專利名稱：帶有賤金屬耐腐蝕層的由鎢制成的接觸件的制作方法
在所有高熔點金屬中，考慮到快速的一系列開關動作以及隨之而來的火花產(chǎn)生，鎢由于其良好的耐燒損性被選用作電機式開關設備中的接觸鍍層。假定接觸力足夠高、且提供了最小的開關電壓，則在各種開關設備中，如在汽車分斷器、汽車喇叭和繼電器中，使用鎢制成的接觸件不會有問題。所述接觸件通常作為鉚釘來制造，其包含鎢層作為接觸鍍層，被焊接到由軟鐵或銅制成的鉚釘狀的載體上。
但鎢并非貴金屬。當在空氣中進行開關動作時，在表面上會形成氧化覆蓋層。人們已知在鎢制成的接觸件上會形成腐蝕的問題已經(jīng)超過50年了，在不利的開關動作條件下，這種腐蝕會影響鎢作為接觸材料的通用性。在干燥的空氣中、以及在炎熱的環(huán)境(沙漠氣候)下，用鎢制成的接觸件能夠長時間地保持不受侵蝕、并保持完整的功能性。但如果環(huán)境很潮濕(熱帶氣候)，未受保護的鎢將很快被腐蝕。
在下面的公開文獻中描述了腐蝕形成的條件和效果Keil，A.Eine spezifische Korrosionserscheinung anWolfram-Kontakten(鎢制觸點上的特殊腐蝕效應)，Werkstoffe undKorrosion(材料和腐蝕)7，(1952)，263-265。
Keil，A.Meyer，C.L.Korrosionserscheinungen anUnterbrecherkontakten(分斷器觸點上的腐蝕效應)，Elektropost(電子郵報)7，(1954)，93-95。
Vinaricky，E等人Elektrische Kontakte(電觸點)，Werkstoffeund Anwendungen(材料及應用)，柏林，2002年，第178頁。
上述公開文獻報道了由于所釋放的有機物，尤其是在熱帶氣候條件下，所造成的觸點故障。
近年來，對于汽車供給領域中由于接觸件的腐蝕而引起的喇叭和信號喇叭的故障進行了大量的研究。同樣也對電機式繼電器中用鎢來鍍層的前導觸點或主觸點進行了類似的研究。
在炎熱和潮濕的氣候下，由鎢制成的接觸組件非常容易發(fā)生故障。例如如果在一種新的汽車型號投放市場之前，已經(jīng)生產(chǎn)出一定數(shù)目的汽車放入庫存，這些汽車可能在由汽車經(jīng)銷商交給客戶之前已經(jīng)在炎熱、潮濕的條件下停放了數(shù)月之久，上述的腐蝕效應可以在喇叭觸點中以統(tǒng)計學上非常顯著的方式觀察到。
如果在打開有問題的部件之后喇叭停止工作，往往會在閉合的鎢接觸件上及其之間發(fā)現(xiàn)很明顯的氧化鎢和鎢酸鹽的厚氧化層。由于這種中間層使得觸點相互分離，使接觸電阻升高，喇叭停止工作。為了彌補這種困擾消費者并給制造商帶來額外成本的缺陷，已經(jīng)進行了大量的嘗試。
本領域技術人員所熟知的一種方法是在將接觸鉚釘裝入到開關設備中之前，在整個接觸鉚釘上鍍上一層薄薄的鎳層。由于鎳的惰性特性，如果鎳層保持完整的話，被關斷的觸點將長時間保持清潔，不會形成腐蝕層。然而，由于喇叭制造商需要對新的喇叭進行必要的測試，在開關表面處的鎳層局部受到破壞。鎳層的保護效果大大降低。在現(xiàn)場測試中，已經(jīng)證明鎳鍍層的積極效果將不再起作用.
另外一種方法是對鎢開關表面進行滲碳處理。形成一個鎢中含碳的幾微米厚的硬層。毫無疑問，這種硬層改善了耐腐蝕性。
日本專利申請20128/1974中公開了使用石墨粉作為滲碳劑的方案。
德國公開文本3232097A1中公開了在受控氣體爐中使用丙烷作為滲碳劑的方案。其中不能避免鎢接觸層由于同時發(fā)生的不希望的碳化在焊接一側出現(xiàn)的損傷以及爐的加熱導體的損傷。
另外，在上述兩種方法中，薄的保護層由于喇叭的接通而受到破壞，使得自由態(tài)的鎢失去保護，暴露在環(huán)境空氣中。
形成這種保護層的成本很高，且需要附加的加工步驟，因此使得其過于昂貴。實際上，包含硬層的鎢觸點不能很好地保護它們自身。
另外還嘗試對接觸鉚釘進行鍍銀處理，或者使用具有很高銀含量的焊接金屬(因此是一種更為貴重的金屬)來代替普通的銅焊料，用于提高鎢接觸鉚釘?shù)哪透g性。
這些方法也只能偶爾使用，并且不能顯著地提高耐腐蝕性。
因此本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種通過Cu或Ag硬焊金屬將鎢鍍層焊接到一個金屬載體上所構成的接觸件，該接觸件在易受腐蝕的條件下、尤其是在炎熱和潮濕的氣候影響下，不會損害開關性能。
上述目標通過以下令人驚訝的發(fā)現(xiàn)來解決通過用一個薄的賤金屬層來覆蓋焊接層和載體，能夠顯著地提高鎢鍍層的耐腐蝕性。
因此，本發(fā)明的主題是一種包含鎢鍍層的接觸件，其焊接層(2)和載體(3)均鍍有一層薄的賤金屬層(4)。
鉚釘?shù)膬?yōu)選實施方式是權利要求2至5的主題。制造這種接觸件的方法在權利要求6至9中描述。
根據(jù)本發(fā)明，考慮這樣的金屬作為賤金屬這些金屬在工作條件下在電化學的電位序中比鎢具有更大的負極性。優(yōu)選的例子為錫、鋅、鎂和鋁，其中錫(Sn)是特別優(yōu)選的。錫在電位序中與鎢只有很小的差別。然而錫在實踐中已經(jīng)證明是特別適宜的。在Sn的電沉積中需要強調(diào)的是，這是一種能夠以非常低的成本實現(xiàn)的方法，并在美觀方面得到了很引人注目的效果。
本發(fā)明所述解決方案的優(yōu)點在于，在開關觸點時，燒熔材料鎢沒有任何保護層/外部層，因此它既不會由于火花的產(chǎn)生而被損壞，也不需要在開關時考慮干擾的影響。賤金屬層的效果不是通過在要保護的鎢上以物理方式覆蓋而實現(xiàn)，而是僅僅通過電化學方式來實現(xiàn)。
發(fā)明人假設，當在相應表面上引入液體膜的情況下，通過形成局部電池，賤金屬(Sn，Zn，Mg或Al)最好在當前電位關系下為了保護更為貴重的鎢而被去除。
如果更為貴重的元素，如銅(作為Cu焊料)或者Ag(作為電解覆蓋層)與W形成了局部電池，W接觸層中的鎢將優(yōu)先作為所謂的“犧牲陽極”而被去除。在考慮形成局部電池的情況下，Ag作為保護層是起到阻礙生產(chǎn)的效果的，而銅作為緊挨著的焊料層甚至會加速腐蝕過程。由于Ni的電位位移特性表現(xiàn)為負極性，即更為貴重，這種相同的假設也適用于Ni。
在所附的附圖中

圖1(簡要)示出了一個用作喇叭及繼電器觸點的接觸件，由鎢制成的接觸層(1)構成，借助于Cu或Ag硬焊料(2)焊接到一個金屬載體(3)上，根據(jù)本發(fā)明，這個金屬載體用一個賤金屬層(4)來覆蓋。
圖2示出了在一個鉚釘基底上由W構成的接觸層，在腐蝕測試之后用0.5至1μm厚的Sn層來進行電防腐保護。
圖3示出了鉚釘?shù)挠蒞構成的接觸層，根據(jù)現(xiàn)有技術，作為在腐蝕測試之前的參考。
圖4示出了鉚釘?shù)挠蒞構成的接觸層，根據(jù)現(xiàn)有技術，在腐蝕測試之后形成。
下面的非限制性的例子描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例例1接觸鉚釘包括一個直徑為4mm，厚度為0.8mm的鎢層，用Cu焊料焊接到鍍有鎳的鐵制載體上，以電鍍方式敷設一個厚度為0.2至2μm的Sn層。接著，借助于滑動研磨以機械方式將僅僅不牢固地附著在鎢表面上的錫去除。如此加工后的接觸鉚釘在腐蝕測試中被放置到恒定氣候條件下96％的相對濕度，溫度為50℃，測試48小時。在測試過程中，約20件如上所述設置有錫層的鉚釘、以及在瓷載體上的暴露的鎢表面被置入到除濕容器中。除濕容器的底部包含飽和的硫酸鉀溶液，在其頂部的相對濕度被調(diào)節(jié)到96％。在一個單獨的瓷載體上，根據(jù)現(xiàn)有技術的鉚釘—沒有任何附加的電鍍賤金屬層—被添加作為參考。在氣候測試室中除濕容器的溫度被控制為恒定的50℃。
圖2和4中示出了48小時后的結果。與未經(jīng)過腐蝕的標準狀態(tài)相比(圖3)，經(jīng)過電鍍后續(xù)處理的鉚釘在接觸表面處僅表現(xiàn)出輕微的渾濁。但是在觀察未經(jīng)過電鍍后續(xù)處理的參考狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)W表面上覆蓋了厚厚的綠褐色的硬殼，這種硬殼從Cu焊料處的外圍一直延伸到鎢表面，在部分區(qū)域中一直到達鎢表面的中央。這些硬殼可能是銅和鎢的無機鹽。如果這些硬殼位于喇叭的閉合觸點之間，將導致接觸電阻增大，因此使喇叭發(fā)生故障。
例2建立如例1所述的試驗條件。用Zn來代替Sn作為附加的電鍍層。與未經(jīng)過處理的狀態(tài)相比，所得到的結果與例1相類似。這里的缺點是，在腐蝕后鍍鋅的載體上出現(xiàn)藍色的氧化層。鉚釘看起來很不美觀。
與Sn和Zn相類似，也可以采用賤金屬Al和Mg。但是在采用這些金屬的情況下，敷設電鍍層有些困難且較為昂貴。
權利要求
1.一種接觸件，包括一個焊接到金屬載體(3)上的鎢層(1)，其特征在于，焊接層(2)及在給定情況下的載體(3)的至少一部分由比鎢更賤的金屬構成的層(4)來覆蓋。
2.如權利要求1所述的接觸件，其特征在于，由賤金屬構成的層的厚度為0.1-20μm。
3.如權利要求2所述的接觸件，其特征在于，由賤金屬構成的層的厚度為0.2-2μm。
4.如權利要求1-3中任一項所述的接觸件，其特征在于，所述的賤金屬為Sn、Zn、Mg或Al。
5.如權利要求4所述的接觸件，其特征在于，所述的賤金屬是Sn。
6.用于制造如權利要求1至5中任一項所述接觸件的方法，其特征在于，在接觸件上敷設一層由比鎢更賤的金屬構成的層，接著在給定情況下將位于鎢層上的賤金屬去除。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，敷設所述層的步驟通過電鍍來實現(xiàn)。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述賤金屬有選擇性地敷設到焊料及金屬載體上。
9.如權利要求6-8中任一項所述的方法，其特征在于，通過滑動研磨執(zhí)行將鎢層再次暴露的步驟。
10.將如權利要求1至5中任一項所述接觸件作為喇叭觸點或繼電器觸點的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接觸件，具有焊接到載體(3)上的由鎢構成的覆蓋層(1)。焊接層(2)以及在給定情況下的載體的至少一部分由一個比鎢更賤的金屬構成的層(4)所覆蓋。本發(fā)明顯著改善了鎢層的耐腐蝕性。
文檔編號H01H1/02GK1777966SQ200480010862
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權日2003年4月22日
發(fā)明者格哈爾德·雷納爾, 尤多·希弗肯, 馬丁·穆爾勒爾 申請人:路易斯倫勒有限公司, 弗爾運輸工具電氣有限公司