Silber & Silberlegierungen

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1 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW Silber & Silberlegierungen. Feinsilber Feinsilber weist die höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit aller Metalle auf. Es ist resistent gegen Oxidbildung. Nachteilig wirken sich die geringe Verschleißfestigkeit, niedrige Entfestigungstemperatur und vor allem die hohe Affinität des Silbers gegen Schwefel und Schwefel-Verbindungen aus. Durch Einwirkung schwefelhaltiger Verbindungen bilden sich bräunliche bis schwarze Deckschichten aus Silbersulfid, die zu einer Erhöhung des ontaktwiderstandes und u.u. zum völligen Versagen des Schaltgerätes führen können, wenn diese nicht mechanisch, elektrisch oder thermisch zerstört werden. Weiterhin ist nachteilig zu bewerten, dass ontaktstücke aus Feinsilber beim Einschalten von Überströmen stark zum Verschweißen neigen sowie bei Gleichstrombetrieb nur eine geringe Resistenz gegenüber Materialwanderung aufweisen. Silber kann in feuchter Atmosphäre in Berührung mit unststoffen unter Wirkung eines elektrischen Feldes kriechen (Silber-Migration) und dadurch urzschlüsse verursachen. Einen Überblick über die gebräuchlichen Silber-Qualitäten gibt (Tab..). Silber ist in Form von Halbzeugen gut warm- und kaltumformbar und lässt sich problemlos mit den übli-chen Trägerwerkstoffen durch Plattieren verbinden. Als Fügeverfahren kommen vor allem das Widerstandsschweißen von Silber-Drähten und -Profilen sowie das Hartlöten zum Einsatz. Daneben werden vielfach auch mechanische Verfahren, wie das Einpressen von Drahtabschnitten und massiven oder plattierten ontaktnieten angewandt. ontakte aus Feinsilber werden in unterschiedlichen Formen z.b. in Relais, Tasten, Geräte- und Hilfsstromschaltern bei Stromstärken < A eingesetzt (Tab..6). Als galvanischer Überzug findet Silber zur Verringerung des ontaktwiderstandes und zur Verbesserung der Lötbarkeit von ontaktteilen verbreitet Anwendung. Tabelle.: Überblick über die gebräuchlichsten Silber-Qualitäten Zusammensetzung (Mindestanteil) 99,999 Hochreines Silber, sauerstoffrei 99,995 8 Bleche, Bänder, Stangen, Drähte für elektronische Bauelemente Barren und Granalien für Legierungszwecke 4 HV Härte HV Hinweise für die Verwendung A 8 altumformung [%] Bild.: Verfestigungsverhalten von 99,95 durch altumformung. Silber-Legierungen Auf dem Schmelzwege hergestellte Silber-Legierungen finden in solchen Fällen Anwendung, in denen die physikalischen und kontaktspezifischen Eigenschaften von Feinsilber nicht ausreichen (Tab..). Durch die metalli & -Legierungen - (siehe DODUCO Datenbuch S. ff) Spektralreines Silber Beimengungen in ppm Cu < Zn < Si < Ca < Fe < Mg < Cd < Cu < Zn < Si < 5 Ca < Fe < Mg < 5 Cd < Bruchdehnung A [%] Bezeichnung Bruchdehnung A [%] und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ ( & -Legierungen) A % altumformung 9% altumformung 7 8 Bild.: Erweichungsverhalten von 99,95 nach h Glühdauer und unterschiedlicher altumformung sche Zusatzkomponente werden sowohl die mechanische Eigenschaften wie Härte und Festigkeit als auch typische ontakteigenschaften wie Abbrandfestigkeit und Resistenz gegenüber Materialwanderung in Gleichstromkreisen erhöht (Tab..4). Allerdings können durch Legierungsbildung

2 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW andere Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit verschlechtert werden.. Feinkornsilber Unter Feinkornsilber (ARGODUR-Spezial) versteht man eine Silberlegierung mit einem Zusatz von,5 Massen-% Nickel. Silber und Nickel sind im festen Zustand ineinander völlig unlöslich. Im flüssigen Silber lässt sich nur ein geringer Nickelanteil lösen. und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ Feinkornsilber zeichnet sich durch eine ähnlich hohe chemische Beständigkeit wie Feinsilber aus. Gegenüber Silber weist es eine etwas höhere Härte und Festigkeit auf (Tab..4). Die elektrische Leitfähigkeit wird durch den geringen Nickelzusatz nur geringfügig verschlechtert. Aufgrund seiner teilweise deutlich günstigeren ontakteigenschaften hat bei schaltenden ontakten Feinkornsilber das Feinsilber in vielen Anwendungsfällen abgelöst. 4. Hartsilber-Legierungen Durch upfer als Legierungspartner werden die Festigkeitseigenschaften des Silbers deutlich erhöht. Die größte Bedeutung unter den binären Cu- Legierungen hat der unter dem Namen Hartsilber bekannte Cu erlangt, der sich hinsichtlich chemischer Resistenz noch ähnlich verhält wie Feinsilber. Verglichen mit Feinsilber und Feinkornsilber weist Cu eine höhere Härte und Festigkeit sowie höhere Abbrandfestigkeit und mechanische Verschleißfestigkeit auf (Tab..4). Mit steigendem upferanteil nehmen einerseits Härte und Festigkeit der Cu-Legierung zu, andererseits wird die Neigung zur Oxidbildung erhöht, was im Schaltbetrieb unter Lichtbogenbildung zu einem Anwachsen des ontaktwiderstandes mit zunehmender Schaltspielzahl führt. Weiterhin wirken sich höhere upferanteile vorteilhaft auf Abbrand und Materialwanderung aus. In Sonderfällen, in denen optimale mechanische Eigenschaften erwünscht sind und gleichzeitig eine verminderte chemische Beständigkeit zugelassen werden kann, findet die eutektische Silber-upfer-Legierung (8 Massen-% Cu) Anwendung. Neben den binären Cu-Legierungen kommen auch ternäre CuNi-Legierungen zum Einsatz. Von dieser gruppe hat ARGODUR 7, eine Legierung mit 98 Massen-% und Anteilen von Cu und Ni, neben Cu die größte praktische Bedeutung erlangt. Dieser zeichnet sich durch hohe Oxidationsbeständigkeit und geringe Neigung zur Rekristallisation unter der Einwirkung hoher Temperaturen aus. Neben einer hohen mechanischen Verschleißfestigkeit weist die CuNi-Legierung auch eine erhöhte Abbrandfestigkeit auf. Hartsilberlegierungen finden verbreitet Anwendung in vielen Wechsel- und Gleichstromschaltern für Informations- und Energietechnik bei Schaltströmen bis A, vereinzelt auch bei höheren Strömen (Tab..6). Dispersionsgehärtete Legierungen des Silbers mit,5 Massen-% MgO und NiO (ARGODUR ) werden durch innere Oxidation hergestellt. Während sich die schmelztechnisch hergestellte Ausgangslegierung gut umformen lässt, ist der dispersionsgehärtete sehr spröde und kaum verformbar. Gegenüber Feinsilber und Hartsilber weist er eine wesentlich höhere Warmfestigkeit auf, so dass mit diesem dispersionsgehärteten auch Hartlötungen bei Temperaturen bis ca. 8 C ohne Einbußen an Härte und Festigkeit durchführbar sind. Aufgrund seiner günstigen Festigkeitseigenschaften und seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit eignet sich ARGODUR vor allem für thermisch und mechanisch hoch beanspruchte ontaktfedern in Relais und Schützen in der Luft und Raumfahrt. Tabelle.: Physikalische Eigenschaften von Silber und Silberlegierungen / DODUCOBezeichnung (Feinsilber) Ni,5 (Feinkornsilber) Cu (Hartsilber) Cu5 Cu Cu8 98CuNi (ARGODUR 7) (ARGODUR ) unvergütet (ARGODUR ) vergütet [g/cm ],5 Schmelzpunkt bzw.-intervall [ C] 96 Spez. elektr. Widerstand ( ) [µs.cm],67 Elektrische Leitfähigkeit [MS/m] 99,,5 9,7 58 4, ,4,4,,, ,9,96,,8, ,,,8,7,5 9 99,5,5,,7 9 99,5,5 9, 4 9, 8 Silber-Anteil Dichte [Massen-%] 99,95 & -Legierungen - (siehe DODUCO Datenbuch S. ff) Wärmeleitfähigkeit Temp. oeff.d.el. Widerstandes [ /] [W/m] 4, 49 E-Modul [GPa] 8

3 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW Tabelle.4: Festigkeitseigenschaften von Silber und Silberlegierungen Cu5 Cu8 98CuNi (ARGODUR 7) (ARGODUR ) unvergütet (ARGODUR ) vergütet 8 7 Härte HV Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ Cu HV A 8 altumformung [%] Bild.: Verfestigungsverhalten von Cu durch altumformung Dehnung A [%] min Vickershärte HV A 8 Cu (Hartsilber) Härte HV R R R R R R 7 R R R R R R 47 R 7 R R 4 R 5 R 8 R 7 R 47 R 57 R R 8 R R 6 R R R R 4 R R R R R Ni,5 (Feinkornsilber) Zugfestigkeit [MPa] > > > > > > > 4 Bruchdehnung A [%] Festigkeitszustand Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] / DODUCO-Bezeichnung (Feinsilber) HV 8 Bild.55: Erweichungsverhalten von Cu nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% & -Legierungen - (siehe DODUCO Datenbuch S. ff)

4 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW altumformung [%] A 7 7 HV 4 A A HV 8 altumformung [%] Bild.: Verfestigungsverhalten von Cu8 durch altumformung 8 Bild.59: Erweichungsverhalten von Cu nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] Härte HV 4 Bruchdehnung A [%] Bild.57: Erweichungsverhalten von Cu5 nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% 7 HV 8 altumformung [%] Bild.58: Verfestigungsverhalten von Cu durch altumformung HV 7 7 Härte HV Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] 4 Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ 58 8 A 4 Bild.: Verfestigungsverhalten von Cu5 durch altumformung 6 A 4 8 Härte HV Härte HV Härte HV 8 Bruchdehnung A [%] Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] Härte HV 5 7 Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] HV A HV 8 Bild.6: Erweichungsverhalten von Cu8 nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% & -Legierungen - 4 (siehe DODUCO Datenbuch S. ff)

5 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW Härte HV A HV HV A 5 8 altumformung [%] Bild.6: Verfestigungsverhalten von Ni,5 durch altumformung 57 7 Härte HV Bruchdehnung A [%] 7 Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] Bild.6: Erweichungsverhalten von Ni,5 nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% A 8 altumformung [%] Bild.64: Verfestigungsverhalten von ARGODUR 7 durch altumformung Härte HV 47 Bruchdehnung A [%] 49 Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] Härte HV 55 Bruchdehnung A [%] Elektr. Leitfähigkeit [MS/m] und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ HV A HV 8 Bild.65: Erweichungsverhalten von ARGODUR 7 nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% Tabelle.5: ontakt- und Schalteigenschaften von Silber und Silberlegierungen Ni,5 -Legierungen Eigenschaften Höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit, hohe Affinität zu Schwefel (Sulfidbildung), geringe Verschweißresistenz, niedriger ontaktwiderstand, sehr gute Verformbarkeit Mit zunehmendem upferanteil Anstieg des ontaktwiderstandes, höhere Abbrandfestigkeit gegenüber Feinsilber, geringere Neigung zu Materialwanderung, höhere mechanische Festigkeit gegenüber Feinsilber & -Legierungen - 5 (siehe DODUCO Datenbuch S. ff) Oxidationsbeständigkeit bei höheren Einschaltströmen, begrenzte Abbrandfestigkeit, Neigung zur Materialwanderung in Gleichstromkreisen, gute Löt- und Schweißbarkeit gute Verformbarkeit, gute Löt- und Schweißbarkeit

6 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW Ni,5l Cu Ni98NiCu (ARGODUR 7) Anwendungsbeispiele Relais, Mikroschalter, Hilfsstromschalter, Befehlsschalter, Schalter für Hausgeräte, Hauptschalter Cu5 Cu Cu8 Spezielle Anwendungen (ARGODUR ) Miniaturrelais, Schütze und Relais in Flugzeugen, Erodierdrähte für Einspritzdüsen 5. Silber-Palladium-Legierungen Durch Zulegieren von Massen-% Pd wird neben den mechanischen Eigenschaften vor allem die Beständigkeit des Silbers gegenüber der Einwirkung von Schwefel und schwefelhaltigen Verbindungen entscheidend verbessert (Tab..7 und.8). Eine noch höhere Resistenz gegenüber Silber-Sulfid-Bildung weisen Legierungen mit - Massen-% Pd auf. Bei diesen Pd-Anteilen können sich allerdings die katalytischen Eigenschaften des Palladiums nachteilig auf das ontaktwiderstandsverhalten auswirken. Auch die Verformbarkeit nimmt mit zunehmenden Pd-Gehalt ab. Pd-Legierungen sind hart, abbrandfest und weisen eine etwas geringere Neigung zur Materialwanderung bei Gleichstromlast auf (Tab..9). Allerdings wird die elektrische Leitfähigkeit durch hohe Pd-Gehalte stark verringert. Lieferformen Halbzeuge: Bänder, Drähte, ontaktprofile, ontaktbimetalle, Toplay-Profile, rollennahtgeschweißte Profile ontaktteile: ontaktauflagen, Massiv- und Bimetallniete, Aufschweißkontakte, plattierte, geschweißte und genietete ontaktteile Halbzeuge: Bänder, Drähte, ontaktprofile, ontaktbimetalle, rollennahtgeschweißte Profile ontaktteile: ontaktauflagen, massive ontaktniete, Aufschweißkontakte, plattierte, geschweißte und genietete ontaktteile ontaktfedern ontaktträgerteile Pd-Legierungen sind bei Pd-Gehalten bis Massen-% gut plattierbar. Als Verbindungstechnik kommen üblicherweise das Aufschweißen von Draht- oder Profilabschnitten oder die Verwendung von ontaktnieten in Frage. Pd-Legierungen kommen z.b. in Relais beim Schalten mittlerer bis höherer elektrischer Belastung ( <V; <A) zum Einsatz (Tab..). Aufgrund des hohen Palladiumpreises werden diese allerdings vielfach durch Mehrschichtwerkstoffe, z.b. Ni,5 oder /Ni9/ jeweils mit einer dünnen Au-Auflage, ersetzt. Ein breites Anwendungsfeld haben Pd-Legierungen als verschleißfeste Gleitkontakte gefunden. Pd [Massen-%] HV Bruchdehnung A [%] Härte HV Temperatur [ C] und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ Tabelle.6: Anwendungsbeispiele und Lieferformen von Silber und Silberlegierungen A 8 altumformung [%] Bild.67: Verfestigungsverhalten von Pd durch altumformung (, Pd) Pd [Atom-%] Bild.66: Zustandsdiagramm von Silber-Palladium & -Legierungen - 6 (siehe DODUCO Datenbuch S. 6 ff) Pd

7 WERSTOFFINFORMATION WE NOW HOW PdCu5 Härte HV Härte HV HV Bruchdehnung A [%] 7 Pd 8 Pd A 8 altumformung [%] Bild.68: Verfestigungsverhalten von Pd durch altumformung 8 Bild.7: Erweichungsverhalten von Pd, Pd, PdCu5 nach h Glühdauer und einer altumformung von 8% und Abbildungen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten Dritter übernommen. Mit den Angaben werden e spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert. Stand 4/ Tabelle.7: Physikalische Eigenschaften von Silber-Palladium-Legierungen Palladiumanteil Dichte Pd Pd Pd [Massen-%] [g/cm³ ],9,, Spez. elektr. Widerstand [µ S cm] 4,7,8, Schmelzpunkt bzw.-intervall [ C] Elektrische Leitfähigkeit [MS/m] 6,8 4,8, Wärmeleitfähigkeit [W/(m.)] 4 Temp. oeff. d.el.widerstands [-/],4,6, Dehnung A [%] mind Vickershärte HV Tabelle.8: Festigkeitseigenschaften von Silber-Palladium-Legierungen mind Festigkeitszustand R R 57 R R 6 R R 6 Pd Pd Pd Tabelle.9: ontakt- und Schalteigenschaften der Silber-Palladium-Legierungen Pd - Eigenschaften orrosionsbeständig, mit steigendem Pd-Anteil nimmt brownpowder -Bildung zu, geringere Neigung zur Materialwanderung in Gleichstromkreisen, hohe Verformbarkeit beständig gegenüber S-Bildung, niedriger ontaktwiderstand, hohe Härte bei höherem Pd-Anteil Abbrandfestigkeit von Pd am höchsten, gut schweiß- und plattierbar Tabelle.: Anwendungsbeispiele und Lieferformen von Silber-Palladium-Legierungen Pd Anwendungsbeispiele Schalter, Relais, Tasten, Steckverbinder, Gleitkontakte Lieferformen Halbzeuge: Drähte, Mikroprofile, ontaktbimetalle, rollennahtgeschweißte Profile ontaktteile: Massive- und Bimetallniete, plattierte und geschweißte ontaktteile, Stanzteile, DODUCO GmbH Im Altgefäll 758 Pforzheim Germany Phone +49 () 7-6 Fax +49 () 7-6 Mail: kontaktwerkstoffe@doduco.net & -Legierungen - 7 (siehe DODUCO Datenbuch S. 6 ff)