Ni金屬粒子分散型Ag－Ni系合金開關觸點材料及使用該材料的繼電器的製作方法

2023-10-23 13:56:17

專利名稱：Ni金屬粒子分散型Ag－Ni系合金開關觸點材料及使用該材料的繼電器的製作方法
技術領域：
本發明是有關提高交流通用繼電器耐久性的發明，特別是有關AC100～250V範圍內、1～20A左右的電阻負載用的交流通用繼電器中，比現有Ag-Cd0系開關觸點材料具有更優異耐久性的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料及使用該材料的繼電器。
背景技術：
依靠機械開關操作進行電氣開關的開關部分中使用的電氣接觸元件，一般稱為電觸點。該電觸點的必要條件是通過金屬與金屬的接觸能順利地傳輸流經觸點的電流和信號，切斷時能順利地斷開。
從常識可知，電觸點雖然結構簡單，但在觸點表面往往產生種種物理現象或化學現象。例如吸附、氧化、硫化、有機化合物合成，甚至出現伴隨放電的熔融、蒸發、消耗、轉移等等，這些現象非常複雜，在學術上尚有許多未探明的部分，而且有很多地方是決定電觸點材料質量好壞的關鍵。
如果這些現象發生，電觸點的接觸性能便受到損害，因情況而異，或接觸功能停止(例如，熔焊)，或限制了接入電觸點的電氣產品等的性能和壽命。這就意味著，電觸點是限制電氣產品等壽命和性能的重要元件之一。
近年來，隨著電子、電工學技術的顯著進展，電觸點的使用範圍覆蓋了從電信電話和各種電子儀器的弱電領域到切斷大電流的電器等強電領域。因此，要求的功能千差萬別。具有適合於使用目的特性的電觸點的開發進展很快，供給市場的產品種類繁多。
現就在這樣的電觸點中，作為本發明課題的交流通用繼電器和開關，進行現有一般性技術常識介紹如下。也就是說，裝於繼電器和開關中的電氣接觸元件，一般稱作開關觸點，此開關觸點所用的電觸點材料，特別要求有維持穩定開關機理的耐消耗性、耐轉移性和維持穩定接觸狀態的低接觸電阻性。
交流通用繼電器等所用的早為人知的材料有Ag-CdO系(由10～15重量％的CdO、餘量為Ag構成的合金)等開關觸點材料。
這些開關觸點材料雖然有的是單獨直接使用，但是使用較多的卻是加工成層壓在襯底層Cu或Cu合金上的兩層到三層的金屬包層鉚接觸點，或者加工成層壓在襯底層Cu或Cu合金上的兩層到五層的金屬包層交叉觸點等。這種金屬包層鉚接觸點和金屬包層交叉觸點，組裝在繼電器中使用。這種繼電器通過以直流、交流、脈衝等形式施加的電信號，產生線圈磁通，依靠該磁力吸引銜鐵，通過銜鐵的動作使電觸點接通或閉合。
現有的這種Ag-CdO系開關觸點材料，對於AC100V～250V之間的交流負載，在耐消耗性、耐轉移性和低接觸電阻性方面已能滿足實用程度的要求，但是一般認為還存在以下新問題。
首先，現有開關觸點材料不是能適應小型化要求的材料。隨著家電產品的功能及性能的提高，裝入的電氣零件量不斷增加，而且零件本身的小型化也在發展。因此，從成本方面考慮，也希望繼電器和開關自身能小型化，但現有開關觸點材料，都不可能適應小型化的要求。
也就是說，如果為了追求繼電器的小型化而縮小開關觸點材料的體積，則通斷時的單位體積做功量將大大增加，其結果，在現有材料情況下，材料自身的消耗加快，並導致故障早期發生。
發明的揭示本發明是以上述情況為背景做出的。本發明提供一種開關觸點材料，用它做交流通用繼電器可達到比現有Ag-CdO系產品消耗少、體積小而且壽命長的目的。
為了解決上述問題，本發明者反覆銳意研究，結果發現了如下所述的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料。該觸點材料用於通過機械性開關操作進行電氣開關的開關部分，其特徵是，將3.1～20.0重量％的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當於0.01～0.50重量％Li的Li2CO3粉末和餘量為Ag粉的三種粉體混合攪拌，形成均勻分散的混合物，再將該混合物進行成形處理及燒結處理即可製得上述觸點材料。
本發明的開關觸點材料，系在Ag基體中分散Ni金屬粒子，再分散Li2CO3，從而形成Ag-Ni系合金。根據本發明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料，即便開關觸點材料自身的體積減小，對於AC100V～250V、1～20A範圍的交流負載，在耐消耗性、耐轉移性和低接觸電阻性方面也能夠滿足實用程度的要求，並能長期使用，也即可實現長壽命化。
本發明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料中的Ni，在Ag基體中以Ni金屬粒子的形式存在，它有助於在AC100V～250V、1～20A範圍內交流通用繼電器中使用時提高耐消耗性。該Ni量如不足3.1重量％，則作為交流通用繼電器很難維持實用水平的耐消耗性；如超過20.0重量％，則會產生接觸電阻穩定性下降以及加工性能劣化等觸點製造上的問題。在使用交流通用繼電器的情況下，本發明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料中的Ni粉，控制在為8.0～15.0重量％最為合適。
Li2CO3也與Ni金屬粒子同樣，在Ag基體中以粒子的形式存在，用於AC100V～250V、1～20A範圍的交流通用繼電器時，與現有的CdO顯示同樣的滅弧作用，有助於提高耐消耗性。但是，如果換算成金屬Li的量低於0.01重量％的話，則看不到Li2CO3的效果；如果超過0.50重量％，則會導致接觸電阻的穩定性下降，與此同時，作為材料的燒結性能下降，難以製造。用於交流通用繼電器的情況下，Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料中的Li2CO3粉，換算成金屬Li的量，以0.05～0.2重量％為最佳。
如果使用本發明有關的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料做成繼電器，可以實現繼電器的小型化，同時可對AC100V～250V、1～20A範圍的交流負載，在其耐消耗性、耐轉移性和低接觸電阻性方面能夠滿足實用程度的要求，並能長期使用，也即可實現長壽命化。
對附圖的簡單說明

圖1是將由耐久試驗得到的數據畫在韋佰爾概率紙上得到的結果。
圖2是表示根據ASTM試驗得到的耐消耗性檢測結果。
實施發明的最佳方式在此，根據下述的實施例說明本發明的一種實施方式。表1中記載的實施例1是本發明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料，現有例1是現有的Ag-Ni系合金開關觸點材料，還有一個比較例1，是主要用於通用繼電器的開關觸點材料。


實施例1的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料的製法如下把10.0重量％的Ni粉和作為添加物按金屬換算、相當於0.1重量％Li的Li2CO3粉末和餘量為Ag粉三種粉體組成的混合物，置於球磨機內攪拌4小時，使粉末混合物均勻，然後把該混合物裝於圓筒狀容器內，從圓柱的長邊方向施加壓力，形成圓柱狀的粉末成形體。繼續壓縮加工，在1123K(850℃)下進行4小時的燒結處理。該壓縮加工和燒結處理重複進行4次。經壓縮加工和燒結處理後的坯段，通過熱壓擠出，加工成直徑為6.0mm的線材。繼續進行拉絲加工形成直徑為2.3mm的線材。接著把這個直徑為2.3mm的線材，使用鐓鍛機製成頭徑為3.5mm、頭厚為1mm的鉚接觸點。
現有例1，除了添加Li2CO3以外，採用與實施例1相同的工藝，製做鉚接觸點。
另一方面，比較例1是現在主要使用的通用繼電器用的開關觸點材料，它是用所謂內部氧化法製得的，再用它製造線材，然後與實施例1和現有例1同樣，通過鐓鍛機製成頭徑為3.5mm、頭厚為1mm的鉚接觸點。
把各個鉚接觸點裝入交流通用繼電器中，按表2所示條件進行了耐久試驗。此耐久試驗使用了5臺以上的繼電器，各繼電器發生故障時的耐久壽命開關次數示於表3，各自的結果畫在韋佰爾概率紙上，示於圖1中。另外，表4列示了從韋佰爾概率紙讀出的特性壽命值、m值以及累積故障率5％下的開關次數。




從表3所示耐久試驗結果確認本實施例1的Ag-Ni系合金開關觸點材料在AC250V、10A的電阻負載下，顯示90萬次以上的耐久壽命。另外，在現有例1的情況下，最初的第一臺在達到約20萬次開關次數時發生故障，確認了本發明所示Li2CO3的添加效果。另一方面，在比較例1的情況下，最初的第一臺在達到64萬次開關次數時發生故障，由此確認實施例1在交流通用領域，比現在正作為標準的比較例1耐久壽命更長，性能也更加優異。
另外，比較從表4所示從韋佰爾概率紙讀取的各項數據得知，特性壽命值和m值，都以實施例1為大，壽命特性好，故障發生的情況一致，不分散，很穩定。另外還得知，累積故障率5％下的開關次數，實施例1表現最大值，在實用上具有優異的耐久性。
其次，說明用ASTM試驗檢測耐消耗性的結果。進行該ASTM試驗時，使用上述鉚接觸點，按表5所示條件進行開關操作之後，把測得的觸點重量的減少量作為消耗量。其結果如圖2所示。


如圖5所示，實施例的消耗量，平均為0.620mg，另一方面，現有例1的消耗量平均為0.846mg，比較例1的消耗量平均為0.894mg。顯然可以確認實施例1的耐消耗性最好。
產業上利用的可能性本發明相關的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料，在交流通用繼電器的電阻負載中可以看到耐久性有了前所未有的提高，能夠大幅度地延長交流通用繼電器的壽命。這一成果還能適應今後交流通用繼電器更進一步的小型化和長壽命的要求。
權利要求
1.一種Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料，所述Ag-Ni系合金開關觸點材料用於通過機械性開關操作進行電氣開關的開關部分，其特徵在於，把3.1～20.0重量％的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當於0.01～0.50重量％Li的Li2CO3粉末和餘量為Ag粉的三種粉體混合攪拌，形成均勻分散的混合物，再將該混合物進行成形處理及燒結處理而製得。
2.一種繼電器，其特徵在於，使用了權利要求1所述的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關觸點材料。
全文摘要
本發明提供一種開關觸點材料,它用於AC100～250V範圍內、1～20A左右的電阻負載用交流通用繼電器中,比現有Ag－CdO系材料消耗少、體積小而且壽命長。本發明的Ni金屬粒子分散型Ag－Ni系合金開關觸點材料用於通過機械性開關操作進行電氣開關的開關部分,將3.1～20.0重量%的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當於0.01～0.50重量%Li的Li
文檔編號C22C1/04GK1386138SQ01802091
公開日2002年12月18日 申請日期2001年7月18日 優先權日2000年7月21日
發明者坂口理, 種市健吾, 山本俊哉 申請人:田中貴金屬工業株式會社