DE2540999B2 - Elektrischer Steckkontakt mit einer Kontaktschicht aus einer Silber-Palladium-Legierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckkontakt laut Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als Werkstoff für elektrische Steckkontakte in der Elektronik und Nachrichteintechnik hat sich wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit und chemischen Beständigkeit besonders Gold ausgezeichnet und wird auch in großem Umfang eingesetzt Infolge des hohen Goldpreises wurde schon relativ früh nach einem preisgünstigeren Ersatz gesucht, wobei sich das Silber wegen seiner besonders guten elektrischen Leitfähigkeit anbietet In reinem Zustand neigt es jedoch je nach Umgebungsbedingungen zu mehr oder weniger starker Sulfidbildung. Solche Oberflächenschichten sind jedoch schlecht leitend und erhöhen den Kontaktwiderstand erheblich, so daß sich die Anwendung von Reinsilber für elektrische Steckkontakte, bei denen besonderer Wert auf einen gleichbleibend niedrigen Widerstand gelegt wird, verbietet.

Es ist seit langem bekannt, daß die Neigung des Silbers, Anlaufschichten zu bilden, durch Zulegierung von Palladium stark vermindert, bei genügend hohem Palladiumgehalt sogar vollständig verhindert werden kann. Silber-Palladium-Legierungen (AgPd30 oder AgPd50) haben deshalb einen breite Anwendung in der Nachrichtentechnik gefunden (vgl. Buch »Werkstoffe für elektrische Kontakte von A. Keil, 1960, Seiten 36 bis 39,156 und 157,320 und 321). Es ist dieser Literaturstelle jedoch keine von der üblichen gleichmäßigen Verteilung abweichende Verteilung der Legierungskomponenten in der Kontaktschicht entnehmbar.

Aus der DT-PS 9 61460 ist es bekannt ein Kontaktstück aus einem Metall als Grundwerkstoff so auszubilden, daß in dessen kontaktgebende Oberfläche ein anderer Werkstoff durch Eindiffundieren so eingelagert ist, daß seine Konzentration dort größer ist Der Grundkörper des Kontaktstücks ist jedoch ein Sinterwerkstoff, dessen Porosität so weit getrieben ist, daß ein Kohlenstoff-Überzug in den Grundkörper bei geeignetem Druck und Temperatur beliebig tief eindringen kann. Für den Aufbau einer dünnen Oberflächen-Schicht aus einer Metall-Legierung, die eine unterschiedliche Konzentration ihrer Komponenten aufweisen soll, kann jedoch diese Schrift keine Anregung bieten.

Aus wirtschaftlichen Gründen werden elektrische Steckkontakte nur selten aus massivem Edelmetall hergestellt, sondern die Edelmetalle werden in dünner Schicht auf die Oberfläche einer Unterlage aus Unedelmetall aufgebracht. Als Aufbringungsverfahren sind z.B. Walzplattieren, Vakuumaufdampfen, Kathodenzerstäuben oder Galvanisieren bekannt. Das galvanische Aufbringen von Kontaktschichten hat sich besonders für kleine Teile, deren Oberfläche allseitig überzogen werden soll, bewährt.

Die unmittelbare Abscheidung von definierten Silber-Palladium-Legierungen mit gleichbleibender Zusammensetzung auf galvanischem Wege ist bisher nicht möglich. Es ist bekannt, in solchen Fällen die gewünschte Legierung dadurch herzustellen, daß man die Schichten der einzelnen Legierungskomponnenten nacheinander aufbringt und anschließend durch Diffusion die Legierung bildet. Bei dem bekannten Verfahren wird auf diese Weise infolge der langen Glühdauer eine homogene Silber-Palladium-Legierung erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Steckkontakt mit einer Kontaktschicht der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl eine hohe chemische Beständigkeit, insbesondere bei schwefelhaltiger Atmosphäre, als auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß auf dem Träger aus Unedelmetall eine Silber-Palladium-Legierung gebildet ist, deren Legierungszusam-

mensetzung sich über die Dicke der Kontaktschicht in der Weise ändert, daß wenigstens im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche der Palladiumgehalt der Legierung größer ist als in mittleren Schichtbereichen, wo ein höherer Silbergehalt in der Legierung vorliegt.

Weitere Ausgestaltungen des Aufbaus der Kontaktschicht sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steckkontaktes der vorstehenden Art ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger eine Silberschicht von 0,5 bis 10 μπι Dicke und auf dieser eine Palladiumschicht von 0,5 bis 4 μηη Dicke aufgebracht wird und der so beschichtete Träger in inerter Atmosphäre 1 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 350 bis 500⁰C wärmebehandelt wird. Ausgestaltungen des Verfahrens zur Bildung einer Kontaktschicht sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Es zeigt sich, daß bereits bei Temperaturen von 350 bis 500⁰C bei einer Diffusionszeit von 1 bis 30 Minuten beträchtliche Diffusion zwischen einer Ag-Schicht und einer darauf abgeschiedenen Pd-Schicht eintritt. Unter diesen Bedingungen können Schichten erhalten werden, bei denen die Pd-Konzentration an der Oberfläche höher liegt als in tieferen Schichten. Eine derartige ungleichmäßige Verteilung, bei der das Pd an der Oberfläche angereichert ist, ist für elektrische Steckkontakte besonders günstig, da man insbesondere an der Oberfläche eine hohe Korrosionsbeständigkeit benötigt, während in tieferen Schichtbereichen ein höherer Ag-Gehalt bis zu etwa 70% nicht nachteilig wirkt. so

Überraschenderweise zeigt sich, daß sich bei dieser unvollständigen Diffusion zwischen den dünnen Schichten unter geeigneten Bedingungen nicht das erwartete kontinuierliche Konzentrationsgefälle einstellt, sondern daß sich bevorzugt an der Oberfläche eine Zone ausbildet, die Ag und Pd etwa im Molverhältnis i : 1 enthält Dies ist um so überraschender, als bisher im System Silber/Palladium keine Phase der Zusammensetzung AgPd mit hinreichender Sicherheit nachgewiesen werden konnte. Man erhält also etwa die in den F i g. 1 und 3 graphisch dargestellten Konzentrationsverläufe. In F i g. 2 ist der Konzentrationsverlauf gemäß F i g. 1 im Querschnitt dargestellt.

Für die Anwendung in elektrischen Steckkontakten ist die Ausbildung derartiger Zonen mit näherungsweise konstanter Zusammensetzung Ag : Pd = 1:1 vorteilhaft Es darf durch Abnutzung ein Teil der Schicht abgetragen werden, ohne daß sich die Zusammensetzung und damit Kontaktverhalten und Korrosionsfestigkeit der Schicht ändert.

Der Vorteil eines Konzentrationsverlaufs gemäß F i g. 4 liegt in der Symmetrie der Anordnung.

Im folgenden werden Beispiele für das Verfahren gemäß Patentanspruch 6 beschrieben.

Beispiel 1

Auf einem Träger aus Ni-Blech werden galvanisch ca. 3 μπι Feinsilber abgeschieden und darauf eine Pd-Schicht von ca. 1,5 μΐη Dicke. Anschließend wird das Blech 20 Minuten bei 400° C in Formiergas (90% N₂, w) 10% H₂) getempert, um eine Diffusion zu ermöglichen.

Das so behandelte Blech liefert ein Röntgendiagramm (Goniometeraufnahme), bei dem die stärksten Reflexe reinem Pd sowie einer Ag/Pd-Legierung mit 50,2% Pd zuzuordnen sind.

Beispiel 2

Ein wie in Beispiel 1 beschichtetes Blech wird in Formiergas auf 500°C aufgeheizt und 1 Minute bei dieser Temperatur gehalten. Man findet im Röntgendiagramm nur noch schwache Reflexe des reinen Pd, aber einen intensiven Reflex, der einen Ag/Pd-Legierung mit 52% Pd entspricht.

Während die vorstehenden Beispiele 1 und 2 den bevorzugten Bereich der Zusammensetzung der Ag/Pd-Legierung angeben, beschreibt das nachstehende (nicht zur Erfindung gehörende) Beispiel 3 nur einen Vergleichsversuch, wobei versucht wird, durch länger andauernde Temperung eine gleichmäßige Legierungszusammensetzung zu erhalten.

Beispiel 3

Ein wie in Beispiel 1 beschichtetes Blech wird in Formiergas auf 500° C aufgeheizt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Man findet im Röntgendiagramm nur noch Reflexe, die einer Ag/Pd-Legierung mit 33% Pd entsprechen. Bei dieser längeren Zeitdauer ist bei der Temperatur von 500⁰C durch vollständige Diffusion eine einheitliche Legierung der erwarteten Zusammensetzung entstanden.

Beispiel 4

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf das Trägermaterial zunächst eine Pd-Schicht, dann eine Ag-Schicht und schließlich noch eine weitere Pd-Schicht aufgebracht. Dieser dreischichtige Aufbau hat einige Vorteile. So werden zwei Diffusionsfronten zwischen den Legierungspartnern gebildet und die erste Pd-Schicht kann bei vielen Träger- und Zwischenschichtmaterialien zur Haftverbesserung und bei der zur Anwendung kommenden Glühbehandlung auch als Diffusionssperre dienen.

Auf Ni-Stifte wird galvanisch eine ca. 0,5 μπι dicke Pd-Schicht abgeschieden. Anschließend wird eine 1 μπι Ag-Schicht galvanisch aufgebracht und darauf erneut eine Pd-Schicht von 0,5 μΐη Dicke. Die Stifte werden anschließend 20 Minuten auf 450° C unter Schutzgas (CO) erhitzt, um Diffusion zu bewirken. Von den Stiften wird im Querschliff die Elementverteilung in der Ag-Pd-Legierungsschicht mit der Mikrosonde untersucht. Es zeigt sich, daß die Pd-Konzentration in der Oberfläche und an der Grenzfläche zum Nickel höher ist als in der Zone dazwischen. In der Ag-reichsten Zone tritt eine Zusammensetzung von etwa AgPd (70:30) auf.

Besonders bewährt hat es sich, die erfindungsgemäßen Kontakte mit einer Goldschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,8 μπι zu versehen. Durch eine solche Goldschicht wird erreicht, daß der Kontaktübergangswiderstand in neuem Zustand niedrig ist und demjenigen eines massiven Goldkontaktes gleichkommt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Steckkontakt mit einer Kontaktschicht, die zumindest im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche aus einer Silber-Palladium-Legierung mit etwa 50 Gewichts-% Palladium besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger aus Unedelmetall eine Silber-Palladium-Legierung gebildet ist, deren Legierungszusammensetzung sich über die Dicke der Kontaktschicht in der Weise ändert, daß wenigstens im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche der Palladiumgehalt der Legierung größer ist als in mittleren Sdiichtbereichen, wo ein höherer Silbergehalt in der Legierung vorliegt is

2. Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der Grenzfläche zwischen Kontaktschicht und Träger der Palladiumgehalt größer ist als im darüberliegenden Schichtbereich der Kontaktschicht und etwa 30 Gewichts-% beträgt (F i g. 3).

3. Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Palladiumgehalt der Kontaktschicht an der Grenzfläche zwischen Kontaktschicht und Träger und an der kontaktgebenden Oberfläche gleich groß ist (F ig. 4).

4. Elektrischer Steckkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der gesamten Dicke der Kontaktschicht der Palladiumgehalt der Kontaktschicht nicht unter 30 Gewichts-% abfällt.

5. Elektrischer Steckkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht mit einer Goldschicht in J5 einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,8 μπι bedeckt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steckkontaktes mit einer Kontaktschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger eine Silberschicht von 0,5 bis 10 μηι Dicke und auf dieser eine Palladiumschicht von 0,5 bis 4 μπι Dicke aufgebracht wird und der so beschichtete Träger in inerter Atmosphäre 1 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 350 bis 500° C wärmebehandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Silberschicht eine weitere Palladiumschicht in einer Dicke von 0,5 bis 4 μπι aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wärmebehandlung auf die Kontaktschicht eine Goldschicht in einer Dicke von 0,05 bis 0,8 μηι aufgebracht wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steckkontaktes mit einer Kontaktschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silber-, die Palladium- und die Goldschicht galvanisch abgeschieden werden.