专利名称：内部氧化的银－锡－铟合金电触点材料及制造方法
技术领域：
本发明涉及广泛应用于如开关、断路器、接触器等电气设备的电触点材料。应该知道，根据本发明制造的电触点材料是由银-锡-铟合金经熔化和内部氧化而制成的，它不同于利用粉末冶金技术通过混和并烧结粉末银和氧化的粉状锡和铟而制成的材料。
作为用于上述目的的电触点材料，银-镉氧化物合金是众所周知的。不过，由于镉对健康有害，该材料已被不含镉的银-锡氧化物合金所取代。目前，此种银-锡氧化物合金已普遍地用做电触点材料。然而，当锡的含量超过合金重量的5%时，使银-锡合金中的锡产生完全地内部氧化是相当困难的。为此，将铟作为助溶金属元素加入上述合金。
结果，虽然铟氧化物具有低耐熔性和低硬度，但不得不加入超过2%的铟。因此，本发明的发明人寻求在不增加铟的条件下而内部氧化含有超过重量5%锡的固溶型合金。如美国专利5078810号所述，在超过10个大气压的氧气气氛中，对上述合金成功地进行了内部氧化。
虽然只含有超过5%的锡且不含其他溶质金属，同时又成功地进行了上述内部氧化的固溶型合金提供了取向良好的合金结构，但是合金中沉积的锡氧化物太细了。结果，其导电性较弱，有时接触电阻不稳定且较高。
本发明的目的就是为了解决上述问题。
在本发明中，由熔化法而不是粉末冶金方法制备的银和占重量5-20%的锡的合金被内部氧化并加入合金中痕量的铟。当锡被氧化时，上述锡的下限百分含量使合金具有作为电触点的耐熔性。而锡的上限百分含量又使合金不至太脆。
虽然本发明的内部氧化的银-锡-铟电触点材料就其组成的金属元素来看与已知材料是一样的，但两者的铟含量都大大不同。
在本发明中，铟的含量大于重量的0.1%，而小于重量的1%。该痕量的铟并不是起帮助或加速锡氧化的辅助元素的作用，而是意外地起到了使锡的氧化沉积物粗糙的作用。这是本发明的发明人经反复实验而获得的新的发现。
上述铟的作用能改善经内部氧化的银和占重量5～20%的锡的固溶型合金的导电性并能使接触电阻稳定和下降。
在本发明中，一或多种铁族元素，即，铁、镍和铜可以以总量占重量0.001～1%的比例加入上述合金，以便稳定合金结构。
实例(1)银-锡6%-铟0.8%(2)银-锡9.5%-铟0.9%(3)银-锡9.5%-铟0.1%-镍0.2%(4)银-锡6%
上述合金(1)、(2)和(3)是通过熔化上述组成元素并铸成直径120mm、长400mm的坯料来制备的。上述属于现有技术的合金(4)同样制成坯料，以便与本发明的合金(1)、(2)和(3)进行比较。每一合金坯料被热压成厚30mm和宽50mm的方棒。将该棒切成500mm长并将其上下表面各削去3mm，以获得厚24mm，宽50mm和长500mm的棒。
接着，将2.5mm的纯银热粘接到切削好的下表面上。然后，将该棒轧制成具有1.2mm厚的薄板，再冲压成厚1.2mm、直径6mm的圆片状电触点元件。接着把上述元件放在具有500℃高温的炉子中预热，再在25个大气压下的氧气气氛中将其加热到700℃并保持48个小时进行内部氧化。
显微镜观察显示，垂直切削的合金(1)、(2)、(3)和(4)中锡元素已全部发生内部氧化，而在其外表面区域不产生任何扩散氧化物。
由上述合金(4)制备的电触点元件的锡的氧化沉积物极细并均匀分布在整个银基材上(不考虑银粒边界处)。虽然合金(1)(2)和(3)的结构也很细和均匀，好象是利用粉末冶金方法制成的，但其锡的氧化沉积物不象合金(4)中那么细。
上述在内部氧化之前预热合金是为了使其活化，以便当进行内部氧化烘烤时，氧分子能均匀渗入合金。
在本发明中，银和5～20%的锡的合金的内部氧化是通过加入痕量的铟并在10个大气压以上，在氧气气氛中将其加热而获得的。当氧气压力较高时，最好保持较低的加热温度，反之亦然。即当氧气气氛中压力稍高于10个大气压时，加热温度取500～750℃范围中的较高值，而当氧气气氛中压力高出10个大气压较多时，加热温度宜保持在上述范围中的较低值。
另外，本发明中合金的内部氧化最好保持合金在固相状态下进行，而不允有任何液相存在。因为如果合金变成液态，氧化的溶质元素会转移到合金的表面区域，在该区域产生扩散氧化物。
虽然当加热温度选择上述范围的最低点时，氧气气氛中压力应尽可能高，以便合金不呈现液相，但200个大气压是极限值。因为它是在工业规模上经济和技术上方便地实施本发明比较实际的。
上述电触点元件通过分别内部氧化合金(1)、(2)、(3)和(4)所获得的导电性(IACS%)和硬度(HRS)见下表1。
表 1导电性(IACS%) 硬度(HRS)(1) 69 82(2) 57 90(3) 55 91(4) 72 78在下述条件下由ASTM-50试验机试验的元件内部接触阻抗见表2。同时，在与其连接的端子处经1000次开关产生的温度升高(高于室温)亦见表2。
试验内部接触阻抗的条件接触力 400g电流 DC6V，1A温度升高试验的条件负荷 AC200V，50A电抗器 pf＝0.24频率 60周/分表 2内部接触阻抗 温度升高(℃)(mΩ)(1) 0.5 30(2) 0.7 35(3) 0.7 35(4) 0.8 36由上述试验结果可知，根据本发明制成的电触点材料提供了在实际使用值范围的满意的导电性。其电气特性，特别是其内部接触阻抗大大改善，而使用中的升温得到降低。
权利要求
1.一种由固溶型合金制成的电触点材料，包括占重量5～20%的锡、大于重量0.1%至小于重量1%的铟，剩余部分为银，该材料受到内部氧化处理。
2.按照权利要求1的电触点材料，特征在于加入总量为重量的0.001～1%的一或多种铁族元素铁、钴、镍。
3.按照权利要求1或2的电触点材料，特征在于在不使上述合金呈液相的条件下，在超过10个大气压的氧气气氛中内部氧化上述材料。
4.按照权利要求1、2或3的电触点材料，特征在于在经过使合金活化的预热后，在750～500℃的温度和10个以上至200个大气压的氧气气氛中内部氧化上述材料。
5.一种制造电触点材料的方法，包括将占重量5～20%的锡、大于重量0.1至小于重量1%的铟和剩余部分为银组成的固溶型合金预热而活化，接着在10个以上至200个大气压和750～500℃温度下的氧气气氛中，使该合金保持在固相而不产生液相的条件下，加热该合金而将其内部氧化。
6.按照权利要求5的方法，特征在于加入总量为重量的0.001～1%的一或多种铁族元素铁、钴和镍。
全文摘要
一种电触点材料，由银和占重量5～20％的锡组成的固溶型合金加入占重量0.1％以上至1％以下的痕量铟制成。加入的钢有效地使银-锡合金中沉积的锡氧化物不至太细。由此，使其电气特性，特别是电接触阻抗得到改善，而其温度上升也保持在较低值。
文档编号C22C1/10GK1065688SQ9210222
公开日1992年10月28日 申请日期1992年4月8日 优先权日1991年4月9日
发明者田中靖一, 平田辉雄, 饭田昌治 申请人:中外电气工业株式会社