DE2639107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ver­ bundpulvers auf Silber-Cadmiumoxid-Basis mit Wismutoxid und/ oder Bleioxid als weitere Unedelmetalloxide gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfin­ dung auch auf die Verwendung des so hergestellten Verbundpul­ vers bei der Fertigung von Kontaktstücken. Der Aufbau solcher Kontaktstücke ist an sich bekannt, wobei die Herstellung übli­ cherweise auf pulvermetallurgischem Wege aus einer Pulvermi­ schung oder einem Verbundpulver erfolgt.

Kontaktstücke für elektrische Kontakte werden vorzugsweise als Formteile aus Silber hergestellt, da dieses Metall eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Bei Kontak­ ten, die unter Prellen der Kontaktstücke und unter Lichtbogen­ bildung geschlossen werden, kommt es jedoch einerseits zu einer Verschweißung der Kontaktstücke, so daß diese Kontaktstücke nur unter Kraftaufwendung (sog. Schweißkraft) wieder voneinander ge­ trennt werden können. Andererseits wird im Lichtbogen ein Teil des Silbers verdampft (sog. Abbrand).

Es ist bekannt, daß die Schweißneigung von Sinterverbundwerk­ stoffen herabgesetzt ist, wenn neben Silber noch ein oder meh­ rere Oxide von Unedelmetallen enthalten sind.

Derartige Werk­ stoffe können z. B. dadurch hergestellt werden, daß die Schmelze einer Legierung aus Silber und den entsprechenden Unedelmetal­ len unter Druck verdüst und oxidiert wird. Gemäß der Monogra­ phie von H. Schreiner "Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte" (Springer Verlag (1964), S. 20-21), kann zum Verdüsen Druck­ luft als Treibmittel mit Wasserdampf angereichert sein. Das ent­ stehende Legierungspulver, in dem schon während der Druckverdü­ sung die Unedelmetalle oxidiert werden, wird anschließend der vollständigen inneren Oxidation unterworfen, so daß aus dem so erzeugten Verbundpulver durch Pressen, Sintern und Nachpressen das Formteil hergestellt werden kann.

So ist aus der DE-OS 22 60 559 beispielsweise ein Verfahren be­ kannt, bei dem eine Silberlegierung unter Druck verdüst und das entstehende Verbundpulver gemahlen wird, anschließend eine pas­ sende Teilchengrößenklasse abgesiebt und durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu einem Formteil-Kontaktstück verarbeitet wird. Als Legierungsbestandteile für die Silberlegierung sind hierbei eine Vielzahl von Unedelmetallen, darunter auch Cadmium und Blei, angegeben. Ferner ist erwähnt, daß AgCd-Legierungen nicht nur mit Druckluft, sondern auch mit Druckluft und Druck­ wasser verdüst werden können. Speziell Zweischichten-Sinterkon­ taktstücke auf Silber-Metalloxid-Basis mit gegebenenfalls AgCdOBi₂O₃-Kontaktschichten werden in der DE-OS 24 46 698 be­ schrieben, wobei die Verbundpulver durch Druckverdüsung in Kom­ bination mit vollständiger innerer Oxidation erhalten werden.

Eine Druckverdüsung von Metallschmelzen mit Wasser als Treibmit­ tel wird üblicherweise für die Herstellung von solchen Legie­ rungspulvern, z. B. von Eisen-Chrom-Legierungspulvern, angewandt, die eine vor Oxidation unbedingt zu schützende, oxidierbare Me­ tallkomponente, enthalten. Da die für eine Druckverdüsung mit­ tels Wasser benötigten Anlagen relativ aufwendig sind, wurden sie bisher nicht zur Herstellung von Metall-Metalloxid-Verbund­ pulvern verwendet.

Ferner ist es bekannt, daß bei der Druckverdüsung mit Druckluft vorwiegend kompakte kugelige Teilchen entstehen, wogegen durch Zusatz von Legierungsbestandteilen, die die Oberflächenspannung herabsetzen, eher spratzige Teilchen erhalten werden können.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Schweißkraft und der Ab­ brand von elektrischen Kontakten in der Weise miteinander korre­ liert sind, daß Maßnahmen zur Verbesserung der einen Eigenschaft im allgemeinen zu einer wesentlichen Verschlechterung der an­ deren Eigenschaft führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsver­ fahren anzugeben, mit dem Verbundpulver erhalten wird, das zur Fertigung von Kontaktstücken mit optimalen Eigenschaften ver­ wendbar ist.

Dies wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 angegebenen Art durch die Abfolge der Verfahrens­ schritte gemäß dem Kennzeichen erreicht. Entscheidend ist da­ bei, daß zur Erzeugung des Legierungspulvers Wasser als einzi­ ges Treibmittel verwendet und bei der Verdüsung noch keine Oxi­ dation bzw. Anoxidation des Pulvers erfolgt. Erst anschließend erfolgt die Oxidation zum Verbundpulver aus Silber-Unedelmetall­ oxiden, die vorteilhafterweise unter reinem Sauerstoff vorge­ nommen wird. Ein solches Verbundpulver kann zur Fertigung von Kontaktstücken mit kleiner Schweißkraft bei gleichzeitig klei­ nem Lichtbogenabbrand verwendet werden.

Bei dem zum Pressen des Formstückes verwendeten Verbundpulver liegen die Unedelmetalle als Oxide vor. Es erscheint zwar zu­ nächst sinnlos, zur Herstellung des Verbundpulvers eine aufwen­ dige und teuere Druckwasser-Verdüsung vorzunehmen, bei der das Wasser als Schutzgasatmosphäre für die zu verdüsende Schmelze wirkt, und erst anschließend dann doch das entstehende Pulver einer separaten Oxidation zu unterwerfen. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß elektrische Kontakte, bei den­ en die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Form­ stücke verwendet werden, eine wesentlich geringere Schweißkraft aufweisen, verglichen mit Kontaktstücken der gleichen chemi­ schen Zusammensetzung, zu deren Herstellung jedoch eine Druck­ luftverdüsung der Schmelze wie bei der DE-OS 22 60 559 und DE-OS 24 46 698 vorgenommen wird.

Vorteilhaft ist der Cadmiumgehalt der Schmelze so bemessen, daß der Cadmiumoxidgehalt im Formstück zwischen 5 und 18 Vol.-% liegt. Bei diesen Gehalten bewirkt bekanntermaßen das CdO eine starke Herabsetzung der Schweißkraft, ohne daß die Vorteile beeinträchtigt werden, die in der Verwendung des Silbers als Werkstoff für Sinterkontaktstücke liegen. Der Gehalt der Schmel­ ze an Wismut und Blei ist vorteilhaft so bemessen, daß im Form­ stück die Oxide zusammen in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Vol.-% vorliegen. Bereits sehr geringe Mengen dieser letztge­ nannten Unedelmetalle setzen die Oberflächenspannung der Schmel­ ze beträchtlich herab.

Das beim erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Legierungspul­ ver und das daraus erzeugte Verbundpulver weist spratzigere Teilchen als beim Stand der Technik auf, was durch das Druck­ wasser erreicht wird. Diese Struktur ist auch beim fertigen Formstück im Querschliff noch nachweisbar, wobei die erfindungs­ gemäßen Formstücke ein gleichmäßigeres Gefüge aufweisen als ein Werkstoff gleicher chemischer Zusammensetzung, der aus luftver­ düstem oder kombiniert luft-wasserverdüstem inneroxidiertem Pul­ ver hergestellt ist.

Gegenüber diesen herkömmlichen Herstellungsverfahren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als weiterer Vorteil, daß mit einem kleineren Durchsatzvolumen des Treibmittels gear­ beitet werden kann, so daß auch nur geringe Mengen an CdO-Rauch entstehen. Da die Verdüsungstemperatur der Schmelze zwischen 950 und 1100°C liegt und CdO bei diesem Temperaturen leicht verdampfbar ist, erfordert dagegen die Luftverdüsung sehr auf­ wendige Abscheidevorrichtung, um eine Umweltvergiftung durch cadmiumhaltige Gase zu vermeiden.

Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1:

Aus Silbergranalien und Stangen aus Cadmium und Wismut wird eine Silberlegierung mit 11 Gew.-% Cd und 1 Gew.-% Bi er­ schmolzen. Die Schmelze wird bei 1100°C durch einen Trichter mit einer Ausflußdüse von 12 mm Durchmesser in eine Druckwasser­ ringdüse einfallen gelassen. Der Spalt der Druckwasserdüse beträgt 1 mm, der Düsenwinkel 7,5° (gemessen zur Senkrechten). Der Wasserdruck während der Verdüsung beträgt 25 atü. Das Ver­ düsungspulver wird in einem Wasserbecken aufgefangen, getrocknet und abgesiebt. Die Teilchen mit einer Teilchengröße unter 0,2 mm werden bei 600°C in 4 Stunden an Luft inneroxidiert. Das entstehende AgCdOBi₂O₃-Pulver zeigt sehr gute Fließ- und Preß­ eigenschaften und läßt sich auf automatischen Ein- und Mehr­ schichtenpressen gut verarbeiten. Es wird bei einem Druck von 400 MN/m² gepreßt und bei 850°C eine Stunde lang an Luft ge­ sintert. Anschließend erfolgt ein Nachpressen der Sinterkörper bei einem Druck von 800 NM/m². Das Sintern und Nachpressen kann noch wiederholt werden, um eine weitere Verdichtung zu erreichen.

In einem Prüfschalter (beschrieben in der Zeitschrift "Werkstoff­ technik", 7. Jahrgang, 1976) wurden die auf diese Weise herge­ stellten einmal nachgepreßten Formstücke bei 1000 Ein- und Ausschaltungen unter einem Einschaltstrom Î = 1000 A, und einem Ausschaltstrom Î = 1500 A geprüft. Die Schweißkraft dieser Kontaktstücke liegt mit 99,9% Wahrscheinlichkeit unter 60 N. Zum Vergleich wurde ein Formstück hergestellt, bei dem ein Verbundwerkstoff der gleichen Zusammensetzung in Blechform hergestellt und einer inneren Oxidation unterworfen wurde. Die Schweißkraft lag in diesem Fall mit 120 N etwa doppelt so hoch. In beiden Fällen ergab sich mit 24 mm³ etwa der gleiche Abbrandwert.

Die daraus hergestellten Kontaktstücke eignen sich insbesondere zum Einbau in Niederspannungsschaltgeräten, z. B. Schütze, wo sie eine Erhöhung des Einschaltvermögens ermöglichen.

Beispiel 2

Aus Silbergranalien, Stangen aus Cadmium und Barren aus Blei wird eine Silberlegierung mit 15 Gew.-% Cadmium und 1,5 Gew.-% Blei verschmolzen und die Schmelze bei 1100°C mit Druckwasser unter den Bedingungen des Beispiels 1 verdüst. Wie im Beispiel 1 wird das Verbundpulver (Verdüsungspulver) abgesiebt, inner­ oxidiert, gepreßt, gesintert und einmal zum fertigen Formstück nachgepreßt.

Mit 99,9% Wahrscheinlichkeit betrug die Schweißkraft unter 50 N, der Abbrandwert lag im Mittel bei 23 mm³. Gegenüber inner­ oxidierten Formteilen gleicher Zusammensetzung ergibt sich eine um etwa den Faktor 2 niedrigere Schweißkraft und ein um etwa 10% günstigerer Abbrandwert.

Beispiel 3

Aus einer Silberlegierung mit 8 Gew.-% Cd, 2,5 Gew.-% Pb und 1 Gew.-% Bi wird wie in den Beispielen 1 und 2 ein Verdüsungs­ pulver hergestellt. Von diesem Pulver werden Teilchen mit einer Teilchengröße unter 0,315 mm abgesiebt und aus diesen Teilchen wird wie in den Beispielen 1 und 2 Formteile hergestellt. Schweißkraft und Lichtbogenabbrand dieser Formteile liegen im gleichen günstigen Bereich wie im Beispiel 2.

Durch Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft für die innere Oxidierung kann die Oxidationszeit wesentlich ver­ kürzt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundpulvers auf Silber- Cadmiumoxid(AgCdO)-Basis mit Wismutoxid (Bi₂O₃) und/oder Bleioxid (PbO) als weitere Unedelmetalloxide und einem Gesamt­ gehalt aller Unedelmetalloxide unter 20 Vol.-%, durch Druckver­ düsung einer Silberlegierungsschmelze mit anschließender innerer Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit Wasser als einzigem Treibmittel, das gleichzeitig als Schutzgasatmosphäre gegen Oxidation dient, druckverdüst wird, und daß anschließend das so erhaltene, nicht anoxidierte Legierungspulver durch innere Oxidation in ein Ver­ bundpulver aus Silber mit Unedelmetalloxiden umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Oxidation unter reinem Sauerstoff vorgenommen wird.

3. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellten Verbundpulvers als Werkstoff zur Fertigung von Kontaktstücken, insbes. in Niederspannungsschaltgeräten.