CONTACT MEMBER AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE

Abstract: 1. A contact member having at least two contact layers which are electrodeposited one above another on a carrier material which is preferably ferro-magnetic, the outer layer of said contact member consisting of rhodium and the underlying second layer of a precious metal, characterised in that the rhodium layer has a thickness of between 0.2 mu m and 2 mu m and the underlying layer of precious metal consists of silver.

Description: Kontaktelement und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktelement, welches auf einem vorzugsweise ferromagnetischem Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die äussere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zweite Schicht aus einem Edelmetall besteht. Ausserdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Kontaktelemente. Bei Mehrschichtkontakten für Relais und dergleichen ist es bekannt, die eigentliche Kontaktschicht aus Gold oder einer Goldlegierung zu fertigen und diese dann zur Verminderung der Kaltschweissneigung mit einer dünnen Rhodiumschicht zu überziehen ("Elektronik" 15/1981, Seite 58/59). Um durch die Rhodiumschicht den Kontaktwiderstand nicht allzu sehr zu erhöhen, wird diese Schutzschicht kleiner 1 m, meist in der grössenordnung von 0,1 m Dicke gewahlt. Die bisher bekannten rhodinierten Gold oder Goldlegierungsschichten zeigen zwar in den meisten Anwendungsfällen befriedigende Ergebnisse, bezüglich des Kon taktwiderstandes und der Kaltschweissneigung, aber auch wegen der Kosten sind Verbesserungen wünschenswert. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kontaktelement mit einer Edelmetall-Kontaktschicht und einem Rhodiumuberzug zu schaffen, welches auch bei hohen Schaltzahlen einen geringen Kontaktwiderstand beibehält und nicht zum Kalt- schweissen neigt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Edelmetallschfcht aus Silber besteht und die Rhodium Schutzschicht eine Dicke zwischen 0,2 m und 2 e besitzt. Die erfindungsgemäB mit Silber beschichteten und hauchrhodinierten Kontaktelemente neigen auch nach langer Lebensdauer noch nicht zum Kaltschweissen bzw. Kleben und behalten dabei einen weitgehend konstant niedrigen Kontaktwiderstand bei. Überraschendierweise ist der Kontaktwiderstand sogar konstanter als bei entsprechend hauchrhodinierten Kontaktschichten aus Gold oder Goldlegierungen. Darüber hinaus haben die erfindungsgemässen Kontakte die zusätzlichen Vorteile, die sich aus der Verwendung des Kontaktmaterials Silber ergeben. So ist Silber wesentlich billiger als Gold und als Kontaktwerkstoff auch belastbarer. Bis zu einer Schichtdicke von etwa 2 m Rhodium sind rhodinierte Silberontakte.niederohmiger als reine Rhodiumkontakte. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen bei einer Rhodiumschichtdicke zwischen 0,3 m und 1 pm. Die Dicke der Silberschicht beträgt zweckmässigerweise zwischen 1 und 10 m, vorzugsweise 2 bis 5 P . Unterhalb der Silberschicht wird zweckmä ssigerweise eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 2 bis 4 m und darunter gegebenenfalls noch eine Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 vorgesehen, um eine Diffusionssperre zwischen dem vorzugsweise ferromagnetischen Trägermaterial und der Silber-Kontaktschicht zu erzielen. Nachfolgend werden anhand der Tabellen 1 und 2 einige Versuchsergebnisse dargestellt, die einen Vergleich zwischen den erfindungsgemässen rhodinierten Silberschichten von Relaiskontakten und entsprechend rhodinierten Goldkobaltschichten hinsichtlich ihres Kontaktwiderstandes und ihrer Slebneigung zeigen. In Tabelle 1 ist die Entwicklung des Kontaktwiderstandes bei den verschiedenen Kontaktschichten gezeigt: Tabelle 1 (3 Versuche mit je 25 Relais) EMI3.1 <tb> Versuchs- <SEP> Kontaktwerkstoff <SEP> Kontaktwiderstand <tb> Nr. <SEP> (Dauerversuch <SEP> ohne <SEP> Last) <tb> <SEP> 50 <SEP> %-Wert <SEP> erste <SEP> spora <tb> <SEP> (m#) <SEP> <SEP> dische <SEP> Über <tb> <SEP> bis <SEP> 108 <SEP> schreitungen <tb> <SEP> Schaltspiele <SEP> von <SEP> 50 <SEP> m# <SEP> ab <tb> <SEP> Schaltzahl <tb> <SEP> 1 <SEP> AuCo/0,1 <SEP> ... <SEP> 0,2 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> < 40 <SEP> 5.106 <tb> <SEP> 2 <SEP> AUCo/0,5 <SEP> ... <SEP> 1 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> < 30 <SEP> 105 <tb> <SEP> 3 <SEP> Ag <SEP> /0,4 <SEP> ... <SEP> 0,6 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> < 35 <SEP> keine <SEP> Über <tb> <SEP> 5 <SEP> chreitungen <SEP> <tb> <SEP> bis <SEP> 108 <tb> <SEP> Schaltspiele <tb> Im Neuzustand lagen die Kontaktwiederstände aller Schichten, also sowohl der rhodinierten Silberschichten als auch der rhodinierten Gold-Kobaltschichten unter 40 m#. . Die rhodinierten Silberschichten blieben mit ihrem Kontaktwiderstand bis zum Ende der Messung bei 108 Schaltspielen immer unter 50 m#, während bei den Gold Kobaltschichten dieser Wert ab i05 Schaltspielen sporadisch überschritten wurde. Tabelle 2 EMI4.1 Versuchs- <SEP> Kontaktwerkstoff <SEP> Klebneigung <tb> Nr. <SEP> Neu- <SEP> Dauerversuch <SEP> chne <tb> zustand <SEP> Last <SEP> (je <SEP> 25 <SEP> Relais) <tb> <SEP> (je <SEP> 80 <SEP> zusätzl. <SEP> Zahl <SEP> der <tb> <SEP> Relais) <SEP> Klber <SEP> Kleber <tb> <SEP> Zahl <SEP> ab <SEP> (bis <SEP> Ver <SEP> der <SEP> Schalt- <SEP> suchsende) <tb> <SEP> Klber <SEP> zahl <tb> ---------------------------------------------------------------------- <SEP> 1 <SEP> AuCo/0,1...0,2 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> 1 <SEP> 2,5-106 <SEP> 15 <tb> <SEP> 2 <SEP> AuCo/0,5...1 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> 0 <SEP> 3,5-107 <SEP> 3 <tb> <SEP> 3 <SEP> Ag <SEP> /0,4...0,6 <SEP> m <SEP> Rh <SEP> 0 <SEP> keine <SEP> 0 <tb> <SEP> Kleber <tb> Zur Untersuchung der Klebneigung (Kaltschweissnmigung) wurden die gleichen Chargen wie in Tabelle 1 verwendet In der Tabelle ist in der zweiten Spalte der Jeweils verwendete Kontaktwerkstoff und in der dritten Spalte die Zahl der klebenden Kontakte im Neuzustand dargestellt. Für die Messung wurde der Begriff "Kleber" bzw. klebender Kontakt" so definiert, dass der Ansprechwert des Relais beim ersten Ansprechen gegenüber dem normalen Betrieb um 15 % oder mehr überhöht ist. Aus Tabelle 2 ergibt sich, dass die hauchrhodinierten Silberschichten im Neuzustand bei keinem einzigen Kontakt Klebneigung eigten, während dies bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschicnten bei einem Relais der Fall war. Bei den hauchrhodinierten Silberschichten trat bis zum Versuchsende nach 108 Schaltspielen kein Kleben auf, während bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschichten über 2,5.106 Schaltspielen - insbesondere bei geringer Rhodiumschichtdicke - verstärkt Kontaktkleben festgestellt wurde. Insgesamt zeigt sich aufgrund der Versuchsergebnisse, dass die erfindungsgernässen hauchrhodinierten Silberkontaktschichten, auch bei hohen Schaltspielzahlen sowohl konstant niedrige Ubergangswiderstände als auch eine äusserst geringe Klebneignng im Vergleich zu den untersuchten Gold-Kobaltschichten zeigen. Für das Aufbringen der Silberkontaktschicht wird zweck mässigerweise ein Elektrolyt verwendet, der weitgehend frei von Glanzzusätzen und Netzmitteln ist und vorteilhafterweise in Schwallgalvaniktechnik abgeschieden wird. Die Rhodiumschicht, die zweckmässigerweise einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt, wird dagegen vorteihafterweise in Spritzgalvaniktechnik ("Jet-Plating") erzeugt Dadurch lässt sich. die Schichtdicke der Schutzschicht besonders genau erzielen. Von Vorteil ist es ausserdem, das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten zu tempern. 9 Patentansprüche

Claims: 'Patentansprüche t. Kontaktelement, welches auf einem vorzugsweise ferro -magnetischem Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die' aussere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zw,eit,e'Schicht aus einem Edelmetall besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,2 m und 2 m besitzt und die darun ter liegende Edelmetallschicht aus Silber besteht. 2. Kontaktelement nach Anspruch 1,.d a dur c h g e k e n n z e i c h ne t , dass die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,5 und 1 um besitzt. 3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2,. d a d u r c h g e k-e n n z e i c h n e t , dass die Rhodiumschicht einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt. 4. Kontaktelement nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Silberschicht eine Dicke von 1 bis 10 zum , vorzugsweise 2 bis :/nn besitzt. 5.-. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r. c h g e k e n n z e i c h n e t , dass unterhalb der Silberschicht eine Nickelschicht mit einer Dicke von 2 bis 4 m liegt. 6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u rfc h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Trägermaterial und der Edelmetallschicht eine zusätz liche Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 m vorge sehen ist. 7. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t dass auf das gegebenenfalls mit Kupfer und/oder Nickel beschichtete Trägermaterial nacheinander die Silberschicht in Bad- oder Schwaligalvaniktechnik und dann die Rhodiumschicht in Spritzgalvaniktechnik aufgebracht wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für das Aufbringen der Silberschicht ein besonders reiner Elektrolyt, der weitgehend frei von Glanzzusätzen und Netzmitteln ist, verwendet wird. 9 Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten getempert wird.

Inventors: ALBERT, CORNELIA, DIPL.-PHYS., RAUTERBERG, ULF, DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H01H1
IPC codes: H01H1, H01H11