Brevet FR2522191A1 — publié le 19830826

Matériau à base d'alliage d'argent, d'étain et de bismuth, pour contacts électriques, et contacts électriques confectionnés en un tel alliage. La présente invention concerne un matériau constitué par un alliage à base d'argent, de bismuth et d'étain, pour réaliser des contacts électriques. L'invention concerne également les contacts électriques réalisés avec un tel alliage. D'après le brevet français NO 74 20 660, on connaît un alliage de ce genre à base d'argent, d'étain et de bismuth, que l'on traite par oxydation interne. On sait qu'un alliage à base d'argent, contenant une proportion relativement élevée d'étain, proportion par exemple supérieure à 5% en poids, se prête mal à un traitement d'oxydation interne, et ne permet pas d'obtenir un matériau oxydé intérieurement qui soit acceptable pour des contacts électriques, par suite de la qualité médiocre de sa structure cristalline. Or l'invention permet d'obtenir un matériau très réfractaire oxydé intérieurement, pour réaliser des contacts électriques, à partir d'un alliage d'argent contenant plus de 5 % d'étain en poids, en incorporant du bismuth dans cet alliage.En effet, l'addition d'une faible proportion de bismuth dans un tel alliage d'étain a pour effet de retarder la croissance des grains de cristaux d'argent, si bien que les grains de cristaux d'argent restent de petite taille. Et ceci empêche les précipitations d'oxydes métalliques à l'intérieur des grains de cristaux d'argent, ces précipitations pouvant par contre se produire à l'endroit des zones-frontières qu'i entourent les grains d'argent dans l'alliage considéré. Ces phénomènes tiennent au fait que le bismuth peut former une solution solide avec l'étain à haute température, alors que la solubilité du mismuth à l'état solide est extrêmement faible avec l'étain et l'argent à basse température, et que d'autre part, la vitesse de diffusion de l'oxygène est plus elevée à l'endroit des zones frontières qui entourent les grains1 qu'à l'intérieur des grains. L'alliage argent-etain-bismuth ainsi traité par oxydation interne, est acceptable du point de vue commercial et industriel, pour réaliser des contacts électriques, sans être entièrement satisfaisant. Cet alliage présente en effet divers inconvénients, du fait des précipitations d'oxydes d'étain qui se produisent autour des zones-frontières des grains d'argent, car ces précipitations présentent une grande dureté qui contribue à rendre cet alliage fragile. En outre, ces précipitations d'oxydes d'étain sont très réfractaires(leur décomposition se produit aux alentours de 20000C), de sorte que la résistance de contact de l'alliage ne peut pas toujours être stable, ce qui entraîne parfois une érosion anormale lorsqu'on utilise cet alliage pour des pièces de contact fonctionnant avec des pressions d'appui de faible valeur. C'est pourquoi, on a proposé, dans le brevet français NO 79 20269, un alliage pour contacts électriques à base d'argent-étain-bisbuth, traité par oxydation interne, et présentant une résistance de contact beaucoup plus stable et un taux d'érosion réduit, grâce à l'addition dans cet alliage d'un métal auxiliaire, tel que le cuivre, de nature à améliorer les caractéristiques mécaniques du matériau, et notamment sa limite de résistance à la traction et son taux d'allongement. Il est un fait que l'addition de cuivre améliore la limite de résistance à la traction et le taux d'allongement des matériaux pour contacts électriques de ce genre, mais dans le cas d'un tel alliage à base d'argent, on a constaté qu'avec une teneur pondérale de 3 à 5 % d'étain, et de 0,01 à 1,0 % de bismuth, on peut obtenir une résistance de contact sensiblement stable, sans aucune addition de cuivre. On a également trouvé que, si dans un alliage d'argent contenant moins de 5% d'étain en poids on peut obtenir une oxydation interne sans addition de bismuth, une telle addition de bismuth à cet alliage peut en accélérer l'oxydation interne ; le délai nécessaire à cette oxydation devient alors environ la moitié du délai d'oxydation interne de l'alliage sans addition de bismuth, et l'alliage au bismuth présente d'une manière avantageuse une structure fine et une moindre résistance de contact. La proportion minimum d'étain prévue par l'invention est de 3 % en poids, car dans un alliage à base d'argent contenant moins de 3 % d'étain en poids, on peut obtenir une oxydation interne donnant des structures stables, même sans aucune addition de bismuth.Quant à la proportion de bismuth prévue, bien que le taux de solubilité à l'état solide de ce métal dans l'argent à haute température soit d'environ 5,1 % en poids, une proportion maximum de 1% en poids assure à l'alliage un taux d'allongement acceptable. D'autre part, la proportion minimum doit être de 0,01 % en poids, afin d'obtenir la précipitation des oxydes métalliques en solution autour des zones-frontières des grains d'argent. Ainsi, l'invention a pour objet un matériau pour contacts électriques, en un alliage à base d'argent contenant de 3% à 5% d'étain en poids, et de 0,01% , 1,0% de bismuth en poids, cet alliage ayant subi un traitement d'oxydation interne. Pour éviter la formation de fissures dans la structure de l'alliage, comme cela peut sé produire quelquefois au cours d'un traitement d'oxydation interne, on peut avantageusement inclure dans l'alliage conforme à l'invention une proportion inférieure à 0,5% en poids d'un ou plusieurs éléments de la famille du fer. La proportion maximum de ces éléments est de 0,5% en poids, car cette proportion correspond à leur limite de solubilité à l'état solide dans l'argent à haute température.Si par contre, on ajoute dans l'alliage ces éléments de la famille du fer en une proportion inférieure à 0,01 % en poids1 on obtient un effet insuffisant quant à la vitesse de recristallisation de cet alliage. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un exemple d'application, présenté ci-après à titre non limitatif. Exemple On prépare les alliages à base d'argent ci-après, ayant chacun les teneurs pondérales indiquées pour les autres éléments (l) Alliage d'argent à 3 % d'étain. (2) Alliage d'argent,à 3% d'étain et 0,1% de bismuth. (3) Alliage d'argent, à 3% d'étain, 0,1% de bismuth et 0,01% de fer. Par forgeage et laminage de ces alliages, on façonne des plaques de 0,4 mm d'épaisseur, que l'on soumet à un traitement d'oxydation interne, sous atmosphère d' 2 et à la température de 650 C. La durée nécessaire pour réaliser cette oxydation interne est de 48 heures pour l'alliage (1), qui correspond à un alliage connu, alors que la durée nécessaire pour l'oxydation est seulement de 30 heures pour chacun des deux alliages (2) et (3), conformes à la présente invention Par découpage à la presse, on confectionne des pastilles de contact de 4 mm de diamètre à partir des plaques constituées par les trois alliages et on applique sur ces pastilles de contact un revêtement d'argent de 0,1 mm d'épaisseur. On procède à une épreuve de résistance de contact, sous une tension alternative de 200 V, et avec une intensité de 10 A, en effectuant chaque mise en contact sous un effort d'appui de 400 g, et chaque séparation sous un effort d'écartement de 600 g, à raison de 20 manoeuvres pour chaque pastille . Le tableau ci-après donne, pour chacun des trois alliages (1), (2) et (3), la valeur moyenne et la valeur maximum de la résistance de contact ainsi trouvées dans cette épreuve. Résistance de contact (m1) Valeur moyenne Valeur maximu Alliage (1) 1, 1 2,8 Alliage (2) 0,8 1,4 Alliage (3) 0,78 1,4 Ces résultats montrent que les matériaux pour contacts électriques conformes à la présente invention demandent un traitement d'oxydation interne relativement plus court, ce qui permet donc une production plus rapide et moins onéreuse. En outre, ces contacts présentent une résistance de contact plus faible, grâce à la finesse et à la régularité de leur structure oxydée. REVENDICATIONS 1 - Matériau pour contacts électriques, caractérisé en ce qu'il est constitué par un alliage d'argent renfermant de 3% à 5% d'étain en poids, et de 0,01% à 1,04o de bismuth en poids, et en ce que cet alliage a subi un traitement d'oxydation interne. 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage à base d'argent comporte en outre une dose pondérale de 0,01% à 0,5% d'au moins l'un des éléments de la famille du fer. 3 - Contact électrique, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau conforme à l'une des revendications 1 ou 2.