Brevet FR2525023A1 — publié le 19831014

Matériau composite utilisable comme demi-produit pour une pièce de contact électrique et procédé de fabrication de celui-ci. L'invention concerne un matériau composite utilisable comme demi-produit pour une pièce de contact électrique,contenant un arrangement de couches oxydées intérieurement liées par formage à chaud, chaque couche ayant à l'état initial une épaisseur inférieure à 2 mm. Un procédé avantageux pour la fabrication de ce matériau composite est en outre indiqué. On connait, par la Demande de Brevet allemand 25 30 704, un matériau composite utilisable comme demi-produit pour des pièces de contact électrique ,formé d'une composition argent-oxyde métallique oxydée intérieurement, assemblée par laminage à une couche support apte au brasage,et contenant au moins trois tôles entièrement oxydées assemblées par laminage, chacune de ces tôles individuelles ayant à l'état initial une épaisseur inférieure à 2 mm. On peut fabriquer de cette façon un demi-produit stratifié pour pièces de contact électrique de toute épaisseur souhaitée avec une répartition quasi-homogène de la composition araent-o > cyde métallique. L'examen en coupe montre une structure laminaire avec une faible variation périodique de la taille des particules.Ce matériau composite multi-couches contient, comme coeiposition arcrent-oyv.- de métallique oxyde intérieurement,une camposition arqent-oxvde de cadmium. La cocPosition arcrent-oxvde de cadmium a trouvé la diffusion la plus large dans les matériaux de contacts. Elle est utilisée à une grande échelle pour la fabrication de contacts résistant à l'usure et à l'oxydation jusqu'à des fortes puissances de commutation. De telles corrpositions argent-oxvdes de cadmium présentent,en plus d'une très bonne conductibilité électrique, une très faible tendance au soudage lors de la commutation. Un auto-nettoyage des surfaces de contact est en outre obtenu sous l'influence de l'arc de commutation grace à la dissociation de l'oxyde de cadmium qui intervient à environ 100015000C.Cet auto-nettoyage permet à la résistance de contact de rester basse. l'effet d'extinction d'arc de ce matériau de contact entraîne d'autres avantages quant au comportement des contacts,9n particulier à l'égard de la résistance à l'usure. En raison de l'effet toxique du cadmium qui se manifeste dans certains cas, on s'efforce d'employer des matériaux de contact exempts de cadmium. La recherche de tels matériaux utilisables alternativement se concentre sur d'autres matériaux composites argent-oxyde métallique, essentiellement argentoxyde d'étain. Cependant, ces matériaux sont pratiquement inoxydables intérieurement car par exemple, lors du traitement thermique d'un alliage argent-étain en atmosphère oxygénée se forment immédiatement des couches superficielles passivantes d'oxyde d'étain. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d'ajouter de l'indium à l'alliage argent-étain, ce qui rend l'alliage oxydable intérieurement.Cependant, il s'agit là d'un additif métallique relativement coûteux et disponible en quantités limitées, dont l'introduction comme composant d'alliage dans des matériaux de contact parait également inappropriée. D'autres éléments d'alliages possibles ne montrent pas la même efficacité. L'invention a pour but de fournir un matériau composite utilisable comme demi-produit pour des pièces de contact électrique permettant d'utiliser des alliages d'argent non toxiques et pratiquement inoxydables intérieurement et pouvant être obtenus sans additif d'alliage rares. Ce problème est résolu par le fait que le matériau composite est formé de couches alternées d'un alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement et d'un alliage d'argent oxydé intérieurement. Un tel matériau composite multi-couches peut utilement être fabriqué en forme de tôle ou encore en forme de fil. Dans le cas de la tôle, une couche support apte au brasage est en général assemblée avec le matériau composite multi-couches. Les couches pratiquement inoxydables intérieurement contiennent de préférence un alliage argent-étain ou sont entièrement constituées par cet alliage. Dans un procédé approprié pour la fabrication d'un matériau composite en forme de tôle, on superpose, après un nettoyage de surface, au moins une tôle de moins de 2 mm d'épaisseur d'un alliage d'argent oxydé intérieurement et une tôle de moins de 2 mm d'épaisseur d'un alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement, on les assemble le cas échéant par laminage en un demi-produit avec la couche support apte au brasage et on soumet le demi-produit à un traitement thermique en atmosphère oxygénée jusqu'à formation dans toutes les couches d'un matériau composite multi-couches oxydé intérieurement.Un procédé avantageux pour la fabrication du matériau composite en forme de fil peut être exécuté de la façon suivante : l'arrangement en couches est formé par enroulement de bandes d'un alliage d'argent oxydé intérieurement et d'un alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement, et est ensuite façonné en demi-produit par filage à chaud et le demi-produit est soumis à un traitement thermique en atmosphère oxygénée jusqu'à formation d'un matériau composite multi-couches- oxydé intérieurement dans toutes les couches. L'état actuel des recherches ne permet pas de donner une explication certaine du fait que la superposition d'alliages d'argent partiellement ou complètement oxydés intérieurement et d'alliages d'argent pratiquement inoxydables intérieurement, suivie du traitement oxydant, conduit à un matériau composite multi-couches oxydé intérieurement dans toutes les couches. On peut supposer que les atomes métalliques alliés des alliages pratiquement inoxydables intérieurement diffusent dans les couches déjà oxydées intérieurement de l'alliage argent-métal oxydé intérieurement et se fixent sur les particules d'oxyde métallique en formant des oxydes mixtes complexes.Cette explication parait surtout valable quand les atomes alliés de l'alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement ont une affinité pour l'oxygène plus élevée que les atomes métalliques alliés de l'alliage d'argent déjà complètement ou dans une large mesure oxydé intérieurement. Pour la fabrication du matériau composite en forme de tôle, le laminage peut avantageusement être réalisé à chaud à une température supérieure à 6000C. Pour le filage à chaud dans la fabrication d'un matériau composite en forme de fil, l'utilisation d'une température supérieure à 5000C semble appropriée. Le traitement thermique mentionné ci-dessus pour l'oxydation intérieure de l'alliage d'argent oxydable intérieurement peut avantageusement être réalisé à une température de 8000C pendant 24 heures. La température et la durée peuvent, dans une certaine mesure, varier en sens inverse, une température plus basse correspondant à une durée de traitement sensiblement accrue. Ceci vaut également pour le traitement thermique final du demi-produit en atmosphère oxygénée pour obtenir le matériau composite oxydé intérieurement dans toutes les couches. Le nombre de couches du matériau composite en forme de tôle ou de fil peut avantageusement être choisi supérieur à 10. En utilisant comme produit de départ des matériaux déjà stratifiés du type décrit au début, on peut obtenir des matériaux composites multi-couches dont le nombre de couches est pratiquement illimité. Une nouvelle gamme de matériaux de contact avantageux est mise à jour grâce aux caractéristiques de l'invention. Exemple 1 50 tôles d'un alliage argent-étain à 8% en poids d'étain de dimensions 0,5 x 130 x 250 mm ont été arrangées en un paquet de tôles en alternance avec 50 tôles de mêmes dimensions d'un alliage argent-cuivre à 8% en poids de cuivre entièrement oxydé intérieurement et soudées ensemble par laminage à chaud à 8000C avec une tôle support d'argent fin comme couche support apte au brasage. La tôle composite ainsi obtenue a été façonnée par laminage à froid avec des recuits intermédiaires à 6000C jusqu'à une épaisseur finale de 2 mm puis oxydée intérieurement à 8000C pendant 24 heures à l'air. Il en est résulté un matériau composite multi-couches comportant 100 couches oxydées intérieurement. Exemple 2. Une bande d'un alliage argent-étain à 8% en poids d'étain de dimensions 0,3 x 200mm x 5 000 mm a été enroulée avec une bande de mêmes dimensions d'un alliage argent-cuivre à 8% en poids de cuivre oxydé intérieurement en un bloc cylindrique de 110 mm de diamètre. Ce bloc a été chauffé à 8000C et filé indirectement à un diamètre de 5 mm. Le fil ainsi obtenu a été tréfilé à froid jusqu'à une dimension finale de 3 mm de diamètre, puis oxydé intérieurement à 8000C pendant 24 heures.à l'air. Il en est résulté un fil composite multicouches comportant 100 couches disposées en spirale. Des vues en coupe agrandies de matériauxcompositesselon l'invention sont représentées schématiquement dans le dessin la figure 1 est une vue isométrique d'un matériau composite en forme de tôle; la figure 2 est une coupe transversale d'un matériau composite en forme de fil. On voit à la figure 1 des tôles empilées alternativement d'un alliage d'argent 1 pratiquement inoxydable intérieurement et d'un alliage d'argent 2 oxydé intérieurement. Une couche support 3 apte au brasage est assemblée au paquet de tôles. Dans le fil obtenu selon la figure 2, une bande 4 d'un alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement est enroulée avec une bande 5 d'un alliage d'argent oxydé intérieurement. Revendications. 1. Matériau composite utilisable comme demi-produit pour une pièce de contact électrique, contenant un arrangement de couches oxydées intérieurement liées par formage à chaud, chaque couche ayant à l'état initial une épaisseur inférieure à 2 mm, caractérisé en ce qu'il est formé de couches alternees d'un alliage d'argent pratiquement inoxvdable inté- rieurement (1) et d'un alliage d'argent oxydé intérieurement (2). 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est façonné en forme de tôle avec une couche support (3) apte au brasage. 3. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est façonné en forme de fil. 4. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches pratiquement inoxydables intérieurement contiennent un alliage argent-étain. 5. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on superpose,après un nettoyage de surface, au moins une tôle de moins de 2 mm d'épaisseur d'un alliage d'argent oxydé intérieurement et une tôle de moins de 2 mm d'épaisseur d'un alliage d'argent, qu'on les assemble par laminage en un demi-produit avec la couche support apte au brasage et qu'on soumet le demiproduit à un traitement thermique en atmosphère oxygénée jusqu'à formation d'un matériau composite multi-couches oxydé intérieurement dans toutes les couches. 6. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arrangement en couches est formé par enroulement de bandes d'un alliage d'argent oxydé intérieurement et d'un alliage d'argent pratiquement inoxydable intérieurement et est ensuite façonné en demi produit par filage à chaud, et que le demi-produit est soumis à un traitement thermique en atmosphère oxygénée jusqu'à formation d'un matériau composite multi-couch.es oxydé intérieurement dans toutes les couches. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le matériau de départ comportant l'alliage d'argent oxydable intérieurement n'est que partiellement oxydé intérieurement avant l'arrangement en couches. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le laminage est réalisé à chaud à une température supérieure à 6000C. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filage à chaud est réalisé à une température supérieure à 5000C. 10. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le traitement thermique pour l'oxydation intérieure de l'alliage d'argent oxydable intérieurement est réalisé à une température de 8000C pendant 24 heures. 11. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le nombre de couches alternées est supérieur à 10. 12. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'alliage d'argent sratiauement inoxydable intérieurement est un alliage argent-étain.