しで厚さ３０層層で輻５０■腸の角棒とし
た。これを長さ５００ｍ５に切断し、その上下両面の３
１層をシェーバ−で機械研削して、厚さ２４腸■で輻５
１０ｔｓ、長さ５００鳳■の角棒を得た。

この角棒の下面に２．５層層厚さの純銀を裏張りして、
厚さが１．２層厘となるように圧延し、更にこれを径６
冒■ポンチで打抜いて、銀が裏張りされた径６層層で厚
さ１．２　ｙａ膳のディスク型接点材を得、この接点材
を酸素気圧２５ａｔｍ、加熱温度７００℃で５０時間酸
化焙焼した。

得られた接点材の縦断面を顕微鏡で観察したところ、表
面部にサブスケールが生じることなく、Ｓｎが完全に内
部酸化されていることが認められた。また、Ｃｄも勿論
完全に内部酸化された。

Ｓｎｍ化物の粒子は微細でＡｇ粒界に関係なく銀マトリ
ツクス中に均一に析出していることが認められた。また
、Ｓｎ酸化物の析出分布と組織は誠にきれいで、あたか
も粉末冶金法によって作られたＡｇ粉末−３ｎ酸化物粉
末合金の如くに均一できれいであった。

対比のために、次の合金（３）を作り、これを内部酸化
して接点材を作った。この接点材は、今日使われる接点
材のうちで最も優秀な接点性能をもつものの一つである
。

（３）Ａｇ−３ｎ６％−Ｉｎ１％−Ｎ　ｉ　Ｏ，２％上
記したと同様にしてディスク型接点材を得、この接点材
を酸素気圧が常圧のｆａｔｓ、加熱温度６２０℃で２４
時間酸化焙焼した。

この内部酸化した接点材（３）をｉｉｉ微鏡で同様に観
察した。その結果、Ｓｎは完全に内部酸化されているこ
とが認められたが、Ｓｎ＃化物はＡｇ粒界に沿って幀片
状に析出し、その析出粒子は上記した（１）と（２）に
比してはるかに粗いものであった。

上記した接点材（１）　　、　（２）　　、　（３）の
硬さ（ＨＲＦ）と電導率（Ｉ　ＡＣ３％）は以下の通り
であった。

硬さ　　　　　電導率 （１）　　　８３　　　　　　６０ （２）　　　８５　　　　　　５８ （３）　　　９５　　　　　　５５ 耐溶着試験［電圧ＤＣ２４０Ｖ、初期電流（コンデンサ
ー電流からの放電電流）７００Ａ、接触圧力２００ｇ、
試験回数２０回］による溶着回数は以下の通りであった
。

（１）０ （２）０ （３）０ また、ＡＳＴＭ法テストによる消耗量（単位：腸ｇ）は
１次の通りであった。

試験条件：電圧ＡＣ２００Ｖ、電流５０Ａ。

接触圧力４００ｇ、開離力６００ｇ 消耗量 （１）　　　　１０ （２）　　　　１２ （３）　　　　１５ 初期の接触抵抗範囲と、電磁開閉器を用いたＡＣ−４実
器テスト（３ｐｈａｓｅ　Ａ　Ｃ２００Ｖ、ｐｆＯ９５
、通電時間０．１秒、毎分２０回開閉）による１万回開
閉後の接触抵抗の範囲は次の通りであった。

初期の接触　　　　１万回開閉後の接触抵抗範囲（ｍΩ
）　抵抗範囲（ｍΩ） （１）　　　０．３〜０．４　　　　　１．９〜２．２
（２）　　　（１５〜０．７５　　　　　２．１〜２．
５（３）　　　０．８〜１．０　　　　　３．３〜８．
４（ホ）発明の効果 この発明は、上述したように内部酸化したＡｇ−Ｓ　ｎ
　５〜１２％−ＣｄＯ，５〜５％合金になる全く新規な
電気接点材料を提供するものであり、上記した結果から
も分る通り、該電気接点材料は電気接点特性、特に接触
抵抗の安定性において優れており、金属酸化物が超微細
で均一に分散した内部酸化した実質的に三元系のＡｇ−
Ｓｎ−Ｃｄ合金になる電気接点材料を提供することがで
きるのである。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｇ−Ｓｎ（５〜１２重量％）−Ｃｄ（０．５〜
   ５重量％）の溶解合金を内部酸化したＡｇ−ＳｎＯ−Ｃ
   ｄＯ電気接点材料。
2. （２）前記溶解合金にはＦｅ族元素金属（Ｆｅ，Ｃｏ，
   Ｎｉ）の一或は複数を０．００１〜１重量％で含有する
   特許請求の範囲第１項記載の電気接点材料。
3. （３）酸素気圧１０ａｔｍ以上の雰囲気下で前記溶解合
   金が全く液相を含まない固相の状態で内部酸化した特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の電気接点材料。
4. （４）酸素気圧１０ａｔｍ以上２００ａｔｍまでの雰囲
   気下で温度７５０〜５００℃で加熱して内部酸化した特
   許請求の範囲第１項，第２項又は第３項記載の電気接点
   材料。
5. （５）Ａｇ−Ｓｎ（５〜１２重量％）−Ｃｄ（０．５〜
   ５重量％）の溶解合金を酸素気圧１０ａｔｍ以上の雰囲
   気下で該溶解合金が全く液相を含まない固相の状態で内
   部酸化することを特徴とするＡｇ−ＳｎＯ−ＣｄＯ電気
   接点材料の製法。
6. （６）前記溶解合金にはＦｅ族元素金属（Ｆｅ，Ｃｏ，
   Ｎｉ）の一或は複数を０．００１〜１重量％で含有して
   なる特許請求の範囲第５項記載の電気接点材料の製法。
7. （７）前記酸素気圧が１０ａｔｍ以上２００ａｔｍまで
   である特許請求の範囲第５項又は第６項記載の電気接点
   材料の製法。
8. （８）７５０〜５００℃の温度下で加熱してなる特許請
   求の範囲第７項記載の電気接点材料の製法。