KR810001762B1 - 은-산화주석(Ag·SnO)계 합금을 사용한 복합 전기접점 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

은-산화주석(Ag-SnO)계 합금을 사용한 복합 전기접점

본 발명은 동과 같은 비귀 금속재를 베이스(base) 부분으로 하고 컨택트(contact)부분이 내부 산화법으로 얻어진 은-산화주석(Ag-SnO)계 합금으로 된 복합 피복 전기접점에 관한 것이다.

즉, 본 발명에 의한 복합 전기접점은 베이스부분과 컨택트부분이 양자간에 개재하는 은-동(Ag-Cu)공정합금(共晶合金)등의 중간 합금층과 컨택트 부분의 모(母)금속중에 깊이 침투한 베이스부분 금속의 확산층에 의하여 융착한 것을 특징으로 하고, 전술한 중간 합금층과 확산층이 냉간 압착등에 의하여 서로 압착된 베이스 부분과 컨택트 부분을 비교적 단시간내에 은-동의 공정온도, 즉 779씨의 근방에서 열처리하여 얻어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 베이스 부분과 컨택트 부분으로 형성되는 복합접점에 액상소결(液狀燒結)에 가까운 열처리를 함으로써 이 양부분이 밀접하게 접합되며, 또한 은-산화주석으로 된 컨택트 부분내의 전체에 걸친 금속산화물의 균일한 확산이 손상되지 않는 탁월한 효과가 있다. 또한 이러한 열처리는 베이스 부분과 컨택트 부분을 압착하여 복합할 때와 동시에 혹은 그후에 하여도 좋으나, 냉간 혹은 열간 압착에 의하여 복합접점중에 자칫하면 생기는 물리적인 왜곡을 제거하는 효과도 갖는다.

예를들면, 리벨형의 동 베이스 부분을 은-산화카드뮴(Ag-CdO)합금등의 은-일산화 금속합금의 박단으로 냉간압착에 의해 피복하여 피복 전기접점을 얻은 일은 공지된 것이며, 이와 같은 방법에 의하여 얻어진 복합 전기접점의 이점의 제1은 그 물리적 및 전기적인 특성, 특히 내용착성(耐溶着性)이 은베이스의 컨택트 부분중의 금속산화물에 의해서 향상되는 점이며, 제2의 이점은 접점에 사용되는 고가인 은의 양을 감하고 상대적으로 동의 양을 늘이는 것이다.

상술한 제1의 이점은 확실한 것이지만, 제2의 이점에 대해서는 의문의 여지가 있다. 즉, 예를들면, 은-산화카드뮴의 컨택는 부분 및 동의 베이스 부분을 냉간 압착하여 얻어진 통상의 복합 전기접점의 경우, 컨택트 부분의 두 개가 반정도 밖에 소모되지 않는 동안에 컨택트 부분이 베이스 부분으로부터 때때로 분리된다. 이것은 양부분의 접착이 냉간 압착되에 의하여 생기는 양자간의 물리적인 금속의 흐름에만 의존하고 있기 때문이며, 이와같은 접착은 또한 양부분의 접착면에 있어 냉간 압착시의 압력에 의하여 분체화(紛體化)된 금속산화분인 산화카드뮴에 의하여 열약화(劣弱化)되며, 접점의 소모에 수반하는 접점조건의 변화에 대응할 수 없게 된다. 은-산화카드뮴의 컨택트 부분의 두께와 동의 베이스 부분의 두께 혹은 양이 같다고 한다면, 전부가 은-산화카드뮴 합금으로 만들어진 접점의 수명에 비하여 전술한 복합접점의 수명을 불과 1/4로 된다.

은-산화카드뮴 혹은 은의 양을 반으로 줄일수가 있어도 그 수명이 대폭 주는 것을 감안하여 이러한 복합접점의 제조에는 복합이 아닌 보통의 단일 접점의 제조에 비하여 여러 가지의 부가적인 코스트(cost)가 필요하므로 경제성을 생각지 않을 수 없다.

이와같은 불익을 없애기 위하여 은-산화카드뮴 합금으로된 컨택트 부분을 동의 베이스 부분에 융착(融着)하는 것을 시험하여 보았으나 성공할 수 없었다. 예를들어 은-산화카드뮴을 컨택트 부분과 동의 베이스 부분을 융착하는 일은 불가능한 것을 알았다. 이것은 은의 모(母) 금속중에 분산하는 산화카드뮴이 모금속의 융점보다도 낮은 온도에서 분해하거나 승화해버려, 산화카드뮴의 컨택트 부분과 베이스 부분의 경제면에서 편절층(扁折層)을 만들어 이런 종류의 접점에 기대되는 특성을 불능케 해버리기 때문이다.

본 출원의 발명자는 미합중국특허 제3933485호등에 기재되는 종류의 은-산화주석계 접점재를 먼저 개발했다. 이 접점재는 내부 산화법에 의하여 모금속중에 석출(析出)된 금속산화물을 갖고, 주석 약5-10중량%, 인듐 약1-6중량%, 잔부은으로 된 합금이다. 이 합금은 0.5중량%이하의 바탕의 철족(鐵族) 혹은 알카리 토족금속(土族金屬)을 함유해도 좋다.

또한 특개소(特開昭) 51-110696호에 기술한 것 같은 은-산화주석계 전기접점용 재료의 개발에도 성공하여, 이 전기접점용 재료는 전술한 은-산화주석계 접점재와 같이 내부산화법에 의하여 모급속중에 석출한 금속산화물을 갖고, 주석 1.5-6중량%인듐 0.5-3중량%, 0.5중량, 이하의 미량의 철족원소 및 잔부(殘部)은으로 된 것이다.

상술한 본원의 발명자에 의한 은-산화주석 전기접점재료를 컨택크 부분으로 하고, 동을 베이스 부분으로 하여, 양부분이 압착되고, 또한 용융(溶融) 혹은 확산 접착되어 있는 신규의 복합 전기접점의 재료로서, 전술한 은-산화주석재가 사용될 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 은-산화주석합금중의 주석산화물은 산소분위기 중에서 약 2,000도씨까지 안정하며, 은의 비점(沸點)에서 승화하고 : 이 금속산화면은 복합접점의 제조시의 압측, 성형(成形)에도 충분히 견디어서 미분체화(微紛體化)하지 않는 경도를 보유하고 있고, 컨택트 부분과 베이스 부분의 경계면에서 동의 베이스 부분중에 주석산화물이 파고들어 양부분의 연결부 역할을 다하여, 압착시에는 양 부분이 서로 옆으로 미끌어지는(냉각 압착시에 옆으로 이끌어지는 일이 있으면 양부분의 대향(對向)하는 파단면(破斷面)의 활성이 손상된다 ) 것을 방지하고, 또한 압착후에는 양부분의 물리적인 접착력을 증가시키며, 컨택트 부분을 이루는 은-산화주석합금 모금속에게로의 동(베이스 부분)의 확산을 촉진하는 은-동 공정온도의 근방에서, 양 부분이 압착된 결점을 열처리하여도 모금속내의 산화주석의 분산이 손상되지 않고 양 부분이 융착되어 압착가공시에 접점중에 생긴 왜곡이 오히려 바로 잡아지는 소둔적(燒鈍的) 효과도 기대할 수 있으며, 얻어진 접점층의 양이나 두께에 비례한 수명, 즉 컨택트 부분이 거의 전부 소모될때까지 양부분이 벗겨져 나가거나 컨택트 부분이 결손되는 일이 없어 긴 수명을 갖일 수 있다.

전기한 조성의 은-산화주석 접점재중, 특히 니켈, 코발트 등의 철족, 혹은 알카리 토족금속을 함유하는 것이 이 발명에 의한 복합접점의 컨택트 부분으로서 적당한 것이 판명되었다.

이러한 조성물을 함유하는 것은 석출하는 금속산화물이 구상화(球狀化)하므로 재료 전체로서의 신율(伸率)이 더욱 개선되어 냉간 가공성이 우수하다.

다음의 각 합금을 2밀리 직경의 와이어로 하여 산소 1기압 분위기하의 750도씨 중에서 24시간 산화배소(焙燒)하여 내부산화하여 얻어진 각 시료(試料)의 신율은 아래와 같다.

주석(Sn) 1.5-인듐(In) 0.5%-닉켈(Ni) 0.1% 은 (Ag) 신율 11%

주석(Sn) 3%-인듐(In) 1.3%-닉켈(Ni) 0.1% 은(Ag) 신율 8%

주석(Sn) 4.2%-인듐(In) 1.8-닉켈(Ni) 0.1% 은(Ag) 신율 4%

따라서 본 발명의 목적은 내부 산화법에 의하여 모금속중에 분산하여 석출된 금속산화물을 보유하고 주석 1.5-10중량%, 인듐 0.5-6중량%, 0.5중량% 보다 적은 미량의 철족금속과 잔부(殘部)의 은으로된 합금의 컨택트 부분과 해당 컨택트 부분과 해당 컨택트 부분이 압착된 동 혹은 동 합금의 베이스 부분으로 된 복합 전기접점이고, 압착된 양 부분은 비교적으로 단시간에 은-동의 공정온도 근방 혹은 그 보다도 높은 온도로 열처리를 받아서 그 사이에 은-동의 중간 합금층을 보유하고 컨택트 부분에는 중간 합금중에 인접하여 동의 확산층을 갖는 복합 전기접점을 제공하는 것이다.

[실시예 1]

리벳형상의 본 발명에 의한 복합 전기접점(시료 : 試料 A)은, 컨택트 부분이 직경 5밀리, 두께 0.5밀리이고 주석 5%-인듐 1.8%-닉켈 0.3% 잔부은의 은-산화주석 합금의 것이고, 베이스 부분이 직경 5밀리, 두께 1.0밀리의 두부와 직경 2.5밀리, 길이 2.5밀리의 두부와 일체의 생크(shank, 정강이)부를 갖는 동이며, 양부분은 냉간 압착된 것이다.

이 시료를 대기중에서 10초간 800도씨로 가열했다. 이와 같이 열처리를 한 시료를 절단하여 에칭(etching, 부식)시킨 후 전자현미경에 의하여 2,800배로 관찰한 바 베이스부분과 컨택트 부분의 경계면에 두께 약 7μ의 은과 동의 중간 합금층과 해당 중간 합금층에 인접하여 컨택트 부분층에 깊이 약 51μ의 동의 확산층이 보였다. 컨택트 부분의 합금구조, 특히 균일한 금속산화의 분산이 조금도 손상되어 있지 않는 것도 관찰되었다.

대비(對比)를 위한 시료 B는 시료A와 동일한 형상이지만, 컨택트 부분에는 은-산화카드뮴 13%를 사용하고, 또한 냉간압착한 양부분을 열처리하지 않았다.

시료 A와 B를 50,000회 스윗칭 테스트(switching test)했다 (AC 200V 75A) 스윗치시간 0.6초로 주기 3초). 시료의 평균 소모량은 20,66mg이고, 시료 B의 평균 소모량은 29.52mg이었다. 시료 B의 컨택트 부분의 상당한 부분에 흠이 있었다.

[실시예 2]

대비를 위한 시료 C는 시료 A와 동규격이지만, 컨택트 부분과 베이스 부분을 일체이고 그 전부를 은-산화주석 13%로 만들었다. 또, 다른 대비를 위한 시료 D는, 시료 A의 동규격이지만, 시료 C와 각이 컨택트 부분과 베이스 부분을 일체로 하고, 그 전부를 주석 5% 인듐 1.8%-닉켈 0.3%-잔부은의 은-산화주석 합금으로 만들었다.

시료 A, C 및 D를 AC 200V, 32A, 빈도 매분 60회, 접촉력 100g-개리력(開離力) 80g으로 2,000회 성능 테스트를 했다. 또한 시료 A,C 및 D의 경도(H. R. F)는 컨택트 부분의 면상으로부터 수직으로 재었을 때, 각각 80, 107, 110이었다. 용착회수와 평균 용착력은 아래와 같았다.

이상으로 보아 시료 A는 접촉 저항이 낮고 열의 소산성(消酸性)이 우수하다는 것이 확인되었다.

상기의 실시예에서는 베이스 부분이 동이지만, 동합금, 알미늄, 닉켈, 이들의 합금도 이 발명의 베이스 부분으로서 동과 같이 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한 전기한 은-동 공정온도 근방에서의 열처리는 컨택트 부분과 베이스 부분의 압착, 성형시에 압착 혹은 성형다이스(dies, 틀)를 가열하여 압착 혹은 형성 작업과 동시에 할 수도 있다.

Claims (1)

1. 내부산화에 의하여 모금속중에 분산하여 석출된 금속산화물을 보유하고 주석 1.5-10중량%, 인듐 0.5-6중량%, 0.5중량%이하의 미량의 철족금속과 잔부의 은으로 된 은-산화주석 합금의 컨택트 부분과 해당 컨택트 부분이 압착된 동, 니켈, 알루미늄, 혹은 그것들의 합금의 베이스 부분으로부터 형성되는 복합전기 접점이고, 압착된 양부분은 은과 베이스 부분의 모금속의 공정온도 근방 혹은 그보다도 높은 온도로 단시간 열처리를 받아서 양부분의 사이에 은과 베이스 부분의 모금속의 중간합금층을 보유하고 컨택트 부분에는 해당 중간 합금층에 인접하여 베이스 부분의 모금속의 확산층을 보유하는 은-산화주석(Ag-SnO)계 합금을 사용한 복합 전기접점.