專利名稱：電接點材料的制造方法、電接點材料以及溫度熔斷器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電接點材料(electrical contact material)的制造方法、電接點材料以及溫度熔斷器，更詳細地說，涉及一種在用于開閉的電接點(electrical contact)時能夠實現(xiàn)優(yōu)異的耐久性的電接點材料的制造方法、由該方法制造的電接點材料以及使用該電接點而形成的溫度熔斷器。
背景技術：
Ag以及Ag合金的電導率大，而且還具有耐氧化性，因此，以往一直作為電接點材料使用。
另一方面，在因電流開閉時所產(chǎn)生的電弧而暴露在高溫中的情況下，存在著產(chǎn)生電接點熔敷的問題，例如，存在在溫度熔斷器中，在進行電流開閉的可動電極和導線之間產(chǎn)生電弧，從而產(chǎn)生熔敷的情況。
針對該問題，在WO03/009323號公報中，記載了下述內容，即，將對含有99~80重量份的Ag和1~20重量份的Cu的合金進行內部氧化處理，從而使表層的氧化物稀薄層的厚度達到5pm以下并使內部存在的氧化物粒子的平均粒徑達到0.5~5pm的材料，用于溫度熔斷器的可動電極，由此能夠提供沒有瑢敷缺陷的溫度熔斷器。
根據(jù)該記載，在用于WO03/009323號公報所記載的溫度熔斷器的可動電極的材料中，可以理解為只要厚度為5)Lim以下，則在表層可以存在氧化物稀薄層。實際上，專利文獻1中記載有實施例1~18，但在所有的實施例中氧化物稀薄層的厚度均為l~4pm，而不是(Him，在其表層存在著氧化物稀薄層。
但是，本發(fā)明人從研究結果中發(fā)現(xiàn)，即使厚度為5^m以下，只要在表層存在氧化物稀薄層，就容易產(chǎn)生熔敷，因此，不能說使用WO03/009323號公報中所記載的上述材料形成的電接點，能夠充分地解決了熔敷的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是是鑒于上述問題點而作出的，其課題在于，提供一種即使因電
3流開閉時所產(chǎn)生的電弧而暴露在高溫下，也可以抑制產(chǎn)生熔敷的電接點材料的制造方法。本發(fā)明的另一個課題在于，提供一種使用該方法得到的電接點材料以及溫度熔斷器。
本發(fā)明人等為了解決上述課題進行了悉心研究，其結果發(fā)現(xiàn)，通過向具有規(guī)定組成的Ag-Cll-Ni合金的表層部提供規(guī)定量以上的氧，能夠解決上述課題，從而完成了本發(fā)明。
艮P，本發(fā)明的電接點材料制造方法的第一實施方式，其特征在于，向含
有1~15質量％的Cu、 0.01-0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金的表層部，供給超過使Cu發(fā)生內部氧化所需氧量的氧量，從而形成氧濃縮層。
在此，合金的表層部是指從合金表面起至20pm左右范圍的區(qū)域，氧濃縮層是指存在于Ag-Cu-Ni合金的表層部且固溶有氧的層，并且是指固溶氧濃度比中心部的Ag-Cu-Ni合金基質高的層。
本發(fā)明的電接點材料制造方法的第二實施方式，其特征在于，在對含有1~15質量％的01、 0.01-0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金實施內部氧化處理后，實施用于形成氧濃縮層的氧濃縮化處理，至少使表面起至深度為O.lpm以上的范圍成為氧濃縮層。
本發(fā)明的電接點材料制造方法的第三實施方式，其特征在于，在溫度為500~770°C、氧分壓為0.02MPa以上而低于l.OMPa、時間為6 60小時的條件下，對含有1~15質量％的Cu、 0.01 0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金實施內部氧化處理，然后進行降溫，進一步，在溫度為100~300°C、氧分壓為0.02MPa以上而低于l.OMPa、吋間為6~24小時的條件下實施氧濃縮化處理。
本發(fā)明的電接點材料，能夠通過所述制造方法而得到。
本發(fā)明的溫度熔斷器，其特征在于，具有使用所述電接點材料形成的可動電極。
根據(jù)本發(fā)明的電接點材料制造方法，能夠制造出即使因電流開閉時所產(chǎn)生的電弧而暴露在高溫下，也可以抑制產(chǎn)生熔敷的電接點材料。
另外，使用本發(fā)明的電接點材料形成的電接點，不易產(chǎn)生熔敷，通過例如用于溫度熔斷器的可動電極，能夠制造出不易產(chǎn)生熔敷且特性優(yōu)異的溫度熔斷器。


圖1是將本發(fā)明實施方式的電接點材料用于可動電極的溫度熔斷器的常態(tài)的剖視圖。
圖2是所述溫度熔斷器動作后的剖視圖。
圖3是表示能夠將本發(fā)明實施方式的電接點材料用于固定接點以及可動
接點的繼電器的示例的圖。
圖4是通過金屬顯微鏡觀察的由實施例制作的電接點材料的剖面照片。圖5是由實施例制作的電接點材料表面的電子顯微鏡照片(低倍率)。圖6是由實施例制作的電接點材料表面的電子顯微鏡照片(高倍率)。圖7是表示通過輝光放電光譜分析(glow discharge optical emission
spectrometry)裝置GDA750 (Rigaku株式會社制造)，測定由實施例制作的
電接點材料深度方向的元素分布狀況的結果的曲線圖。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的實施方式進行詳細地說明。
本發(fā)明實施方式的電接點材料，通過向含有1~15質量％的Cu、 0.01 0.7質量％的Ni且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的Ag-Cu-Ni合金的表層部，供給超過使Cu發(fā)生內部氧化所需氧量的氧量而得到，在所述合金的表層部具有氧濃縮層。
Cu的作用是通過被內部氧化，將CuO粒子供給至Ag-Cu-Ni合金中。將CuO粒子分散在從Ag-Cu-Ni合金的至少表面起至規(guī)定深度以上的范圍，由此，當將該合金用于進行電流開閉的電接點時，不易產(chǎn)生熔敷。
實施內部氧化處理的Ag-Cu-Ni合金中的Cu含量，需要為1~15質量％。在Cu含量低于1質量％的情況下，Ag-Cu-Ni合金中產(chǎn)生的CuO粒子少，當用于進行電流開閉的電接點時，容易產(chǎn)生熔敷。當Cu含量超過15質量。/。時，即使想通過內部氧化處理使氧侵入到Ag-Cu-Ni合金中，由于合金中的Cu原子的數(shù)量多，所以氧在表面附近與Cu結合而形成氧化被膜，從而無法使CuO粒子分散產(chǎn)生在合金中。當表面形成有氧化被膜時，接觸電阻明顯加大。
CuO粒子具有如下作用，即，當將Ag-Cu-Ni合金用于進行電流開閉的電接點時，使熔敷不容易產(chǎn)生。優(yōu)選將CuO粒子分散至從Ag-Cu-Ni合金的表面起到深度為5pm以上的范圍，且優(yōu)選CuO粒子的平均粒徑為5pm以下。
Ni具有使CuO粒子微細化的作用。當CuO粒子的平均粒徑超過5nm時，接觸電阻過高，不適合作為電接點材料。
實施內部氧化處理的Ag-Cu-Ni合金中的Ni含量，需要為0.01-0.7質量%。當Ni含量低于0.01質量％時，不能得到充分地使CuO粒子微細化的效果。另一方面，通過通常的溶解法，不能夠使Ni含量超過0.7質量M。
如上所述，氧濃縮層是存在于Ag-Cu-Ni合金表層部的層，并且是氧固溶在Ag基質(matrix)中，氧濃度比中心部的Ag基質高的層。氧濃縮層具有如下作用，艮卩，當將分散有CuO粒子的Ag-Cu-Ni合金用于電接點時，即使因開閉電流產(chǎn)生電弧，也能夠防止CuO被還原。另外，在是Ag-Cu-Ni合金的情況下，從熱力學角度考慮，與氧原子固溶在Ag-Cu-Ni合金中相比，氧原子與Cu結合而形成CuO的方式更為穩(wěn)定，因此，在氧濃縮層必然存在CuO粒子。
由于CuO粒子的熔點為IOOO'C以上，比Ag-Cu-Ni合金的熔點81(TC左右高，因此，當在Ag-Cu-Ni合金的表層部存在規(guī)定量以上的CuO粒子時，即使在將該Ag-Cu-Ni合金用于電接點并產(chǎn)生了電弧的情況下，也不易產(chǎn)生熔敷。
但是，當產(chǎn)生電弧而使CuO粒子還原成金屬銅，在Ag-Cu-Ni合金的表層部形成氧化物濃度比約1質量％更低的氧化物稀薄層時，由于含在該氧化物稀薄層中的CuO粒子的量減少，從而導致容易產(chǎn)生熔敷。
與此相比，由于氧濃縮層是氧濃度高的層，且即使開閉電流產(chǎn)生電弧也可以防止OiO粒子的還原，因此，可防止形成氧化物稀薄層。由此，當在Ag-Cu-Ni合金的表層部存在氧濃縮層時，能夠防止產(chǎn)生熔敷。
優(yōu)選氧濃縮層從合金表面起的厚度為O.lpm以上。若氧濃縮層從合金表面起的厚度低于O.lpm，則當開閉電流而產(chǎn)生電弧時，防止CuO還原的效果
6不充分，或者不能長時間保持該效果。[關于制造方法]
下面，對本發(fā)明實施方式的電接點材料的制造方法進行說明。本發(fā)明實施方式的電接點材料的制造方法的特征在于，向含有1~15質量
%的Cu、 0.01-0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金的表層部，供給超過使Cu發(fā)生內部氧化所需氧量的氧量，從而形成氧濃縮層。
關于實施供氧的處理的Ag-Cu-Ni合金的各成分和氧濃縮層，與上述相同，因此，省略對它們的詳細說明，主要說明向合金內部的供氧的處理。在向合金內部的供氧的處理中包括內部氧化處理和氧濃縮化處理。(內部氧化處理)
內部氧化是指，由于氧原子向金屬內部擴散的速度比金屬原子向表面移動的速度快，因此在金屬表面不形成氧化被膜，氧原子擴散到金屬內部，在金屬內部形成氧化物的現(xiàn)象，并且是在如Ag合金等特定的合金中出現(xiàn)的現(xiàn)象。
作為內部氧化處理的條件，有熱處理溫度、氧分壓以及熱處理時間這三個條件。
熱處理溫度優(yōu)選為60(K800'C。當熱處理溫度低于60(TC時，氧原子不能充分地擴散到Ag-Cu-Ni合金中，在從合金表面起一定程度以上的深度范圍，難以進行充分的內部氧化。另一方面，含有1 15質量。/。的Cu、 0.01~0.7質量%的Ni的Ag-Cu-Ni合金的熔點為81(TC左右，因此，若熱處理溫度超過800°C，則存在著產(chǎn)生熔融的可能性。
氧分壓優(yōu)選為0.02MPa以上且低于l.OMPa。當氧分壓低于0.02MPa時，難以將充分的內部氧化所需的氧量提供給至Ag-Cu-Ni合金中。另一方面，當氧分壓為1.0MPa以上時，用于內部氧化處理的裝置規(guī)模龐大，不經(jīng)濟。
熱處理時間優(yōu)選為24~60小時。當熱處理時間不足24小時時，難以將充分的內部氧化所需的氧量提供給至Ag-Cu-Ni合金中。另一方面，即使熱處理時間超過60小時，能夠供給至Ag-Cu-Ni合金中的氧量與熱處理時間為60小時的情況相比只有微量的增加，因此，將熱處理時間規(guī)定為超過60小時是不經(jīng)濟的。(氧濃縮化處理)
當是Ag-Cu-Ni合金的情況下，從熱力學角度考慮，與氧原子固溶在
Ag-Cu-Ni合金中相比，氧原子與Cu結合而形成CuO的方式更為穩(wěn)定，因此， 固溶在Ag-Cu-Ni合金中，且擴散到內部的氧原子，只要周圍有Cu原子，就 與其結合而成為CuO。因此，為了使氧原子固溶于Ag-Qi-Ni合金中，需要 向Ag-Cu-Ni合金供給超過Cu的內部氧化所需量的氧量。
為了使氧原子固溶于Ag-Cu-Ni合金中，進一步，為了使氧濃縮層形成在 從合金表面起規(guī)定的范圍，例如從表面起0.1nm以上的范圍，需要在內部氧 化處理后進行適當?shù)难鯘饪s化處理。
因此，優(yōu)選在進行上述條件下的內部氧化處理后降溫，進一步在溫度為 100~300°C，氧分壓為0.02MPa以上而低于l.OMPa,時間為6~24小時的條 件下實施氧濃縮化處理。由此，能夠進一步提高氧原子對Ag-Cu-Ni合金表層 部的固溶量。由于溫度越低能夠固溶于Ag-Cu-Ni合金中的氧量越多，因此， 通過將熱處理溫度設定為100~300°C，能夠提高氧的最大固溶量。但是，當 將熱處理溫度設定為100 30(TC時，氧原子的擴散速度變小，因此，在該溫 度范圍的氧濃縮化處理中，僅在Ag-Cu-Ni合金的表層部中增加氧原子的固溶
另一方面，為了在將Ag-Cu-Ni合金用于電接點時能夠抑制熔敷，重要的 是表層部的CuO粒子不被還原。因此，通過熱處理溫度為600 80(TC的最初 的內部氧化處理，在從Ag-Cu-Ni合金的表面起至一定深度的范圍產(chǎn)生CuO 粒子后，實施熱處理溫度為100 300。C的氧濃縮化處理，從而增加Ag-Cu-Ni 合金表層部的氧固溶量，這對抑制熔敷是非常有效的。
該氧濃縮化處理，也可以是在進行熱處理溫度為600 800'C的內部氧化 處理后，例如繼續(xù)在氧分壓為0.02MPa以上而低于l.OMPa的環(huán)境中緩慢降 溫，在100 30(TC的溫度范圍下暴露6 24小時。
本發(fā)明實施方式的電接點材料，可適用于如圖1、 2所示的專利文獻1所 記載的溫度熔斷器10的可動電極12。圖1為溫度熔斷器10的常態(tài)的剖視圖， 圖2為動作后的剖視圖。
如圖1所示，該溫度熔斷器10的主要結構要素有金屬殼體12、可動電極14、導線16、 18、絕緣材料20、壓縮彈簧22、 24、感溫材料26。
可動電極14能夠一邊與導電性金屬殼體12的內表面接觸一邊進行移動。
在可動電極14與絕緣材料20之間具有壓縮彈簧22，在可動電極14與感溫
材料26之間具有有壓縮彈簧24。
在圖l所示的常態(tài)中，壓縮彈簧22、 24分別處于壓縮狀態(tài)。與壓縮彈簧
22相比，壓縮彈簧24想要伸長的力更強，可動電極14被加載到絕緣材料20
側，且可動電極14壓接在導線16上。因此，當將導線16、 18連接在電子設
備等的布線上時，電流按照導線16、可動電極14、金屬殼體12、導線18的
順序流動。
感溫材料26可使用有機物質，例如可使用熔點為15(TC的己二酸等。在 達到規(guī)定的動作溫度時，感溫材料26發(fā)生軟化或熔融，因此，施加在壓縮彈 簧24的負荷被解除，從而壓縮彈簧24伸張。與此相伴，壓縮彈簧22的壓縮 狀態(tài)被解除，從而壓縮彈簧22伸張，由此，可動電極14和導線16分離而切 斷通電狀態(tài)。
這樣，通過使具有在規(guī)定溫度下切斷通電狀態(tài)的功能的溫度熔斷器與電 子設備等的布線連接，能夠預先防止因設備的異常過熱而引起的設備主體的 破損或火災等。
在可動電極14和導線16發(fā)生分離時，有時在可動電極14和導線16之 間會產(chǎn)生微小的電弧，特別是當可動電極14和導線16之間的分離緩慢進行 時，容易產(chǎn)生電弧。但是，若使用本發(fā)明實施方式的電接點材料來構成可動 電極14，則即使產(chǎn)生電弧，由于CuO粒子的還原量極少，因此，能夠有效 地抑制可動電極14和導線16的熔敷。
本發(fā)明實施方式的電接點材料，除了適用于溫度熔斷器的可動電極以外， 還可以適用于開閉電流的電接點上，如圖3所示，也可適用于繼電器30的固 定接點32以及可動接點34上。在圖3中，36為可動接觸片(接點彈簧)， 38為端子，40為銜鐵(可動鐵片)，42為復位彈簧，44為線圈，46為鐵心， 48為磁軛。
實施例
稱量各金屬，以使合金組成為Ag: 95.5質量％、 Cu: 4.0質量％、 Ni: 0.5質量％，在進行溶解、鑄造后，壓延至2mm厚，壓延后按照30cmx30cm
9的大小進行切割。
在通過內部氧化爐，在熱處理溫度為700。C、氧分壓為0.5MPa、熱處理 時間為48小時的條件下，對所得合金進行內部氧化處理后，在保持氧分壓為 0.5MPa的狀態(tài)下，繼續(xù)在30(TC下保持12小時，實施氧濃縮化處理。
在厚度方向將在進行所述氧濃縮化處理后冷卻至室溫的合金切斷，并用 金屬顯微鏡觀察該剖面。圖4是通過金屬顯微鏡觀察到的剖面照片。在圖4 中，黑點表示CuO粒子，白的部分表示Ag-Cu-Ni合金的部分。從圖4可知， CuO粒子從合金表面以均勻的分布的方式分散在合金內部。圖4表示從合金 表面起至深度為150pm左右的剖面，但在該范圍內，不存在CuO粒子的稀 薄層。
圖5、圖6是在實施所述內部氧化處理后冷卻至室溫的合金表面的電子 顯微鏡照片。從照片下方表示的縮尺可知，圖6的倍率比圖5高。在圖5、 圖6中，黑點表示CuO粒子，白的部分表示Ag-Cu-Ni合金的部分。從圖5、 圖6可知，CuO粒子幾乎均勻地分散在合金表面而存在。
圖7是表示通過輝光放電光譜分析裝置GDA750(Rigaku株式會社制造)， 測定在實施所述內部氧化處理后冷卻至室溫的合金的深度方向的元素分布狀 況的結果的曲線圖。橫軸為從表面起的深度，縱軸為各元素的存在量。圖7 為校正之前的數(shù)據(jù)，其縱軸的數(shù)值沒有定量性，從圖7無法知道各元素的存 在比例，但可以讀取每個元素從合金表面起的深度方向上的存在量的變化狀 況。
Ag、 Cu、 Ni的存在量在從合金表面起的深度方向上幾乎是恒定的。與 此相比，氧的存在量在從合金表面起至2pm左右深度的范圍特別多，在5nm 左右深度的區(qū)域的氧存在量，為從表面起至2nm左右深度的范圍的一半左右， 在20pm左右深度的區(qū)域的氧存在量，為5nm左右深度的范圍的三分之一左 右，在比2(Him更深的區(qū)域中，氧的存在量幾乎為恒定值。
另一方面，如圖4所示，CuO粒子在從合金表面起至深度為15(Him左右 的范圍，以均勻的分布的方式分散在合金內部。因此，在圖7中，在深度比 20pm淺的區(qū)域中，越接近表面越多的氧被認為是固溶于Ag-Cu-M合金中的 氧。在氧量幾乎為恒定值的深度比20pm更深的區(qū)域中，認為幾乎所有的氧 都以CuO的形式存在，氧濃縮層幾乎不存在。由此可知，在合金表面起至深度為2pm左右的范圍，固溶于Ag-Cu-Ni 合金中的氧特別多，且CuO粒子的存在量與深度比2pm左右深的區(qū)域相比 為同等程度，因此，當將所得到的合金用于電接點時，可成為不易引起熔敷 的電接點。
由所得到的合金形成可動電極，并重復進行電流的開閉，所述電流的開 閉伴隨產(chǎn)生電弧，其結果是，與以往溫度熔斷器的可動電極相比，直至產(chǎn)生 熔敷的電流開閉的重復次數(shù)提高了 10%。
工業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明的電接點材料的制造方法，可以制造出即使因電流開閉所產(chǎn) 生的電弧而暴露在高溫中，也可以抑制產(chǎn)生熔敷的電接點材料。
另外，使用本發(fā)明的電接點材料而形成的電接點，不易產(chǎn)生熔敷，通過 例如用于溫度熔斷器的可動電極，能夠制造出不易產(chǎn)生熔敷，且特性優(yōu)異的 溫度熔斷器。
ii
權利要求
1.一種電接點材料的制造方法，其特征在于，向含有1～15質量％的Cu、0.01～0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金的表層部，供給超過使Cu發(fā)生內部氧化所需氧量的氧量，從而形成氧濃縮層。
2. —種電接點材料的制造方法，其特征在于，在對含有1~15質量％的Cu、 0.01 0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金實施內部氧化處理后，實施用于形成氧濃縮層的氧濃縮化處理，至少使從表面起到深度為O.ljLim以上的范圍成為氧濃縮層。
3. —種電接點材料的制造方法，其特征在于，在溫度為500 77(TC、氧分壓為0.02MPa以上而低于1.0MPa、時間為6~60小時的條件下，對含有1~15質量％的Cu、 0.01~0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金實施內部氧化處理，然后進行降溫，進而在溫度為100~300°C、氧分壓為0.02MPa以上而低于l.OMPa、時間為6~24小時的條件下，實施氧濃縮化處理。
4. 一種電接點材料，其使用權利要求1~3中任一項所述的制造方法而得到。
5. —種溫度熔斷器，其特征在于，具有使用權利要求4所述的電接點材料形成的可動電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使因電流開閉時所產(chǎn)生的電弧而暴露在高溫下，也可以抑制產(chǎn)生熔敷的電接點材料的制造方法、由該方法制造的電接點材料以及溫度熔斷器。向含有1～15質量％的Cu、0.01～0.7質量％的Ni，且余量由Ag以及不可避免的雜質構成的合金的表層部，供給超過使Cu發(fā)生內部氧化所需氧量的氧量，而形成氧濃縮層，由此制造電接點材料。另外，使用由該電接點材料形成的可動電極來制造溫度熔斷器。
文檔編號H01H11/04GK101542663SQ20088000043
公開日2009年9月23日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權日2007年6月7日
發(fā)明者小島清計, 山本俊哉, 高田和泰 申請人:田中貴金屬工業(yè)株式會社