專利名稱：電接觸材料的內(nèi)氧化方法和由該方法生產(chǎn)的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過銀-溶質(zhì)金屬合金的內(nèi)氧化來制備電接觸材料的方法，借由這種內(nèi)氧化作用，銀基質(zhì)內(nèi)的溶質(zhì)金屬轉(zhuǎn)化成金屬氧化物，而該氧化物使合金具有高的耐熔性。本發(fā)明還涉及這種電接觸材料、銀基質(zhì)，它們是按本發(fā)明的方法生產(chǎn)的。
銀-錫氧化物合金是目前廣泛采用的電接觸材料，其基質(zhì)為銀，溶質(zhì)金屬為錫，錫又經(jīng)內(nèi)氧化作用形成錫的氧化物。
類似地，銀-鎘氧化物合金也是已知的有效的電接觸材料，但與銀-錫氧化物合金相比較，由于鎘對人體健康的危害以及從防止污染的角度考慮，較少使用銀-鎘氧化物合金。
但是，通過內(nèi)氧化方法制備銀-錫氧化物時存在一個問題，即，當一種合金中的銀基質(zhì)含錫量超過4.5%(重量)時，其中的錫很難全部被穿過銀基質(zhì)的外層而進入基質(zhì)內(nèi)部的氧進行內(nèi)氧化。
為了解決這一問題，有必要在銀-錫合金中加入輔助溶質(zhì)金屬，該溶質(zhì)金屬的擴散速度較快，固而能快速地將氧攜帶和輸送到銀基質(zhì)的內(nèi)部。一個典型的此類輔助溶質(zhì)金屬為銦。按U.S.P.No.3，933，485所述銀-錫-銦系合金是經(jīng)內(nèi)氧化而得到優(yōu)異的電接觸材料的合金。在該美國專利中描述的電接觸材料是目前工業(yè)上使用的最好的電接觸材料之一。這些材料是通過將含5-10%(重量)的錫和1.0-6%(重量)的銦和銀基合金經(jīng)氧化作用而制得的。
但是，既使是加入如上所述的作用效果很好的輔助溶質(zhì)金屬，要將含錫量超過4.5%(重量)的銀基合金中的錫非常均勻地內(nèi)氧化是不容易的。有時，錫氧化物傾向于在銀基質(zhì)表面上附近大量離析，而在基質(zhì)內(nèi)部則消耗殆盡。除此缺點外，銦氧化物還是相對較弱的氧化物。
因此，如果可能的話，希望在不使用銦的情況下，內(nèi)氧化銀基質(zhì)中的錫。
鑒于上述背景，本發(fā)明人找到了一種在不使用任何其他輔助溶質(zhì)金屬，例如銦，或至少是使用極微量的輔助溶質(zhì)金屬的情況下，完全地、均勻地內(nèi)氧化銀-錫合金的方法。這種極微量的輔助溶質(zhì)金屬為鋯(Zr)。
鋯在銀中的固體溶解度非常小。因此，當熔化的Ag-Sn-Zr合金冷卻至固相時，該合金中含有的Zr幾乎全部均勻地分散沉積在Ag-Sn合金結(jié)構(gòu)的固相中。在500～700℃間的氧化溫度下，當Zr原子沉積時或是在與Sn形成金屬間化合物的地方沉積時，鋯原子保留在銀基質(zhì)中，對Sn的氧化和沉積起成核作用。因此，本發(fā)明中，Zr用作協(xié)助Ag基質(zhì)中的Sn發(fā)生內(nèi)氧化的輔助溶質(zhì)金屬元素，其用量盡量小，或者說是極微量的。考慮到鋯的氧化物并不是弱的氧化物，鋯的使用也是有利的，而且鋯氧化物的耐熔性較錫氧化物的耐熔性更好。
為使Ag-Sn系合金發(fā)生內(nèi)氧化而使用Zr時，應該注意的是日本早期專利公開號No.51-121795的專利文獻披露了一種Ag-Sn6%-Zr0.5%合金的內(nèi)氧化的一個實施例。但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在該實施例中，當Zr的用量為本發(fā)明所述的微量，例如為0.05-0.1%(重量)時，它不可能在整個銀基質(zhì)中將其含量超過4.5%(重量)的錫完全地、均勻地內(nèi)氧化成錫的氧化物，該錫的氧化物以極細的顆粒均勻地沉積。
因此，本發(fā)明人作了大量的各種實驗并且發(fā)現(xiàn)，既使是Zr的用量小到0.05-0.1%(重量)的極微量時，含錫量大于4.5%(重量)至12%(重量)(接近錫在銀中的固體溶解度上限)的Ag-Sn合金，當內(nèi)氧化的氧氣壓力相當高，比如說10個大氣壓時，能夠被完全內(nèi)氧化。
也就是說，本發(fā)明提供了一種將銀合金完全內(nèi)氧化的方法，該合金由4.5%(重量)至12%(重量)的錫和余量為銀組成，在上述合金中加入0.05%(重量)到0.1%(重量)的微量鋯，而且該合金是在氧氣壓力大于10個大氣壓的條件下內(nèi)氧化的。本發(fā)明也提供了由該方法獲得的電接觸材料。
如上所述，盡管本發(fā)明方法可以有效地將上述特定組成的Ag-Sn合金完全地內(nèi)氧化，如果內(nèi)氧化是在氧氣壓力大于10個大氣壓的條件下進行的，從工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上來說，鑒于費用和安全性因素，不必要采用非常高的氧氣壓力。有鑒于此，同時也為了防止Ag在內(nèi)氧化過程中變成液態(tài)(在約400個大氣壓下)，本發(fā)明選擇工業(yè)上可獲得的200個大氣壓的氧氣壓力作為可采用的最高壓力。
優(yōu)選實施例用下面的實施例對本發(fā)明進行進一步具體的描述。
(1)Ag-Sn6%(重量)-Zr0.2%(重量)為了證實本發(fā)明人的上述發(fā)現(xiàn)，即含錫量超過4.5%(重量)的銀合金不能僅僅靠加入微量的鋯完全地內(nèi)氧化，將組成為(1)的合金熔化并形成一個直徑為120mm、長為40mm的金屬錠，將該金屬錠熱壓成厚度為30mm、寬為50mm的長方形條，然后將該條切割成每根長度為500mm的條，這些條的上下表面各削去3mm，得到厚度為24mm、寬為510mm、長為500mm的長方形條。
在上述的每根長方形條的下表面上粘上一層厚度為2.5mm的純銀，粘上純銀后的長方形條經(jīng)滾壓后，厚度變成1.2mm。經(jīng)切孔直徑為6mm的沖壓機沖壓后，得到背面由純銀貼面的盤形接觸材料，該盤形電接觸材料的厚度為1.2mm，直徑為6mm。
在氧氣壓力為7個大氣壓，加熱至620℃的條件下，將這些盤型電接觸材料內(nèi)氧化24小時。
顯微鏡下觀察接觸材料(1)的縱截面。從顯微鏡下可觀察到由金屬氧化物離析在合金表面附近所形成的次級結(jié)構(gòu)阻止氧氣穿入到合金內(nèi)部，因而阻止了合金內(nèi)部更深層的氧化。
(2)Ag-Sn6%(重量)-Zr0.05%(重量)(3)Ag-Sn8%(重量)-Zr0.1%(重量)-Ni0.2%(重量)采用與制備如上所述的合金(1)相類似的方法制備本發(fā)明具有上述組成的合金(2)(3)，制得的接觸材料為盤形，背面用純銀貼面，盤的直徑為6mm，厚度為1.2mm。它們用與上述(1)相類似的方法進行內(nèi)氧化，但是氧氣壓力為30個大氣壓。
對內(nèi)氧化后的接觸材料的縱截面的顯微觀察結(jié)果表明接觸材料在其全部區(qū)域內(nèi)具有隨金屬氧化物均勻分散的結(jié)構(gòu)，這與以下所述的接觸材料(4)相類似，且內(nèi)氧化很完全。
(4)Ag-Sn0.5%(重量)-Cd13%(重量)為對比起見，制備了常規(guī)的合金(4)。盡管這種合金中含有有害的鎘，但它是一種已知的具有很好地和均勻地內(nèi)氧化的結(jié)構(gòu)的合金，而且事實上，它也是目前導電性能良好的優(yōu)異的電接觸材料。
合金(4)采用與合金(1)類似的方法，在常壓的氧氣氣氛下內(nèi)氧化。
上述的經(jīng)內(nèi)氧化的接觸材料(2)和(3)以及(4)的硬度(HRF)及導電率(IACS %)數(shù)據(jù)如下硬度 導電率(2) 100 60(3) 86 64(4) 75 55由抗熔接試驗(試驗條件電壓為DC240V，起始電流(電流電容器的放電電流)強度為700A，接觸壓力為200g，實驗次數(shù)為20次)測得的熔接次數(shù)如下(2) 0(3) 0(4) 5由ASTM試驗方法(試驗條件電壓為AC200V，電流強度為50A，接觸壓力為400g，釋放力為600g)測得的消耗量(mg)數(shù)據(jù)如下(2) 12(3) 11(4) 20
由上可知，本發(fā)明可提供由Ag-Sn系合金經(jīng)由內(nèi)氧化得到的電接觸材料，由于金屬氧化物極細而且均勻地分散于Ag基質(zhì)中，因此作為電接觸材料時，其電性能特別優(yōu)異。
本發(fā)明的合金中，如從上述的實施例(3)中可以看到的那樣，可以加入一種或多種鐵族元素(Ni、Co和Fe)，這僅僅是為了得到具有更細化的合金結(jié)構(gòu)。但是這些元素的加入既不加速也不協(xié)助合金的內(nèi)氧化。
權(quán)利要求
1.由銀合金的內(nèi)氧化以獲得電接觸材料的內(nèi)氧化方法，其中，所述的合金由大于4.5%(重量)至12%(重量)的Sn，0.05～0.1%(重量)的鋯以及余量為銀所組成，該合金在氧氣壓力為10atm至200atm下內(nèi)氧化。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)氧化方法，其中，在所述的合金中加入一種或多種鐵族元素Ni、Co和Fe，其加入量為0.001～1%(重量)。
3.由含有4.5～12%(重量)的錫、0.05～0.1%(重量)的鋯和余量為銀組成的合金制備的電接觸材料，所述的材料在壓力為10～200atm的氧氣氣氛下被內(nèi)氧化。
4.如權(quán)利要求3所述的電接觸材料，其中，在所述的合金中加入一種或多種鐵族元素Ni、Co和Fe，其加入量為0.001～1%(重量)。
全文摘要
錫含有量超過4.5％(重量)的銀合金，在其中盡可能少的鋯的協(xié)助下經(jīng)內(nèi)氧化后制得電接觸材料。在高壓氧氣氣氛中，也就是在10至200atm的條件下進行內(nèi)氧化，合金中所含有的錫能夠完全地、均勻地內(nèi)氧化。
文檔編號H01H11/04GK1053509SQ9010757
公開日1991年7月31日 申請日期1990年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月19日
發(fā)明者飯?zhí)锊?申請人:中外電氣工業(yè)株式會社