Brevet FR2253261A1 — publié le 19750627

L'invention-, due à Find Rotvel et Niels Lervad Andersen, est relative à un matériau pour contacts électriques, destiné à remplacer l'argent et autres sortes dallages qui sont utilisés habituellement dans les appareils électriques, tels que les contacteurs et appareils de coupure analogues, qui sont soumis à des courants intenses et exposés ainsi à la création d'arcs électriques Le problème posé par de tels contacts est qu'ils risquent d'être le siège d'arcs électriques, pouvant entraîner leur soudage et des phénomènes analogues.On sait également réaliser des alliages contenant un matériau très réfractaire ; par exemple le brevet américain n" 3.166.660 décrit notamment l'utilisation de carbure de tungstène préparé sous la forme d'une masse poreuse imprégnée d'argent. L'invention a pour but de fournir un contact bon marché, d'une grande résistance au soudage et peu sujet à l'oxydation, ainsi qu'un procédé pour la fabrication de tels contacts. Un contact électrique se compose normalement d'une masse de matériau conducteur de ltélectricité présentant une surface de contact. Le contact conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'au moins la surface extérieure du contact est recouverte d'une couche de carbures et/ou de nitrures de métaux de transition ou est constituée de tels carbures ou nitrures. On obtient ainsi la possibilité, lorsque la surface extérieure du contact est constituée par des carbures ou des nitrures de métaux de transition, d'utiliser une épaisseur relativement faible de matériaux qui se distinguent par leur point de fusion élevé et par leur absence de tendance au soudage des contacts. L'invention est caractérisée d'autre part en ce que la surface extérieure du contact est constituée essentiellement par des mélanges de carbures de métaux de transisiton et/ou par des mélanges de nitrures de métaux de transition. A cet effet, il peut être avantageux d'utiliser des mélanges aussi bien de carbures que de nitrures de métaux de transition et de pouvoir ainsi obtenir par exemple diverses conductibilités, en mettant à profit les propriétés éventuellement différentes des divers carbures ou nitrures de matériaux de transition. Conformément à l'invention, les carbures et/ou nitrures de métaux de transition dont l'utilisation est préférentielle sont ceux qui présentent un point de fusion élevé et une bonne conductibilité électrique. On est assuré ainsi que la résistance au soudage est aussi élevée que possible, tandis qu'en même temps la résistance transitoire est aussi faible que possible. Conformément à l'invention, ces matériaux peuvent être à base de titane (Ti), de tungstène (W), de niobium (Nb), de tantale(Ta) et de hafnium (Hf). Selon un mode de réalisation particulièrement économique de l'invention, le matériau conducteur constituant la masse du contact électrique, qui porte la couche de carbures et/ou de nitrures de métaux de transition, n'est pas un métal précieux. La majeure partie des contacts électriques fabriqués actuellement contient un métal précieux, tel que l'argent od un métal analogue. Conformément à l'invention, on peut disposer la couche mince sur un métal non précieux, ce qui fournit une solution économique, en comparaiXon des contacts actuels réalisés en métal précieux. Conformément à l'invention, il est avantageux que le métal non précieux présente un point de fusion élevé, supérieur à 800 C. On est assuré ainsi,, entre autres en service, que le matériau support ne fond pas et d'autre part qu'il peut résister à un traitement thermique éventuel au cours de la fabrication du contact. Un contact conforme à l'invention peut se fabriquer selon un procédé, qui est caractérisé par le fait que le matériau qui constitue la masse du contact et qui est appelé à porter la couche superficielle est disposé dans une atmosphère qui contient des halogénures de métaux de transition, du méthane et/ou de l'hydrogène avec en plus de l'azote, et que ce matériau est soumis dans cette atmosphère à une température telle qu'il se forme sur celui-ci des carbures et/ou des nitrures de métaux de transition. On obtient ainsi, au moyen d'un procédé relativement simple, au cours duquel on peut traiter en une seule fois un grand nombre de pièces, la possibilité de déposer en une seule opération des carbures et/ou des nitrures de métaux de transition et/ou des mélanges de ces deux sortes de matériaux. La température à laquelle le matériau constituant la masse de contact est soumise détermine l'épaisseur de la couche de carbures et/ou de nitrures de métaux de transition. Mais cette épaisseur dépend aussi de la durée du traitement. Il faut donc choisir convenablement la température et la durée d'application du procédé pour obtenir l'épaisseur désirée de la couche superficielle. Un autre procédé conforme à l'invention pour fabriquer des contacts électriques est caractérisé en ce que les carbures et/ou les nitrures de métaux de transition sont déposés par électrophorèse. Dans un tel procédé, on peut éventuellement utiliser, pour la masse du contact portant la couche superficielle, des matériaux à point de fusion relativement bas, qui peuvent être plus avantageux pour le dépôt de certaines sortes de carbures ou de nitrures de métaux de transition. D'autre part, il peut être avantageux, conformément à l'invention, que le contact traité par électrophorèse soit soumis ensuite à un traitement thermique à une température inférieure au point de fusion du matériau support. On obtient ainsi une couche relativement compacte et d'une meilleure résistance mécanique, car le traitement thermique améliore les propriétés du matériau. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant au dessin annexé dont la figure unique représente un contact, vu en coupe. Ce contact 1 est rivé, au moyen d'un appendice 2, à un levier porte-contact 3. Le contact comporte une masse support de contact 4 qui peut être réalisée en un métal non précieux. Cette masse support de contact comporte, au moins sur la surface extérieure de contact 5, une couche superficielle 6 qui peut aussi recouvrir la surface latérale 7 de la masse support de contact 4, bien que cela ne soit pas indispensable. La couche superficielle 6 du contact peut être constituée par des carbures de métaux de transition et éventuellement de mélanges de tels carbures, ce qui permet de mettre à profit le point de fusion élevé d'un des carbures et la meilleure conductibilité électrique de l'autre carbure. Il peut également être avantageux d'utiliser des mélanges de carbures et de nitrures, car il est très simple, dans une même opération de séparation chimique en phase vapeur, de déposer superficiellement les deux genres de matériaux. Comme matériaux, on peut utiliser notamment le carbure de titane (TiC), le nitrure de titane (TiN), le carbure de tungstèneÇwC), le carbure de niobium (NbC), le carbure de tantale et le carbure ou le nitrure d'hafnium. Il ne s'agit là que d'exemples de matériaux qui présentent un point de fusion élevé et de bonnes conductibilités électriques. Ces matériaux sont particulièrement avantageux, lorsqu'il s'agit de mélange stoechiométriques, mais il n'est pas exclu que certains déficits, relativement faibles, en carbone ou en azote puissent se produire. Un procédé avantageux pour déposer de telies couches su perficielles consiste à diriger, à 11 aide de soupapes, des gaz sur ou à travers des combinaisons solides ou liquides d'halogénures de métaux de transition et en faisant s'écouler le mélange gazeux obtenu sur les masses des contacts portées à une température appropriée, par exemple 1000 C, cette atmosphère gazeuse se décomposant et déposant des carbures et/ou des nitrures de métaux de transition sur la surface extérieure de la masse des contacts.Si les gaz amenés aux carbures de métaux de transition sont constitués par exemple par H2, N2 et CH4 purs et si les halogénures de métaux de transition sont constitués dans ce cas par TiCl4 , il se produit ainsi les réactions iC14 + 2 H2 + T N2 = TiN + 4HCl et en même temps : TiC14 + CH4 = TiC + 4HC1 Au cours de ce processus, on observe, comme on l'a mentionné précédemment, la formation d'un mélange de nitrure de titane et de carbure de titane dans la couche superficielle déposée. I1 ne s'agit là cependant que d'un exemple de mise en oeuvre d'un tel procédé. On peut ainsi, à l'aide du procédé décrit ci-dessus, pour une température de 1,000"C et une durée de traitement de 30 minutes, obtenir une couche d'une épaisseur d'environ 20 microns. Selon un autre procédé, le dépôt de la couche superficielle peut s'effectuer par électrophorèse, par exemple de la manière utilisée pour le dépôt de telles couches sur des outils de coupe en métal dur. On bénéficie dans ce cas de l'avantage de- pouvoir utiliser une masse support de contact en un matériau à bas point de fusion, tandis que dans le procédé exposé précédemment, il faut utiliser des matériaux dont le point de fusion est supérieur à la température à laquelle sont chauffées les pièces, laquelle dépend à son tour de la température choisie pour la décomposition de l'atmosphère à l'intérieur du four où se produit le dépôt de carbures ou de nitrures de métaux de transition. La qualité de la couche superficielle obtenue par électrophorèse peut éventuellement tre améliorée, en la soumettant à un traitement thermique ultérieur qui assure une meilleure liaison entre les divers carbures et/ou nitrures et le matériau support. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Matériau pour contact électrique composé d'une masse de matériau conducteur de l'électricité présentant une surface de contact, caractérisé en ce qu'au moins la surface extérieure du contact est recouverte d'une couche de carbures et/ou de nitrures de métaux de transition ou est constituée de tels carbures ou nitrures. i 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure du contact est constituée essentiel lement par des mélanges de carbures de métaux de transition et/ ou par des mélanges de nitrures de métaux de transition. 3. Matériau selon l'ùne quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les carbures ou nitrures de métaux de transition dont l'utilisation est préférentielle présentent un point de fusion élevé et une bonne conductibilité électrique. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les carbures ou nitrures de métaux de transition sont à base detitane (Ti), de tungstène (W), de niobium (Nb), de tantale (Ta) et de hafnium (Hf). 5. Matériau selon lwune quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que le matériau conducteur constituant la masse du contact électrique, qui porte la couche de carbures et/ou de nitrures de métaux de transition, n'est pas un métal précieux. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le métal non précieux présente un point de fusion élevé, supérieur à 800 C. 7. Procédé pour la fabrication d'un matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau qui constitue la masse du contact et qui est appelé à porter la couche superficielle est disposé dans une atmosphère qui contient des halogénures de métaux de transition, du méthane et/ou de l'hydrogène, avec en plus de l'azote, et que oe matériau est soumis dans cette atmosphère à une température telle qu'il se forme sur celui-ci des carbures et/ou des nitru res de métaux de transition. 8. Procédé pour la fabrication d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 3. à 6, caractérisé en ce que les carbures et/ou les nitrures de métaux de transition sont dépo sés par électrophorèse. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contact traité par électrophorèse est soumis ensuite à un traitement thermique à une température inférieure au point de fusion du matériau support.