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FR2931303A1 - Electrical contact system i.e. electrical conductor, manufacturing method for e.g. circuit breaker, involves performing metallic or composite coating by cold or heat spray, and finishing layer by surfacing or polishing - Google Patents

Electrical contact system i.e. electrical conductor, manufacturing method for e.g. circuit breaker, involves performing metallic or composite coating by cold or heat spray, and finishing layer by surfacing or polishing Download PDF

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Abstract

The method involves activating a base material surface to be processed by a chemical or mechanical unit. A metallic or composite coating is performed by a cold or heat spray on a contact zone. A material layer is formed with an electrical contact function. The layer is finished by surfacing or polishing. The coating is made of composite material comprising a reinforcement phase with a metal such as tungsten, a majority phase with copper or silver, and a reinforcement phase with ceramic such as titanium nitride or zinc oxide.

Description

contact électrique et son procédé de fabrication associé L'invention est relative à un conducteur électrique utilisé en contact tel que par exemple ceux utilisés dans les disjoncteurs et systèmes électriques de contacteurs, interrupteurs, commutateurs, inverseurs et sectionneurs et plus particulièrement à la fabrication de tels contacts électriques. Les contacts électriques dans les systèmes électriques tels que les disjoncteurs, contacteurs interrupteurs, commutateurs, inverseurs et ~o sectionneurs sont assurés dans la plupart des cas par des éléments en cuivre revêtus d'une couche d'argent mise en oeuvre par procédé électrolytique. Pour certaines applications où le risque de création d'arc électrique est important et dans le cas de forts courants, le contact électrique est assuré par une pastille (à base d'argent) réalisée par métallurgie des 1s poudres puis brasée sur le support en cuivre. Dans le cas de l'utilisation de tels contacts, contacts fixes ou contacts mobiles, utilisés en traction ou utilisés en cisaillement, avec des courants forts, ceux-ci finissent par se détériorer par phénomène de micro-soudures et se coller (se souder) après une utilisation plus ou moins longue. 20 La présente invention a pour but de pallier à ces inconvénients de cet art antérieur en proposant un procédé de réalisation de contacts électriques qui consiste à réaliser sur la zone de contact un revêtement par projection thermique ou par projection à froid ou cold spray . Ces procédés sont parfaitement adaptés à la production industrielle de grandes 25 séries et permettent la réalisation de revêtement pouvant être plus épais que ceux obtenus par procédé électrochimique. En plus ils permettent de réaliser des revêtements composites, à base d'argent par exemple, présentant des caractéristiques de limite de soudabilité et de tenue dans le temps supérieures à celles de l'art existant. The invention relates to an electrical conductor used in contact such as for example those used in circuit breakers and electrical systems of contactors, switches, switches, inverters and disconnectors and more particularly to the manufacture of such devices. electrical contacts. The electrical contacts in electrical systems such as circuit breakers, contactors switches, switches, inverters and ~ o disconnectors are provided in most cases by copper elements coated with a silver layer implemented by electrolytic process. For certain applications where the risk of arcing is high and in the case of strong currents, the electrical contact is provided by a pellet (silver-based) made by powder metallurgy and then brazed on the copper support . In the case of the use of such contacts, fixed contacts or moving contacts, used in traction or used in shear, with strong currents, they eventually deteriorate by micro-welding phenomenon and stick (weld) after a longer or shorter use. The object of the present invention is to overcome these drawbacks of this prior art by proposing a method for producing electrical contacts which consists in producing on the contact zone a coating by thermal spraying or by cold spraying or cold spray. These processes are perfectly suited to the industrial production of large series and allow the production of coating that can be thicker than those obtained by electrochemical process. In addition, they make it possible to produce composite coatings, based on silver, for example, with characteristics of weldability limit and withstand in time greater than those of the existing art.

Le procédé de réalisation du revêtement servant de contact électrique sur son support en cuivre ou tout autre matériau conducteur est caractérisé en ce qu'il comprend au moins l'une des étapes suivantes : - une étape d'activation de la surface du matériau de base à traiter, - une étape de réalisation du revêtement contact électrique par projection thermique ou par projection à froid cold spray, - une étape de finition par exemple par surfaça, tribo-finition, polissage. L'étape d'activation de la surface du matériau de base à traiter peut être réalisée de diverses façons ; elle peut consister à une activation mécanique avec un sablage, grenaillage, micro-billage ou alors par usinage, ponçage, ce pré-traitement est destiné d'une part à nettoyer la surface à traiter et d'autre part à accroître sa surface spécifique en y créant des aspérités et rugosités pour favoriser l'accroche du revêtement. Une attaque chimique peut aussi retenue comme préparation de surface. Une sous 1s couche d'accrochage peut aussi être réalisée pour avoir une meilleure accroche du revêtement sur le support à revêtir. Les procédés de projection thermique à la flamme (conventionnelle ou super-sonique HVOF) de poudres ou de fils, de projection plasma de poudres ou de fils ou de projection à l'arc électrique utilisent la chaleur d'une 20 source chaude (flamme, plasma ou arc électrique), qui comme le nom de projection thermique l'indique est caractérisée par des températures supérieures à la température de fusion du matériau projeté. La source de chaleur sert pour fondre les particules du matériau projeté. Le procédé de projection à froid cold spray utilise un gaz comprimé 25 chauffé à des températures bien inférieures à celles utilisées en projection thermique, pour projeter à très grandes vitesses des particules de poudre sans les fondre, les énergies cinétiques mises en jeu suffisent pour assurer une déformation plastique des particules projetées à l'impact sur le support à revêtir et réaliser un revêtement. II s'en suit que le revêtement réalisé est extrêmement dense et sans oxyde ; il présente une conductivité électrique exceptionnelle dans le cas de revêtement de cuivre ou d'argent par exemple. Le matériau projeté peut être par exemple une poudre d'argent. Des propriétés de limite de soudabilité améliorées sont obtenues si l'on ajoute à la poudre d'argent d'autre composés comme du graphite, des métaux (tungstène, ...) ou des céramiques (nitrure de titane ou autres oxydes tels l'oxyde de zinc, ...). Les revêtements composites ainsi obtenus peuvent ainsi avoir une meilleure tenue dans le temps à l'usure et à la corrosion tout en présentant une limite de soudabilité accrue. ~o Si l'on désire réaliser un contact électrique sur une zone (de contact) très localisée il est nécessaire d'opérer avec des systèmes de masquages. Il est aussi possible d'utiliser un pistolet de projection ayant une buse de diamètre ou de forme définis pour avoir un spot à l'impact des particules sur leur substrat répondant aux caractéristiques dimensionnelles du contact 15 électrique désiré. L'épaisseur du revêtement pourra être comprise (suivant les applications) entre environ une dizaines de microns et plus d'un millimètre. Ensuite il peut être réalisé dans un troisième temps une opération de surfaçage (rectification, tribo-finition, ...) ou de polissage de la couche 20 déposée. Un des avantages de la méthode décrite est, qu'en plus d'utiliser un procédé propre du point de vue environnemental, elle est très reproductible et elle peut être aisément industrialisée pour permettre l'obtention de cycles de production et de coûts compatibles avec les dernandes des marchés 25 ViSés. Bien entendu, l'invention n'est pas limité au mode de réalisation illustré et décrit, mais un grand nombre de variantes et de modifications peut être apporté sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 3o The method of producing the coating serving as an electrical contact on its copper support or any other conductive material is characterized in that it comprises at least one of the following steps: a step of activating the surface of the base material to be treated, - a step of producing the electrical contact coating by thermal spraying or by cold spray cold spraying, - a finishing step for example by surfac, tribo-finish, polishing. The activation step of the surface of the base material to be treated can be carried out in various ways; it can consist of a mechanical activation with sanding, blasting, micro-blasting or else by machining, sanding, this pretreatment is intended on the one hand to clean the surface to be treated and on the other hand to increase its specific surface area. creating asperities and roughness to promote the attachment of the coating. A chemical attack can also be used as a surface preparation. A sub 1s layer of attachment can also be performed to have a better grip of the coating on the support to be coated. Thermal flame spraying methods (conventional or super-sonic HVOF) of powders or yarns, plasma spraying of powders or yarns or electric arc spraying use the heat of a hot source (flame, plasma or electric arc), which as the thermal projection name indicates is characterized by temperatures higher than the melting temperature of the projected material. The heat source is used to melt the particles of the projected material. The cold spray cold spraying method uses a compressed gas heated at temperatures much lower than those used in thermal spraying, to project powder particles at very high speeds without melting them, the kinetic energies involved are sufficient to ensure that plastic deformation of the particles projected at impact on the support to be coated and to make a coating. It follows that the coating produced is extremely dense and without oxide; it has exceptional electrical conductivity in the case of copper or silver coating for example. The projected material may be for example a silver powder. Improved weldability limit properties are obtained by adding to the silver powder other compounds such as graphite, metals (tungsten, ...) or ceramics (titanium nitride or other oxides such as zinc oxide, ...). The composite coatings thus obtained can thus have a better resistance over time to wear and corrosion while having an increased weldability limit. ~ o If it is desired to make an electrical contact on a very localized (contact) area it is necessary to operate with masking systems. It is also possible to use a spray gun having a nozzle of defined diameter or shape to have a spot on impact of the particles on their substrate meeting the dimensional characteristics of the desired electrical contact. The thickness of the coating may be (depending on the application) between about a tens of microns and more than one millimeter. Then it can be carried out in a third time a surfacing operation (grinding, tribo-finishing, ...) or polishing of the deposited layer 20. One of the advantages of the method described is that, in addition to using a clean process from the environmental point of view, it is very reproducible and can be easily industrialized to allow production cycles and costs compatible with the processes. market demands 25 ViSés. Of course, the invention is not limited to the embodiment illustrated and described, but a large number of variants and modifications can be made without departing from the scope of the invention. 3o

Claims (8)

REVENDICATIONS1. Système de contact électrique utilisé pour les disjoncteurs, contacteurs, interrupteurs, commutateurs, inverseurs et sectionneurs, caractérisé et son procédé de fabrication en ce qu'il comprend au moins l'une des étapes suivantes : - une étape d'activation de la surface du matériau de base à traiter par moyen mécanique ou chimique, - une étape de réalisation d'un revêtement par projection thermique ou projection à froid cold spray et formation d'une couche de matériau 10 ayant pour fonction le contact électrique, - une étape de finition par surfaçage ou polissage, REVENDICATIONS1. Electrical contact system used for circuit breakers, contactors, switches, switches, inverters and disconnectors, characterized and its method of manufacture in that it comprises at least one of the following steps: - a step of activating the surface of the basic material to be treated by mechanical or chemical means, - a step of producing a thermal spray or cold spray coating and forming a layer of material 10 having the function of electrical contact, - a finishing step by surfacing or polishing, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse du pistolet de projection peut avoir un diamètre ou une forme dimensionnés aux caractéristiques dimensionnelles de la zone de contact électrique 15 désirée, 2. Method according to claim 1, characterized in that the nozzle of the spray gun can have a diameter or shape dimensioned to the dimensional characteristics of the desired electrical contact zone 15, 3. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement est d'une épaisseur comprise entre environ une dizaine de microns et plus d'un millimètre, 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating is of a thickness between about ten microns and more than one millimeter, 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que le revêtement peut être à base de cuivre, d'argent ou tout autre matériau bon conducteur électrique, 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating may be based on copper, silver or any other good electrical conductor material, 5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement peut être composite avec une phase majoritaire à base de cuivre ou d'argent et une phase renfort avec du carbone, 25 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating can be composite with a majority phase based on copper or silver and a carbon reinforcement phase, 25 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement peut être composite avec une phase majoritaire à base de cuivre ou d'argent et une phase renfort avec un métal comme par exemple le tungstène, 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating may be composite with a majority phase based on copper or silver and a reinforcing phase with a metal such as tungsten, 7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement peut être composite avec une phase majoritaire à base de cuivre ou d'argent et une phase renfort avec une céramique comme par exemple le nitrure de titane ou l'oxyde de zinc, 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coating can be composite with a major phase based on copper or silver and a reinforcing phase with a ceramic such as titanium nitride or zinc oxide , 8. systèmes de contacts électriques utilisés pour les disjoncteurs, contacteurs, interrupteurs, commutateurs, inverseurs et sectionneurs, traités suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à9. 15 20 25 8. Electrical contact systems used for circuit-breakers, contactors, switches, switches, inverters and disconnectors, treated according to the method according to any one of claims 1 to 9. 15 20 25
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