DE3509022A1 - Method for producing electrical contact parts - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontaktteilen Process for the production of electrical contact parts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten mit pulvermetallurgischem Charakter. Derartige Kontakte sind als Ruhekontakte oder Schaltkontakte in Starkstrom geräten verwendbar.The invention relates to a method for producing electrical Contacts with a powder metallurgical character. Such contacts are called normally closed contacts or switch contacts can be used in power devices.
Zur Erzeugung pulvermetallurgischer Kontaktma terialien sind verschiedene Verfahren bekannt, die sich durch Verändern der nachfolgenden Verfahrensschritte voneinander unterscheiden: Mischen der Staubmaterialien mit vorgeschriebener Korngröße (aus Legierungen, oder deren Bestandteilen), Verdichten der Pulvermischung durch Pressen, beispielsweise zu einem Block, einer Platte oder auf ein gewünschtes Maß bzw. in eine gewünschte Form, wobei Drücke von p = 0,8 bis 8 Mp/cm2 aufgebracht werden, Sintern, bei 40 bis 100 stündiger Heißhaltung und einer Temperatur von 400 bis 2000 OC in einer Schutzgasatmosphäre, Nachpressen, ggf. durch mehrstufige mechanische Umformung, beispielsweise durch Walzen, auf Maß erfolgendes Zerkleinern, usw., Na ch wärmebehandlung bzw. Tempern in einem Temperaturbereich von 250 bis 400 OC zur Auflösung der bei den vorhergehenden Verformungen entstandenen mechanischen Spannungen.Various materials are used to produce powder metallurgical contact materials Process known, which can be achieved by changing the following process steps differentiate from each other: Mixing the dust materials with the prescribed grain size (from alloys, or their components), compacting the powder mixture by Pressing, for example into a block, a plate or to a desired size or in a desired shape, with pressures of p = 0.8 to 8 Mp / cm2 applied are, sintering, at 40 to 100 hours of heating and a temperature of 400 up to 2000 OC in a protective gas atmosphere, re-pressing, if necessary by multi-stage mechanical Reshaping, for example by rolling, size reduction, etc., Na ch heat treatment or annealing in a temperature range of 250 to 400 OC for Dissolution of the mechanical stresses that occurred during the previous deformations.
Von der vorgenannten Reihenfolge der Verfahrensschritte weicht die Herstellung der Ag-W-, bzw. Cu-W-Kontakte in einem geringen Maße ab. So erfolgt bei deren Herstellung zunächst das Pressen des Wolframpulvers auf eine gewünschte Form und mit gewünschten Abmessungen und danach werden nach dem Sintern die Poren des erhaltenen porösen Kontaktkörpers durch Eintauchen in eine Ag- oder Cu-Schmelze mit der Metallschmelze ausgefüllt.The order of the method steps differs from the aforementioned Production of the Ag-W or Cu-W contacts to a small extent. So done in their manufacture, first of all, pressing the tungsten powder to a desired one Shape and with desired dimensions and then after sintering become the pores the porous contact body obtained by dipping it into an Ag or Cu melt filled with molten metal.
Für die Herstellung von pulvermetallurgischen Produkten ist von Bedeutung, daß die mechanische Verdichtung der Pulverteilchen zueinander durch Pressen (kalt oder warm) erreicht wird, die Ausbildung der Metallbindungen zwischen den Teilchen dagegen durch eine lang andauernde Wärmebehandlung (Sintern) erfolgt und beim Abschluß des Herstellungsverfahrens nur das Kontaktmaterial als solches (getrennt) vorliegt, so daß dieses durch einen nachträglichen Verfahrensschritt, wie Löten, Schweißen, Nieten, usw., mit dem Kontaktträger metallisch verbunden werden muß.For the manufacture of powder metallurgical products it is important that the mechanical compression of the powder particles to one another by Pressing (cold or hot) is achieved, the formation of metal bonds between on the other hand, the particles are subjected to a long-term heat treatment (sintering) and at the end of the manufacturing process only the contact material as such (separately) is available, so that this can be done by a subsequent process step, such as soldering, welding, riveting, etc., can be metallically connected to the contact carrier got to.
Wie aus den vorhergehenden Erläuterungen ersichtlich weisen die bekannten pulvermetallurgischen Technologien folgende Nachteile auf: 1. die Technologie besteht aus vielen, nacheinander folgenden Verfahrensschritten, 2. die Zeitdauer des Sinterns ist lang und der Wärmeenergiebedarf (2000 kWh/t) ist sehr groß, 3. die Technologie beansprucht spezielle Vorrichtungen, bsp. pulvertechnologische Vorrichtungen, Preßmaschinen, Öfen mit Schutzgas, Plattenverarbeitungsmaschinen, Öfen zur Wärmebehandlung, usw. so daß 4. die Herstellung von pulvermetallurgischem Kontaktmaterial nur in großen Mengen wirtschaftlich ist.As can be seen from the preceding explanations, the known Powder metallurgical technologies have the following disadvantages: 1. The technology exists from many successive process steps, 2. the duration of the sintering is long and the heat energy requirement (2000 kWh / t) is very high, 3. the technology claims special devices, ex. powder technology devices, pressing machines, Protective gas furnaces, plate processing machines, heat treatment furnaces, etc. so that 4. the production of powder metallurgical contact material only in large quantities Quantities is economical.
Zur Herstellung von elektrischen Kontaktflächen auf Aluminiumleiter ist aus der HU-PS 150 346 eine Lösung bekannt, die auf der Anwendung der Flammen-Metallzerstäubung beruht. Ein Nachteil dieser Technologie besteht darin, daß der Oxydgehalt des mit Flammenzerstäubung erhaltenen Uberzuges groß ist, so daß die Kontaktüberzüge auf chemischem Weg vom Oxyd befreit werden müssen. Nach diesem Behandlungsvorgang müssen dann die oxyd freien Überzüge zur Beseitigung ihrer Porösität mit einer Su-Ag-Legierung durchtränkt werden, wozu der Kontaktträger auf etwa 250-300 OC erhitzt werden muß. Dabei wird der Kontaktträger weich und seine mechanische Festigkeit nimmt ab. Ein weiterer Nachteil des erwähnten Flammenzerstäubungs-Verfahrens besteht darin, daß in die für die Flammenzerstäubung verwendete Pistole nur ein einziges Leitermaterial einführbar ist und somit keine Möglichkeit besteht, Bestandteile des Kontaktüberzuges in einem beliebigen Verhältnis zu ändern.For the production of electrical contact surfaces on aluminum conductors a solution is known from HU-PS 150 346, which is based on the application of flame metal atomization is based. A disadvantage of this technology is that the oxide content of the with Flame atomization obtained coating is large, so that the contact coatings on must be chemically freed from the oxide. After this treatment process you need to then the oxide-free coatings to remove their porosity with a Su-Ag alloy are soaked, including the contact carrier must be heated to about 250-300 OC. The contact carrier becomes soft and its mechanical strength decreases. A another disadvantage of the aforementioned flame atomization process in the fact that there was only one pistol in the pistol used for the atomization of the flame Conductor material can be introduced and therefore there is no possibility of components of the contact coating to change in any ratio.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens, mit dem der Kontakt unmittelbar am Kontaktträger hergestellt wird, wobei die Verfahrensschritte des Sinterns, Zerkleinerns und Lötens entfallen, bei dem während der Herstellung der Kontakte solche Materialien in den Kontakt eingebracht werden, mit denen die Eigenschaften des Hauptbestandteiles verbessert werden und mit dem auch Kontakte von nur in kleinen Serien herstellbaren Produkten wirtschaftlich produziert werden können.The object of the invention is to develop a method with which the contact is established directly on the contact carrier, the process steps There is no need for sintering, crushing and soldering during manufacture of the contacts such materials are brought into contact with which the Properties of the main component are improved and with which also contacts can be produced economically from products that can only be produced in small series can.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß der Kontakt unmittelbar auf dem Kontaktträger dadurch hergestellt wird, daß auf den Kontaktträger ein Plasmastrahl mit hoher Temperatur gerichtet wird, wobei dem Plasmastrahl entsprechend der Zusammensetzung des auszubildenden Kontaktes elektrisch leitendes Material als Hauptbestandteil, und die Eigenschaften des Kontaktes verbessernder Zusatzstoff, bzw. Zusatzstoffe in Draht-, und/oder Pulverform zugeführt werden.This object is achieved by the method according to the invention in that that the contact is made directly on the contact carrier in that a high temperature plasma jet is directed onto the contact carrier, wherein the plasma jet according to the composition of the contact to be formed electrically conductive material as the main component, and improving the contact properties Additive or additives are supplied in wire and / or powder form.
Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, daß 1. das Kontaktmaterial nicht auf den Kontaktträger aufgelötet werden muß, 2. die Zusammensetzung der Kontaktstoffe den Anforderungen entsprechend in einem weiten Bereich variiert werden kann (sogar innerhalb eines Kontaktes) 3. der Kontakt mit einer einzigen maschinellen Einrichtung innerhalb von 1 bis 2 Minuten herstellbar ist, und 4. die Herstellung einzelner Kontakte sowie auch die Herstellung von Kontakten für kleine Serien wirtschaftlich ist.Essential advantages of the method according to the invention are to be found therein see that 1. the contact material is not soldered onto the contact carrier must, 2. the composition of the contact substances according to the requirements in can be varied over a wide range (even within one contact) 3. contact with a single machine device within 1 to 2 minutes can be produced, and 4. the production of individual contacts as well as the production of contacts for small series is economical.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff "Hauptbestandteil" ein Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit oder mit guten bogenbeständigen Eigenschaften (z.B. Ag, Ni, Cu, Mo, W), oder eine Legierung dieser Metalle, oder ein Gemisch aus diesen Metallen und anderen Stoffen (z.B. Ag-CdO, Ag-Graphit, usw.) verstanden wird. Die metallische Komponente des Hauptbestandteiles schmilzt im Plasmastrahl und übernimmt dabei die Rolle eines sog. Matrixstoffes.In this context, it should be noted that the term "Main component" a metal with good electrical conductivity or with good arc-resistant properties (e.g. Ag, Ni, Cu, Mo, W), or an alloy of these Metals, or a mixture of these metals and other substances (e.g. Ag-CdO, Ag graphite, etc.) is understood. The metallic component of the main ingredient melts in the plasma jet and takes on the role of a so-called matrix substance.
Als Zusatzstoff dient ein Stoff, der die Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, Bogenerosionsbeständigkeit, Härte, Abnützungsfestigkeit, usw.) des Hauptbestandteiles verbessert. So verbessern z.B. bei einem Hauptbestandteil aus Ag oder Cu die Zusatzstoffe Ni, Graphit, MoS2 die Abnützungsfestigkeit, während die Zusatzstoffe W, CdO, SnO, usw. die Bogenbeständigkeit verbessern. Der Anteil des Zusatzstoffes kann sogar 60 bis 80 % (Gewichtsanteil) erreichen (z.b. in einem Ag-W Kontakt der Wolframanteil).The additive is a substance that has the properties (electrical Conductivity, arc erosion resistance, hardness, wear resistance, etc.) des Main ingredient improved. For example, improve on a main ingredient Ag or Cu the additives Ni, graphite, MoS2 the wear resistance, while the additives W, CdO, SnO, etc. improve the arc resistance. The amount of the additive can even reach 60 to 80% (weight fraction) (e.g. in one Ag-W contact of the tungsten content).
Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Hauptbestandteil des Kontaktes in Drahtform und die die Eigenschaften des Kontaktes verbessernden Zusatzstoffe in Pulverform in den Plasmastrahl eingebracht.According to a preferred embodiment of the method according to the invention become the main component of the contact in wire form and which the properties The contact-improving additives are introduced into the plasma jet in powder form.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die elektrische Leitfähigkeit der aus einem Draht, der in den Plasmastrahl eingebracht und in diesem zerstäubt wird, geschaffenen Kontakte besser als die der aus Pulver geschaffenen Kontakte ist, daß sich die Zusatzpulverstoffe bei der Drahtzerstäubung aufgrund der Plasma parameter in Kugelform anordnen, und daß der Drahtausgangsstoff im allgemeinen billiger als der klassifizierte kugelkörnige Pulverstoff ist.A major advantage of this embodiment of the invention Method consists in that the electrical conductivity of the wire, which is introduced into the plasma jet and atomized in this, created contacts What is better than that of the contacts made from powder is that the additional powder substances for wire sputtering, arrange them in a spherical shape based on the plasma parameters, and that the wire stock is generally cheaper than the classified spherical grain Powder is.
Diese Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, daß wenn eine Komponente des Kontaktmaterials, vorzugsweise der Hauptbestandteil, in Draht form und die andere Komponente, vorzugsweise der 'tZusatzstoff", in Pulverform in den Weg des Plasmastrahls geführt werden, dann der aus Draht zerstäubte Hauptbestandteil in dem Kontakt eine plattenförmige Struktur erhält, während sich die Teilchen des Zusatzstoffes in Form von annähernd kugelförmigen Körnern in der Plattenstruktur anordnen.This embodiment of the method according to the invention is based on the knowledge that if a component of the contact material, preferably the Main component, in wire form and the other component, preferably the 'additive', in powder form in the path of the plasma jet, then the wire atomized Main component in the contact receives a plate-shaped structure while moving the particles of the additive in the form of approximately spherical grains in the Arrange plate structure.
Die Lösung ist insbesondere vorteilhaft im Falle eines Hauptbestandteiles aus Ag oder Cu, und bei Verwendung von Ni, Mo, W, WC, Graphit, CdO, SnO, ZnO, TiO2, ZrO2, HgO, Al2O3, MoS2 usw. oder eines Gemisches aus mindestens zwei dieser Stoffe als Zusatzstoff.The solution is particularly advantageous in the case of a main component made of Ag or Cu, and when using Ni, Mo, W, WC, graphite, CdO, SnO, ZnO, TiO2, ZrO2, HgO, Al2O3, MoS2 etc. or a mixture of at least two of these substances as an additive.
Bei einer anderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Herstellung des Kontaktes der Hauptbestandteil und die die Eigenschaften des Kontaktes verbessernden Zusatzstoffe in Pulver form gemeinsam in den Plasmastrahl eingebracht. Diese Lösung ist in dem Falle vorteilhaft, wenn die Kontaktfläche nachträglich durch Spanabhebung nicht bearbeitet werden soll, da aus pulverförmigen Ausgangsstoffen eine relativ glatte Fläche erreicht werden kann. Für die Anwendung dieser Durhführungsform ist es vorteilhaft, daß beide Pulverstoffe in einem annähernd gleichen Kornmaßbereich liegen, und der Schmelzpunkt oder die Zersetzungstemperatur des Zusatzstoffes um mindestens 400 bis 600 OC höher ist als der Schmelzpunkt des Hauptbestandteiles.In another embodiment of the method according to the invention the main components and properties are used to establish contact the contact-improving additives in powder form together in the plasma jet brought in. This solution is advantageous if the contact surface is subsequently should not be machined by chip removal, as it is made from powdered raw materials a relatively smooth surface can be achieved. For the use of this form of duration it is advantageous that both powder substances are in approximately the same grain size range are, and the melting point or the decomposition temperature of the additive around is at least 400 to 600 OC higher than the melting point of the main ingredient.
Diese Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, daß wenn Stoffe mit verschiedenen Schmelzpunkten in Pulverform gemeinsam in den Weg des Plasmastrahls eingebracht werden, und die Parameter des Plasmas zu den Parametern der Komponente mit niedrigerem Schmelzpunkt eingestellt werden, in der Struktur des Kontaktes der Stoff mit niedrigerem Schmelzpunkt eine plattenförmige Struktur annimmt, während die Teilchen der Komponente mit höherem Schmelzpunkt annähernd kugelförmig bleiben und sich in der plattenförmagen Struktur anordnen.This embodiment of the method according to the invention is based on the knowledge that when substances with different melting points are common in powder form be introduced into the path of the plasma jet, and the parameters of the plasma to the parameters of the component with the lower melting point can be set in the structure of the contact of the substance with lower melting point a plate-shaped Assumes structure while the particles of the component with higher melting point approximate Remain spherical and arrange themselves in the plate-like structure.
Diese Lösung kann z.B. bei einem Hauptbestandteil aus Ag oder Cu verwendet werden, wobei als Zusatzstoff z.B. entweder einer der Stoffe Ni, Mo, W, WC, Graphit, MoS2, TiO2, ZrO2, HfO, A1203 oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Stoffe verwendet wird. Desweiteren kann diese Lösung im Falle eines Hauptbestandteiles aus Ni verwendet werden, wenn die Bedingungen für den Schmelzpunkt und den Zersetzungspunkt erfüllt werden. Z.B. zum Hauptbestandteil Ni kann einer der Zusatzstoffe Mo, W, WC, Graphit usw. zugesetzt werden.This solution can be used, for example, with a main component made of Ag or Cu , whereby as an additive e.g. either one of the substances Ni, Mo, W, WC, graphite, MoS2, TiO2, ZrO2, HfO, A1203 or a mixture of at least two of these substances is used. Furthermore, this solution can be used in the case of a main component of Ni can be used when the conditions for the melting point and the decomposition point to be met. E.g. one of the additives Mo, W, WC, graphite, etc. can be added.
Gemäß einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Kontaktes werden der erforderliche Hauptbestandteil und die die Eigenschaften des Kontaktes verbessernden Zusatzstoffe in Pulverform, von der Öffnung des Plasmabrenners jedoch in verschiedenen Abständen dem Plasmastrahl zugeführt. Diese Lösung ist dann vorteilhaft, wenn kein wesentlicher Unterschied zwischen den Schmelzpunkten des Hauptbestandteiles und der Zusatzstoffe besteht, z.B. zu einem Hauptbestandteil Ag wird ein Zusatzstoff Cu gegeben, oder umgekehrt, der Schmelzpunkt des Hauptbestandteiles höher als der des Zusatzstoffes ist, z.B. zu einem Hauptbestandteil aus Ni, Mo, W ein Zusatzstoff aus Ag, Cu, usw. zugegeben wird, und der Zusatzstoff eine sich bei Wärme zersetzende chemische Verbindung ist, z.B. CdO, MoS2, MoO3 usw.According to a further embodiment of the method according to the invention the necessary main component and the additives in powder form which improve the properties of the contact Opening of the plasma torch, however, fed to the plasma jet at different intervals. This solution is advantageous when there is no significant difference between the Melting points of the main ingredient and additives, e.g. to one Main component Ag is given an additive Cu, or vice versa, the melting point of the main ingredient is higher than that of the additive, e.g. a main ingredient of Ni, Mo, W, an additive of Ag, Cu, etc. is added, and the additive is a chemical compound that decomposes when exposed to heat, e.g. CdO, MoS2, MoO3 etc.
Diese Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, daß wenn in einem größeren Abstand von der Düse des Plasma genera tors ein Pulverstoff in den Plasma strahl eingeführt wird, das Pulverteilchen eine geringere Wärmemenge aufnimmt und dadurch erreicht werden kann, daß es nicht schmilzt bzw. sich zersetzt.This embodiment of the method according to the invention is based on the realization that if at a greater distance from the nozzle of the plasma genera tors a powder substance is introduced into the plasma jet, the powder particle a absorbs less heat and can be achieved that it does not melt or decomposes.
Eine wesentliche Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß gemäß einem entsprechend der geplanten Struktur des Kontaktes bestimmten Programm der Hauptbestandteil und die Zusatzstoffe in sich zeitlich ändernder Menge zugeführt werden. Dadurch kann ein Kontakt mit sich im Querschnitt ändernder Zusammensetzung erhalten werden. Diese Lösung kann in den Fällen vorteilhaft sein, wenn der Kontakt einer hohen mechanischen Beanspruchung oder Bogenerosion aus gesetzt ist. Dabei wird auf den Kontaktträger zuerst eine Grundschicht aus Ni oder Mo aufgestäubt, danach werden der elektrisch gut leitende Hauptbestandteil aus Ag oder Cu gemeinsam mit dem die Abnutzung verringerndem Zusatzstoff aus Ni, MoS2 oder Graphit aufgestäubt, bzw. zur Verringerung der Bogenerosion wird nach Auftragen der Grundschicht der Hauptbestandteil aus Ag oder Cu gemeinsam mit dem Zusatzstoff aus W aufgestäubt. Der Anteil der Zusatzstoffe kann sich im Querschnit des Hauptbestandteile ändern, z.B. in der Nähe der Kontaktfläche kann der Anteil der Zusatzstoffe erhöht oder verringert werden.An essential embodiment of the invention is that according to a program of the Main component and the additives supplied in quantities that change over time will. This allows contact with a composition that changes in cross section can be obtained. This solution can be advantageous in cases where the Contact is exposed to high mechanical stress or arc erosion. Included a base layer of Ni or Mo is first sputtered onto the contact carrier, thereafter the main components of Ag or Cu, which conduct electricity well, are common dusted with the wear-reducing additive made of Ni, MoS2 or graphite, or to reduce sheet erosion, after the base layer has been applied, the Main component made of Ag or Cu dusted together with the additive made of W. The proportion of additives can change in the cross-section of the main components, E.g. in the vicinity of the contact surface the proportion of additives can be increased or be reduced.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of preferred exemplary embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawing.
In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Anordnung, bei der der Hauptbestandteil des auszubildenden Kontaktes in Drahtform, die Zusatzstoffe in Pulverform in den Plasmastrahl eingeführt werden.The drawing shows: FIG. 1 an arrangement in which the main component of the contact to be formed in wire form, the additives in powder form in the Plasma jet are introduced.
Fig. 2 eine Anordnung, bei der der Hauptbestandteil des auszubildenden Kontaktes und die Zusatzstoffe in Pulverform gemeinsam in den Plasmastrahl eingeführt werden, und Fig. 3 eine Anordnung, bei der der Hauptbestandteil des auszubildenden Kontaktes und die Zusatzstoffe von der Öffnung eines Plasmabrenners in verschiedenen Abständen in den Plasmastrahl eingeführt werden.Fig. 2 shows an arrangement in which the main component of the to be trained Contact and the additives in powder form are introduced together into the plasma jet and FIG. 3 shows an arrangement in which the main component of the Contact and the additives from the opening of a plasma torch in different Be introduced into the plasma jet at intervals.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend ausführlicher beschrieben.The method of the present invention is described in more detail below.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden in einen sich mit großer Geschwindigkeit bewegenden Plasmastrahl 1 mit hoher Temperatur ein Hauptbestandteil 3 in Draht form und Zusatzstoffe 5 in Pulverform eingeführt. Durch die hohe Temperatur schmilzt der Draht und reißt infolge der Strömung des Plasmastrahls 1 in Tropfen. Die sich aus dem Draht bildenden Tropfen werden durch den Gasstrahl auf einen Kontaktträger 2 aufgetragen.As can be seen from Fig. 1, one is moving at great speed moving plasma jet 1 with high temperature a main component 3 in wire form and additives 5 introduced in powder form. By the high temperature the wire melts and tears as a result of the flow of the plasma jet 1 into drops. The droplets that form from the wire are transferred to a contact carrier by the gas jet 2 applied.
Während des Aufschlagens der Tropfen des Hauptbestandteiles 3 deformieren sich diese zu einer dünnen Platte. Die Teilchen des pulverförmigen Zusatzstoffes 5 befinden sich infolge der großen Gasgeschwindigkeit nur für eine kurze Zeit in dem Plasmastrahl 1, so daß diese nicht schmelzen, sondern sich annähernd kugelförmig in der Plattenstruktur des Hauptbestandteiles 3 zwischenlagern. Auf dem Kontaktträger 2 kann auf diese Weise ein Kontakt 4 mit pulvermetallurgischem Charakter aufgebaut werden.Deform during the impact of the drops of the main component 3 turn this into a thin plate. The particles of the powdery additive 5 are only in for a short time due to the high gas velocity the plasma jet 1, so that they do not melt, but are approximately spherical Interim store in the plate structure of the main component 3. On the contact carrier 2, a contact 4 with a powder-metallurgical character can be built up in this way will.
In Fig. 2 ist die gemeinsame Zuführung von zwei verschiedenen Pulverstoffen dargestellt. Hierbei ist das Pulver mit niedrigerem Schmelzpunkt der Hauptbestandteil 3a, der in dem Plasma strahl 1 schmilzt und sich in plattenmäßiger Struktur auf dem Kontakträger 2 ablegt. Der Zusatzstoff 5 mit höherem Schmelzpunkt schmilzt nicht, sondern fügt sich in die plattenmäßige Struktur des Hauptbestandteiles 3a ein und läßt dadurch den Kontakt 4 mit pulvermetallurgischem Charakter entstehen. In Fig. 3 ist die getrennte Zuführung von zwei verschiedenen Pulverstoffen dargestellt. Das als Hauptbestandteil 3a dienende Pulver wird in einem Abstand X1 (näher) von der Öffnung 6 des Plasmabrenners und der Zusatzstoff 5 in einem Abstand X2 (entfernter) von der Öffnung 6 des Plasmabrenners dem Plasmastrahl 1 zugeführt. Der im Abstand X1 zugeführte Hauptbestandteil 3a erhält eine größere Wärmemenge und schmilzt, der im Abstand X2 zugeführte Zusatzstoff erhält eine kleinere Wärmemenge und schmilzt nicht im Plasmastrahl 1. In Fig. 3 ist außerdem eine Zwischenschicht 7 dargestellt, die gegen Abnutzung durch Reibung widerstandsfähig ist. Auf dieser ist der Kontakt 4 mit pulvermetallurgischem Charakter angeordnet.In Fig. 2 is the common supply of two different powder substances shown. The main component here is the powder with the lower melting point 3a, which melts in the plasma beam 1 and has a plate-like structure the contact carrier 2 stores. The additive 5 with a higher melting point does not melt, but fits into the plate-like structure of the main component 3a and thereby creates the contact 4 with a powder-metallurgical character. In Fig. 3 shows the separate supply of two different powder substances. Serving as the main component 3a powder is at a distance X1 (closer) from the opening 6 of the plasma torch and the additive 5 at a distance X2 (more distant) The plasma jet 1 is fed from the opening 6 of the plasma torch. The one in the distance X1 supplied main component 3a receives a larger amount of heat and melts the Additive supplied at distance X2 receives a smaller amount of heat and melts not in the plasma jet 1. In FIG. 3, an intermediate layer 7 is also shown, which is resistant to wear and tear due to friction. This is where the contact is 4 arranged with a powder metallurgical character.
Es wird darauf hingewiesen, daß zur besseren Veranschaulichung die Abmessungen der Teilchen und die Kontaktkonstruktion nicht maßstabsgerecht vergrößert dargestellt sind.It should be noted that for better illustration the Dimensions of the particles and the contact structure are not enlarged to scale are shown.
Die Struktur, die erreichbare Zusammensetzung, die elektrische- und Wärmeleitfähigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontakte sind ähnlich den der auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten Kontaktmaterialien. Für die gemäß der Erfindung hergestellten Kontakte ist kennzeichnend, daß diese über eine metallisch heterogene Struktur verfügen, aus miteinander keine Legierungen bildenden Metallen (Ag-Ni), aus Metallen und Metalloxiden (Cu-A1203, Ag-CdO, Ag-SnO-ln203, usw.), aus Metallen und anorganischen Stoffen (Ag-Graphit, oder Cu-MoS2, usw.), auch herstellbar sind.The structure, the achievable composition, the electrical and Thermal conductivity of the contacts produced with the method according to the invention are similar to the contact materials produced by powder metallurgy. For the contacts produced according to the invention it is characteristic that this have a metallically heterogeneous structure, no alloys with one another forming metals (Ag-Ni), from metals and metal oxides (Cu-A1203, Ag-CdO, Ag-SnO-In203, etc.), made of metals and inorganic substances (Ag-graphite, or Cu-MoS2, etc.), can also be produced.
Hierbei bedeutet metallisch heterogene Struktur, daß der Hauptbestandteil und die Zusatzstoffe eng einander liegen, jedoch miteinander keine Legierung bilden. Die Bildung einer Legierung würde zu einer bedeutenden Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit führen.Here, metallic heterogeneous structure means that the main component and the additives are close to each other but do not alloy with each other. The formation of an alloy would cause significant electrical deterioration Conduct conductivity.
Sollten die Kontakte in feuchter oder korrosiver Umgebung verwendet werden, ist es vorteilhaft, diese gegen Korrosion zu schützen. Zu diesem Zweck sind die sich in Benzol-Kohlenwasserstoffen lösenden verschieden en Ph enolkolophonium -Sorten verwendbar, die über eine gute Durchdringfähigkeit verfügen und an der Luft trocknen. Die Kontakte werden durch Streichen oder Eintauchen mit Lack beschichtet, und nach dem Trocknen des Lackes auf Maß bearbeitet.Should the contacts be used in a damp or corrosive environment it is advantageous to protect them against corrosion. To this end are the various phenol rosins which dissolve in benzene hydrocarbons - Varieties can be used that have good permeability and in the air dry. The contacts are coated with paint by painting or dipping, and machined to size after the varnish has dried.
Die wesentlichsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende: - mittels der Erfindung sind alle solche Kontaktzusammenstellungen herstellbar, die auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt werden, jedoch in einem breiten Bereich oder Zusammensetzung, - die Kontakte sind in den Anforderungen entsprechender Zusammensetzung auch in den elektrische Geräte herstellenden Betrieben herstellbar, - der Verfahrensschritt für die Befestigung an den Kontaktträger entfällt (das ist in erster Linie bei den Starkstrom geräten von Vorteil) - der Kontakt kann auf Kupfer, Eisen, Aluminium u.a. Materialien hergestellt werden - es ist eine Material- und Arbeitszeiteinsparung zu verzeichnen - besondere Kontaktzusammensetzungen (z.B.für Experimente) oder kleine Serien sind wirtschaftlich realisierbar.The main advantages of the method according to the invention are the following: - by means of the invention, all such contact combinations can be produced, which are produced by powder metallurgy, but in a wide range or composition, - the contacts are in the requirements of the appropriate composition Can also be produced in companies that manufacture electrical equipment, - the process step for attachment to the contact carrier is not required (this is primarily the case with the Power devices are an advantage) - the contact can be on copper, Iron, aluminum and other materials are made - it is a material and Saving of working time - special contact compositions (e.g. for Experiments) or small series are economically feasible.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.The process according to the invention is illustrated below by means of examples explained in more detail.
Beispiel 1 Der Kontakt wird anhand der aus Fig. 1 ersichtlichen erfindungsgemäßen Lösung mit dem Hauptbestandteil aus Ag oder Cu hergestellt. Der Ag-oder Cu-Draht wird auf die aus Fig. 1 ersichtliche Weise in den Plasmastrahl eingeführt. Zur Erhöhung des Abnutzungs widerstandes (zur Verbesserung der Gleitreibung) wird als Zusatzstoff 5 bis 10 % Ni, oder 2 bis 3 % Graphit, oder 2 bis 3 % MoS2 in Pulverform in den Plasmastrahl eingeführt, wodurch ein Kontaktmaterial mit pulvermetallurgischem Charakter entsteht.Example 1 The contact is made according to the invention based on the one shown in FIG Solution made with the main component of Ag or Cu. The Ag or Cu wire is introduced into the plasma jet in the manner shown in FIG. To increase the wear resistance (to improve sliding friction) is used as an additive 5 to 10% Ni, or 2 to 3% graphite, or 2 to 3% MoS2 in powder form in the Plasma jet introduced, creating a contact material with a powder-metallurgical character arises.
Beispiel 2 Der Kontakt wird gemäß der aus Fig. 2 ersichtlichen Lösung aus pulverförmigem Ausgangsmaterial hergestellt, wobei als Hauptbestandteil des Kontaktes Ag oder Cu verwendet wird. Zur Verbesserung der Reibungseigenschaften des Kontaktes wird zu dem Hauptbestandteil als Zusatzstoff 5 bis 10 % Ni-Pulver, oder Ni-Graphit-Pulver (mit Nickel überzogenes Graphit-Pulver) mit ca. gleicher Korngröße zugemischt.Example 2 The contact is made according to the solution shown in FIG made from powdered starting material, the main component being the Contact Ag or Cu is used. To improve the frictional properties of the contact becomes the main ingredient as an additive 5 to 10% Ni powder, or Ni graphite powder (graphite powder coated with nickel) with approximately the same Grain size mixed in.
Aus den beiden Pulverstoffen wird ein homogenes Gemisch gebildet und gemeinsam dem Plasmastrahl zugeführt. Die beiden Pulverstoffe können auch mit einem gesonderten Dosiergerät im gewünschten Verhältnis zu- geführt werden, dabei sind jedoch die das Pulver leitenden Rohrleitungen vor dem Plasma generator zu vereinigen. In diesem Falle besteht die Möglichkeit der Änderung der Zusammensetzung des I Hauptbestandteiles und der Zusatzstoffe, z.B. wird zuerst auf den Kontaktträger eine 70 bis 80 dicke Ni-Schicht derart aufgetragen, daß dem Plasma strahl nur Ni zugeführt wird, danach wird die zugeführte Ni-Menge kontinuierlich verringert und die Zuführung des Hauptbestandteiles Ag oder Cu kontinuierlich gesteigert. Daduch kann auf einer die Adhäsion des Kontaktes verbessernden Zwischenschicht der Ag-Ni- oder Cu-Ni-Kontakt mit pulvermetallurgischem Charakter hergestellt werden.A homogeneous mixture is formed from the two powder substances and fed together to the plasma jet. The two powders can also be used with one separate dosing device in the desired ratio be led However, the pipes conducting the powder are in front of the plasma generator to unite. In this case it is possible to change the composition the main component and the additives, e.g. is first applied to the contact carrier a 70 to 80 thick Ni layer is applied in such a way that the plasma only emits Ni is supplied, thereafter the amount of Ni supplied is continuously decreased and the supply of the main constituent Ag or Cu increased continuously. Daduch can be applied to an intermediate layer of Ag-Ni or Cu-Ni contact with a powder metallurgical character.
Beispiel 3 Es wird ein Ni-Ag-CdO-Graphit-Kontakt gemäß der aus Fig. 3 ersichtlichen Lösung mit einem Hauptbestandteil aus Ag-Draht und einem Zusatzstoff aus CdO-Graphit hergestellt. Der Kontakt wird mit einer Ni-Zwischenschicht versehen. Zuerst wird eine Ni-Grundschicht auf den Kontaktträger auf die Weise aufgetragen, daß an der Stelle X1 (s. Fig. 3) ein Ni-Draht oder ein Pulver in den Plasmastrahl eingeführt wird und die die Adhäsion verbessernde Zwischenschicht hergestellt wird. Danach wird an der Stelle X1 ein Ag-Draht und an der Stelle X2 ein CdO-Graphit Gemisch dem Plasmastrahl zugeführt und auf der Ni-Zwischenschicht wird der Kontakt mit pulvermetallurgischem Charakter hergestellt.Example 3 A Ni-Ag-CdO-graphite contact is made according to the structure shown in FIG. 3 apparent solution with a main component of Ag wire and an additive made of CdO graphite. The contact is provided with a Ni intermediate layer. First a Ni base layer is applied to the contact carrier in the way that at the point X1 (see Fig. 3) a Ni wire or a powder in the plasma jet is introduced and the adhesion-improving intermediate layer is produced. Then an Ag wire is used at point X1 and a CdO-graphite mixture is used at point X2 supplied to the plasma jet and on the Ni intermediate layer is the contact with powder metallurgy Character made.
Analog zu den beschriebenen Beispielen kann mit den verschiedenen Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl verschiedener Kontakte hergestellt werden.Analogous to the examples described, the various There are a large number of different implementation forms of the method according to the invention Contacts are made.
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