Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte
Auf nahezu allen Gebieten der Schwachstromtechnik werden für elektrische Kontakte seit langem Palladium Silber-Legierungen verwendet, insbesondere dann, wenn in Bezug auf die Schaltsicherheit hohe Anforderungen zu erfüllen sind. Meist werden hierbei nur die Teile, die unmittelbar für die Kontaktgabe infrage kommen, aus diesen Legierungen gefertigt und diese mit einer Unterlage aus unedlem Grundmetall durch Plattieren verbunden, beispielsweise mit einer Unterlage aus Kupfer oder dessen Legierungen, bzw. anderen Unedelmetallen und Unedelmetallegierungen.
Auch die Unedelmetalle der 8. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Eisen und Nickel und deren Legierungen sowie Legierungen, die diese Metalle als wesentliche Bestandteile enthalten, finden als Werkstoffe für die Unedelmetallbasis dieser sogenannten Bimetallkontakte Verwendung.
Diese bekannten Verbundwerkstoffe aus einer Unedelmetallunterlage und einer Kontaktauflage aus Palladium-Silber-Legierungen, die durch Plattieren verbunden sind, zeigen bei der praktischen Verarbeitung dann erhebliche Nachteile, wenn eine Basis aus den Unedelmetallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems Eisen, Kobalt, Nickel oder deren Legierungen oder Legierungen, in denen die genannten Metalle einen wesentlichen Bestandteil darstellen, verwendet wird und starke thermische und mechanische Beanspruchungen unvermeidlich sind. Diese Schwierigkeiten und Nachteile treten in erster Linie dann auf, wenn solche Teile auf hohe Temperaturen, etwa über 800 C, erhitzt werden und anschliessend einer mechanischen Beanspruchung, wie etwa Biegung, unterliegen.
An sich ist es dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig, dass sich Rein silber ohne Schwierigkeit auf die infrage kommenden Unedelmetallwerkstoffe aufplattieren lässt und dass der Verbundwerkstoff dann auch bis in die Nähe des Silberschmelzpunktes erhitzt werden kann, ohne dass der Werkstoff in irgendeiner Weise ungünstig beeinflusst wird oder Schäden zeigt.
Dies gilt im gleichen Masse auch für das Plattieren von Reinpalladium auf die Unedelmetalle der 8. Gruppe des Periodischen Systems oder die Legierungen dieser Unedelmetalle; denn auch diese Verbundwerkstoffe können ohne weiteres bei der Weiterverarbeitung hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Diese Verhältnisse ändern sich aber dann entscheidend, wenn Palladium-Silber-Legierungen für die Herstellung von Verbundwerkstoffen verwendet werden, die aus 20 bis 80 O/o, vorzugsweise 30 bis 60 ovo Palladium und Rest Silber bestehen.
Hierbei treten bei der Weiterverarbeitung der Verbundwerkstoffe zu elektrischen Kontakten sogar schon beim Erhitzen auf Temperaturen von 800 OC und darüber ohne anschliessender mechanischer Beanspruchung sehr häufig Risse in der - Plafflerungsschicht auf, die unter Umständen sogar bis zur völligen Ablösung der Kontaktauflage führen können, zumindest aber die Betriebssicherheit der Kontakte infrage stellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der bekannten Verbundwerkstoffe aus Unedelmetallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems oder deren Legierungen mit einer Plattierungsschicht aus Palladium-Silber-Legierungen auszuschalten, bzw. weitestgehend einzuschränken, so dass diese Werkstoffe auch bei länger andauernden intensiven Belastungen sowohl in thermischer als auch in mechanischer Beziehung ihre vorzüglichen Eigenschaften behalten.
Die überraschende Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte mit einer Basisschicht aus Eisen, Kobalt, Nickel oder aus einer Eisen-, Kobalt- oder Nickel-Legierung und mit einer Kontaktschicht aus Palladium-Silber-Legierung, dadurch gekennzeiclmet, dass zwischen der Basisschicht und der die Kontaktschicht aus einer Palladium-Silber Legierung mit 20 bis 800/0 Palladium und Rest Silber besteht und zwischen der Basisschicht und der Kontaktschicht eine Zwischenschicht aus Gold, aus einem Edelmetall der 8. Gruppe des Periodischen Systems oder aus einer Goldlegierung oder aus einer Legierung von Edelmetallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems angeordnet ist. Besonders günstig sind Zwischenschichten von 10 bis 50 I/m, vorzugsweise 25 bis 40Ecm Dicke.
Die an sich bekannte Edelmetallkontaktschicht aus Palladium-Silber-Legierungen besitzt ein Palladiumgehalt von vorzugsweise 30 bis 60 O/o.
Die tragende Basisschicht kann beispielsweise Rein Nickel sein oder aus einer der an sich bekannten Eisen Nickel-Legierungen, wie PERMENORM (eingetragene Marke) bestehen; auch Cupro-Nickel kann verwendet werden.
Als Werkstoff für die Zwischenschicht haben sich insbesondere Rein-Platin, Rein-Palladium, Palladium Iridium 70/30, und Gold-Palladium 50/50 bewährt.
Es können aber auch Legierungen verwendet werden, die neben den genannten Edelmetallen bis zu 10 O/o Eisen, Kobalt und/oder Nickel enthalten, Beispiele für derartige Legierungen sind Palladium-Nickel 95/5, Platin-Nickel 90/10 und Palladium-SilberwLet,ierungen mit 5 Olo Nickel.
Die besonderen Vorteile der Anordnung der einzelnen Schichten in dem Verbundwerkstoff für elektrische Bimetallkontakte bestehen darin, dass die bisher beobachteten Nachteile der Verbundwerkstoffe, wie Rissbildung zwischen Grundmetall und Deckschicht und evtl.
Abfallen der Deckschicht nicht mehr auftreten, und eine feste Verbindung von Basisschicht und Edeimetallkon- taktschicht auch nach hohen Bearbeitungstemperaturen und anschliessender mechanischer Beanspruchung erhal ten bleibt. Auf diese Weise wird eine höhere Betriebs sicherheit der elektrischen Kontakte erreicht.
Composite material for electrical contacts
In almost all areas of low-voltage technology, palladium-silver alloys have long been used for electrical contacts, especially when high requirements have to be met with regard to switching reliability. In most cases, only the parts that are directly eligible for contact are made from these alloys and these are connected to a base made of base metal by plating, for example with a base made of copper or its alloys or other base metals and base metal alloys.
The base metals of group 8 of the periodic table, e.g. B. iron and nickel and their alloys, as well as alloys that contain these metals as essential components, are used as materials for the base metal base of these so-called bimetal contacts.
These known composite materials made of a base metal base and a contact pad made of palladium-silver alloys, which are connected by plating, then show considerable disadvantages in practical processing when a base made of the base metals of the 8th group of the periodic table is iron, cobalt, nickel or their alloys or alloys in which the metals mentioned represent an essential component is used and strong thermal and mechanical loads are unavoidable. These difficulties and disadvantages primarily occur when such parts are heated to high temperatures, for example above 800 C, and are then subject to mechanical stress, such as bending.
The person skilled in the art is familiar with the fact that pure silver can be plated onto the base metal materials in question without difficulty and that the composite material can then also be heated up to the vicinity of the silver melting point without the material being adversely affected in any way or shows damage.
This also applies to the same extent to the plating of pure palladium on the base metals of the 8th group of the Periodic Table or the alloys of these base metals; because these composite materials can easily be exposed to high thermal and mechanical loads during further processing. However, these ratios change decisively when palladium-silver alloys are used for the production of composite materials which consist of 20 to 80%, preferably 30 to 60%, of palladium and the remainder of silver.
During the further processing of the composite materials into electrical contacts, even when heated to temperatures of 800 OC and above without subsequent mechanical stress, cracks very often occur in the paving layer, which under certain circumstances can even lead to the complete detachment of the contact layer, or at least the Question the operational safety of the contacts.
The present invention is based on the object of eliminating or as far as possible restricting the mentioned disadvantages of the known composite materials made of base metals of the 8th group of the periodic system or their alloys with a plating layer of palladium-silver alloys, so that these materials also last longer retain their excellent properties in terms of both thermal and mechanical stress.
The surprising solution to this problem consists in a composite material for electrical contacts with a base layer made of iron, cobalt, nickel or an iron, cobalt or nickel alloy and with a contact layer made of palladium-silver alloy, characterized in that between the Base layer and which the contact layer consists of a palladium-silver alloy with 20 to 800/0 palladium and the remainder silver and between the base layer and the contact layer an intermediate layer made of gold, made of a noble metal of the 8th group of the Periodic Table or made of a gold alloy or made of an alloy of precious metals of the 8th group of the periodic table. Interlayers with a thickness of 10 to 50 l / m, preferably 25 to 40 cm, are particularly favorable.
The noble metal contact layer made of palladium-silver alloys known per se has a palladium content of preferably 30 to 60%.
The supporting base layer can, for example, be pure nickel or consist of one of the iron-nickel alloys known per se, such as PERMENORM (registered trademark); Cupro-nickel can also be used.
Pure platinum, pure palladium, palladium iridium 70/30, and gold-palladium 50/50 have proven particularly useful as the material for the intermediate layer.
However, it is also possible to use alloys which, in addition to the noble metals mentioned, contain up to 10% iron, cobalt and / or nickel; examples of such alloys are palladium-nickel 95/5, platinum-nickel 90/10 and palladium-silverwLet , alations with 5 Olo nickel.
The particular advantages of arranging the individual layers in the composite material for electrical bimetal contacts are that the previously observed disadvantages of the composite materials, such as crack formation between base metal and cover layer and possibly
The top layer no longer falls off, and a firm connection between the base layer and the non-precious metal contact layer is retained even after high processing temperatures and subsequent mechanical stress. In this way, greater operational reliability of the electrical contacts is achieved.