Brevet FR2283536A1 — publié le 19760326

La présente invention a pour objet une matière pour contact électriques élaborée à partir d'une substance de base pour contacts de relativement grande dureté mécanique appartenant au groupe connu sous la désignation de substances réfractaires pour contacts (par exemple : tungstène, molybdène, platine, iridium, palladium, rhodium, rhénium. Lesdites substances réfractaires pour contacts (à point de fusion élevé) se distinguent par leur résistance aux contraintes thermiques relativement élevées qui se produisent lors des décharges gazeuses et des phénomènes d'effluves ou d'amorçage d'arcs qui en résultent, et elles réduisent de c fait de façon appréciable l'arrachement ou le transport de matière particulièrement nuisible pour la tenue des contacts, en sorte que l'on donne la préférence à de telles substances réfractaires partout où il y a lieu de s'attendre à la production d'arcs, ainsi que cela est notanment le cas dans les manoeuvres de commutation sur des circuits de caractère inductif ou capacitif. Toutes les substances réfractaires pour contacts actuellement connues présentent toutefois une dureté mécanique relativement élevée.Ceci représente, d'une part, une propriété en soi désirable, du fait qu'un organe de contact constitué à partir d'une telle substance possède une robustesse mécanique aussi élevée que souhaitable, et autorise en outre l'application d'une pression de contact importante tout pareillement sou habitable. Un inconvénient tient toutefois à la fragilité de ces substances pour contacts, corrolaire de leur dureté mécanique, ceci aussi bien du point de vua de la durée de vie que des propriétés électriques d'un contact électrique de manoeuvre constitué au moyen de telles substances pour contacts.Cet inconvénient se traduit par une réduction de la durée de vie dde au fait que sur la surface assurant le contact et sous l'effet du rebondissement des contacts qui se produit lors des manoeuvres se détachent des particules de la substance cassante pour contacts, lesquelles s'incrustent dans la surface de contact , que d'autres particules. de plus en plus nombreuses s' arrachent lors des manoeuvres ultérieures et se trouvent finalement présentes en quantité telle que finit par se produire un effet dit d'avalanche entraSnant une destruction totale de la surface de contact .Cet effet se produit tout particulièrs- ment dans las manoeuvres dites "à sec", clest-à-dire lors de l'ac tionnement d'un contact électrique de manoeuvre en l'absence de courant. La dégradation précitée des propriétés électriques trouve d'autre part son explication dans l'rnsuffisance de déformabilité plastique de la substance pour contact elle-mme due à sa fragilité. D'après des résultats de recherche récents dans le domaine du comportement des contacts électriques avec recours aux méthodes les plus modernes d'essais telles que la réflexion optique, les méthodes d'mpression par microscope électroniqu2, stuc, il ré soulte en effet aune, s 'écartant en cela de la théorie classique de Holm jusqu'ici et depuis longtemps admise concernant les relations entre la "résistance étroits' la rés;;stivité de la substance employée pour la réalisation des contacts, les facteurs mécaniques tels en particulier que l'élasticité de l'organe de contact, que la force de contact, etc, on doit en premier lieu partir de la topographie des surfaces métalliques assurant le contact et prendre en considération beaucoup plus qu'il nta été fait jusqu'ici les propriétés de la matière et en particulier le durcissement de la substance pour contacts qui se produit ainsi que la réaction qui en résulte lors de la déformation de la substance pour contacts.De ces récents résultats de recherche, il ressort finalement et de façon impérative la nécessité d'obtenir une suffisante ductilité, c'st-à-dirz encore une déformabilité plastiques de la substance pour contacts suffisante pour garantir à chaque instant une application en trois points avec une pression superficielle spécifique aussi élevée que possible. La présente invention se donne pour but de remédier aux inconvénients précités concernant la réduction de la durée de vie par suite de l'arrachement de particules incrustantes de la substance pour contacts ainsi que la dégradation de la résistance superficielle de contact par suite d'une insuffisance de déformabilité plastique de la substance pour contacts, et de proposer une matière pour contacts électriques qui conserve simultanément les avantages de la substance de base pour contacts réfractaire et mécaniquement robuste. Ce but est atteint, conformément à l'invention, gracie au fait qu'à la substance de base et au moins dans la région de sa surface qui assure le contact- est ajouté, an liaison atomique avec elle, un certain pourcentage d'un métal de contact qui par suite d'effets connus au niveau de la structure ou des liaisons réticulaires des cristaux de la substance de base accroft la ductilité de cette dernières et/ou s'oppose à ce que celle-ci soit rendue cassante par la pénétration de matières étrangères nuis il bles au réseau cristallin. Une matière pour contacts électriques réalisée selon l'enseignement de la présente invention possède pratiquement la totalité des avantages des substances pour contacts dites réfractaires susmentionnées, mais présente en outre une ductilité accrue, qui, d'une part, exclut largement le risque de détachement de particules de matière au niveau de la surface du contact, et qui, d'autre part, garantit simultanément une faible et constante résistance superficielle de contact. En outre, la matière pour contacts électriques ainsi constituée est largement protégée dans sa structure intime contre la pénétration de matières étrangères qui tendent à rendre cassante la matière pour contacts et pourraient de ce fait compromettre la ductilité accrue recherchée tant pour des raisons mécaniques qu'électriques.Cette dernière protection prend toute sa valeur lors de l'emploi de la matière pour contacts à la réalisation de contacts électriques fonctionnant sous gaz protecteur qui sont de plus en plus employés dans l'état actuel de la technique, c'est-à-dire des contacts électriques de manoeuvre dont le mécanisme fonctionne à l'intérieur d'un carter étanche et empli d'un gaz inerte, car il peut sty trouver de façon sans doute indésirable mais souvent difficile à empocher en pratique au moins des traces de gaz nuisibles tels que l'oyygène, l'azote, et éventuellement de minimes quantités de carbone. Pour autant que les interdépendances non encore entièrement étudiées et que les actions de métaux étrangers sur la structure réticulaire cristalline d'une substance de base métallique pour contacts autorise une explication en harmonie avec la littérature spécialisée, l'accroissement de ductilité ainsi que la protection contre la pénétration de matières étrangères nuisibles au réseau dont bénéficie la matière pour contacts selon la présente invention trouvent leur explication dans le fait que le métal de contact ajouté à la substance de base pour contacts électriques occupe des lacunes de la structure réticulaire et renforce ainsi les liaisons cristallines et/ou étend leur réseau, en sorte que les particules atomiques gagnent une mobilité accrue et que fina lement les lacunes du réseau de la substance de base pour contacts électriques qui sont occupées par le métal de contact d'apport s'opposent à la pénétration de matières étrangères nuisibles au réseau cristallin telles que des gaz, du carbone, etc. Pour la réalisation pratique de l'invention, on a considéré jusqu'à présent et de façon prioritaire le métal molybdène (Mo) en tant que substance de base pour contacts, ceci du fait que cette substance de base trouve une très large application dans le domaine ici considéré comme préférentiel des contacts de manoeuvre électriques pour télécommunications en raison de ses bonnes propriétés techniques ainsi que de son prix de revient modéré. Partant de ce métal molybdène en tant que substance de base pour contacts électriques, plusieurs formes de réalisation de l'objet de llinven- tion se sont révélées particulièrement efficientes dans leur mode de fonctionnement.C'est ainsi, par exemple, qu'une forme de réalisation de l'invention prévoit que soit ajoutée à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène une proportion pouvant atteindre 40 % en poids atomique de rhénium (Rhe). Une autre forme de réalisation de l'invention prévoit qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène soit ajoutée une proportion de 0,026 % en poids atomique d'aluminium (AI). Une autre forme encore de réalisation de l'invention prévoit qu' la substance de base réfractaire constituée par le molybdène soit ajoutée une proportion de 0,15 Z en poids atomique de cérium (Ce). Une autre forme encore de réalisation de l'objet de l'invention prévoit qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène soit ajoutée une proportion de 0,5 % en poids atomique de vanadium (V). Dans toutes les formes de-réalisation précitées de l'objet de l'invention, on peut admettre en certitude d'après les résultats jusqu'à présent obtenus que l'accroissement recherché et effectivement atteint de la ductilité résulte bien de l'occupation susmentionnée des lacunes de la structure réticulaire de la substance de base pour contacts. On obtient par contre une extension également sus nommée du réseau cristallin av3c pour résultats une mobilité accrue des particules atomiques et finalement une meilleure ductilité lorsque, selon une autre forme de réalisation de l'invention, sont ajoutés à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène, soit le métal zirconium (Zr), soit, selon une variante de réalisation de l'invention, le métal hafnium (Hf) en tant que métal de contact. Un autre développement de l'objet de l'invention prévoit qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène soit ajouté un métal de contact composé d'au moins deux des métaux précités, De cette manière peuvent être obtenus aussi bien un renforcement des liaisons cristallines par l'occupation de leurs éventuelles lacunes par le métal de contact qutune exten- sion simultanée du réseau cristallin. an ce qui concerne le mode de jonction de la substance de base réfractaire avec le métal de contact, s'offrent plusieurs alternatives de natures en en alles-mXmes connues. C'est ainsi, par exemple, que selon une forme de réalisation de l'invention la matière pour contacts électriques peut être constituée par un alliage obtenu par fusion de la substance d base réfractaire et du métal de contact. Selon une autre forma de réalisation de l'invention, toutefois, le métal da contact peut autre ajouté à la substance de base réfractaire par pulvérisation électrostatiqu et thermique. talon une autre forme encore de réalisation de l'objet de l'invention, le métal de contact peut autre ajouté à la substance de base réfractaire par diffusion. Il resterait encore dans le cadre de l'invention de prévoir la réalisation de la matière pour contacts électrique en ajoutant be métal de contact à la substance de base réfractaire par vaporisation. R t V t N D I C A T I O N S 1. Matière pour contacts électriques élaborée à partir d'une substance de base pour contacts de relativement grande dureté mécanique appartenant au groupe connu sous la désignation de substances réfractaires pour contacts (par exemple : tungstène, molybdène, platin, iridium, palladium, rhodium, rhénium', caractériséepar le fait qu'à la substance de base et au moins dans la région de sa surface qui assure la contact est ajouté, en liaison atomique avec elle, un certain pourcentage d'un métal de contact qui par suite d'effets connus au niveau de la structure ou des liaisons réticulaires des cristaux de la substance de base accroft la ductilité de cette dernière et/ou s'oppose d ce que celle-ci soit rendue cassante par la pénétration de matlèrns étrangères nuisibles au réscau cristallin, 2. Matière selon la revendication 1 et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mo), caractérisée par le fait qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène est ajoutée une proportion allant jusqu'à 40 % en poids atomique de rhénium (Rhe). 3. Matière selon la revendication 1 et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mo), caractérisée par le fait qu'à la substance de base réfractaire constituée par 12 molybdène est ajoutée une proportion de 0,026 7 en poids atomique d'aluminium (Al). 4. Matière selon la revendication 1 et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mo), caractérisée par le fait qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène est ajoutée une proportion de 0,15 % en poids atomique de cérium (Ce). 5. Matière selon la revendication 1 et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mto > , caractérisée par le fait qu'à la substance de base ré fractaire constituée par le molybdène est ajoutée une proportion de 0,5 % en poids de vanadium CV). 6. Matière selon la revendication 1 et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le mobybdène (Mo), caractérisée par le fait qutà la substance de base ré réfractaire constituée par le molybdène est ajouté comme métal de contact le zirconium (Zr). 7. Matière selon la revendication 1, et élaborée à partir d'une substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mo), caractérisée par le fait qu'à la substance de base réfractaire constituée par le molybdène est ajouté comme métal de contact le hafnium (Hf). 8. Matière selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée par le fait qu'd la substance de base réfractaire constituée par le molybdène (Mo) est ajouté un métal de contact composé d'au moins deux des métaux précités. 9. Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que cette matière est constituée par un alliage obtenu par fusion de la substance de base réfractaire et du métal de contact. 10. Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéribéepar le fait que le métal de contact est ajouté à la substance de base réfractaire par pulvérisation électrostatique et thermique. 11. Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le métal de contact est ajouté à la substance de base réfractaire par diffusion. 12. Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisee par le fait que le métal de contact est ajouté à la substance de base réfractaire par vaporisation.