电接触元件及电接触元件的用途 【技术领域】
本发明涉及一种电接触元件，所述电接触元件用于电连接一种电装置并且在电路中提供电流的传输。所述电接触元件包括一金属体，其中所述金属体的至少一个接触表面是完全或部分涂覆有一减磨层。
背景技术
电接触元件，例如插入型的连接和终端装置，活动式接触器或固定式接触器，适于电连接一电装置并在低电压，中电压或高电压的开关装置中、在控制系统中、或在其它形式的电路中提供电流传输，所述电接触元件优选由铜或铝制成。接触元件可以是例如薄板型，插头型，螺旋式接触件或者是用于连接至各种类型的内或外汇流条的装置。
为了改进接触过渡部分的电特性和热特性，而同时保护接触元件的接触表面抗磨损和抗腐蚀性以及保证接触元件的长时间的使用功能，已经知道向接触元件上镀例如银或锡。然而镀有银或锡的表面对着另一镀有银或锡的表面滑动时，两者很容易熔焊在一起。为避免这种问题，镀有银或锡的表面通常用润滑剂润滑。对于镀有银或锡的表面，通常使用以油或脂为基的润滑剂。也可以使用诸如石墨或各种类型塑料的固体润滑剂。但是，固体润滑剂导电性很差，并且在接触表面彼此相对滑动时，经常磨损掉。
对接触表面未涂覆的接触元件而言，要求接触表面的摩擦减小。
US5316507提供了一种有润滑特性的接触层的例子。一种固体润滑剂，有一定颗粒尺寸的石墨与导电材料的粉末，例如金相混合，将混合后的材料压入烧结体中。在烧结过程中，所述金粉熔融，而石墨保持在金的空穴中。所述烧结体在多个结合中间的热处理操作的轧制步骤中被轧制成一带材，所述带材被用作接触元件的导电和润滑接触层。上述导电和润滑接触层的一个缺点在于其需要复杂且昂贵地制造工艺。
使用脂基或油基润滑剂的一个问题在于难以在接触表面上施加一层均匀的润滑剂。润滑剂的厚膜对电特性有不利的影响，润滑剂的薄膜经常会因受机械作用而磨掉。使用润滑剂的另一个问题在于润滑剂易挥发而污染其它元件。再一个问题就是润滑剂是粘性的，这意味着润滑剂会粘附在不应当被润滑的部件上，并且容易吸收杂质，例如灰尘颗粒，这会增加接触阻力。所述润滑剂中的杂质也可导致润滑剂更容易氧化，而使耐久性变差。
本发明的一个目的在于提供一种电接触元件，所述电接触元件具有减磨层并且没有上述使用脂基或油基润滑剂来减小摩擦时的缺点。所述减磨层在接触表面应当摩擦系数较低，有良好的抗磨性和较高的抗腐蚀性。所述减磨层还应当能简单且低成本地制造。
发明概述
一种电接触元件适于电连接一种电装置，所述电接触元件可在用于低电压，中电压或高电压的开关装置、在控制系统或其它形式的电路中提供电流传输，所述电接触元件包括一金属体，优选为铜，铝或上述两种金属中任意一种金属的合金。为了改进接触过渡部分的热和电特性，同时保护接触元件的接触表面不受磨损和腐蚀，并确保接触元件长时间的使用功能，一般，金属体的至少一个接触表面的至少一部分镀有一层例如银或锡。根据本发明，所述带有一层银或锡的接触元件覆有一减磨层，所述减磨层包括金属化合物，优选为金属盐，例如金属卤化物或金属硫化物。金属卤化物的例子可以是，例如卤化银、卤化锡或卤化铜。卤化银的例子可以是碘化银、氯化银或溴化银。相应的卤化物也可以是铜卤化物或锡卤化物。所述减磨层的厚度是从0.001um至1000um，优选小于5um。
根据本发明的接触元件的接触表面与未镀有银层或锡层的接触表面相比摩擦减小，具有改进的抗磨损特性和增加的抗腐蚀特性。还已证明，例如，覆有金属盐，例如金属卤化物或金属硫化物的接触表面的摩擦低于覆有锡或银层的接触表面的摩擦。在接触表面的低摩擦的例子中，所述接触元件的操作容易，且能使用较高的接触力。接触表面的低摩擦还导致抗磨损性的增加，这可改进电和热特性并增加使用寿命。
金属盐，例如金属卤化物或金属硫化物的涂覆，例如可以直接在金属体，例如铜或铝上进行，或在金属体已经镀有银或锡之后进行。所述金属盐的涂覆也可以通过将接触金属浸入包括至少一种下列离子的溶液中进行，所述离子包括：氯离子，溴离子，碘离子，或硫离子。所述卤离子或硫离子与金属在接触表面上反应形成金属盐层。
另一种可能的涂覆方法是蒸发。在蒸发过程中，所述接触元件放置在一封闭的腔室中，包括至少一种卤素或硫族元素的气体释放入所述腔室。所述卤素或硫族元素与接触元件的表面反应并在所述接触表面的至少一部分上生成一种金属卤化物或金属硫化物的固体化合物。
可以采用的涂覆工作的另一个例子是化学蒸敷法(CVD)。在所述CVD工艺中，接触表面一部分或全部所要涂覆的材料蒸发。通过在所述要涂覆的表面上或所述表面的附近进行化学反应，在所述表面上形成固体层。通过CVD工艺，所述层厚度均匀并且孔隙度低。
以一层化合物，例如金属卤化物或金属硫化物涂覆接触表面与根据现有技术使用脂基或油基润滑剂相比，其优点在于，所述有金属卤化物或金属硫化物的层比有脂基或油基润滑剂的层的耐久性更长。另一个优点在于，所述接触元件在涂覆金属卤化物或金属硫化物之后比涂覆有脂基或油基润滑剂之后更容易处理。所述脂基或油基润滑剂是蒸发性的，并且容易进入不应含润滑剂的表面。所述金属卤化物或金属硫化物层的再一个优点在于，与脂基或油基润滑剂相比，能获得更加均匀的涂覆层并且层的粘附性更好。
附图简介
图1示出插入型电接触元件；
图2以截面形式示出螺旋接触式电接触元件；
图3示出对于一镀有标准银的接触元件，接触阻力，曲线A，和摩擦系数，曲线B如何随时间变化的曲线；
图4示出具有标准银涂层和碘化银的减磨层的接触元件，接触阻力，曲线A，和摩擦系数，曲线B如何随时间变化的曲线；
图5示意性地示出用于变压器的抽头变换器中的滑动式接触元件。
优选实施例的描述
图1示出包括插入型接触元件的接触装置，其中接触元件的接触表面彼此相对滑动，弹性爪形式的第一接触元件10适于与接触导轨形式的第二接触件11相连接。所述第一接触元件10放置在所述第二接触导轨11上，并且在接触状态承载，以至少一个接触表面12夹在至少另一接触元件11上的接触表面13上。
所述的电接触元件10包括一金属体，优选是铜，铝，或上述两种金属中至少一种金属的合金。根据本发明，至少一个标为12或13的接触表面完全或部分涂覆有减磨层，所述减磨层包括金属盐，例如金属卤化物或金属硫化物。金属卤化物的例子可以是例如，卤化银，卤化锡或卤化铜。所述卤化银的例子是，碘化银，氯化银和溴化银。所述减磨层的厚度在0.001um至1000um之间，优选所述减磨层的厚度小于5um。在一个特别优选的实施例中，所述层的厚度小于1um。
还存在其它类型的接触导轨和接触元件；例如所述第一接触元件可以适于插入U型接触导轨，以在接触状态被夹住，其接触表面在U型槽内对着U型轨的接触表面。
图2示出接触装置的另一个实施例，其中根据本发明至少一接触表面涂覆有减磨层是有好处的。图2示出了一种螺旋式接触元件，其中弹性环形体形式的第一接触元件20，例如螺旋线圈适于连接并保持第二接触元件21，例如内套或内插头和第三接触元件22，例如外套或管之间的电接触。所述第一接触元件20在接触状态被压缩，这样所述第一接触元件20的至少第一接触表面23对着所述第二接触元件21的接触表面24被夹住，并且第一接触元件20的至少一第二接触表面26对着第三接触元件22的至少一个接触表面25夹紧。根据本发明，至少一个接触表面23，24，25，26完全或部分涂覆有减磨层，所述减磨层包括金属盐，例如金属卤化物或金属硫化物。所述螺旋式接触元件用于例如开关装置的自动断路器中。
在一优选的实施例中，所述接触表面12,13,23,24,25,26至少部分镀有银或锡，所述锡层或银层又覆有减磨层，所述减磨层包括金属盐，例如银盐或锡盐。所述银盐可以例如是卤化银或硫化银。
为用金属盐例如金属卤化物或金属硫化物涂覆接触表面，可以采用多种可能的方法。在这些方法中可以是已经提及的电解涂覆法，蒸发涂覆法，或将接触面浸入包括至少一种下列离子：碘，氯，溴或硫离子的溶液中。
在一个特别优选的实施例中，所述接触表面12,13,23,24,24,26的全部或部分是镀银的，所述镀银接触表面自身又覆有一层碘化银，其厚度小于5um，优选小于1um。所述碘化银层在一优选实施例中适当地由电解涂覆法制成。
图3和图4示出对镀有标准银的接触元件所进行的摩擦实验中，接触电阻，曲线A，和摩擦系数，曲线B如何随时间变化，以及对于标准银层涂覆有碘化银层的接触元件所进行的摩擦实验中，接触电阻，曲线A和摩擦系数，曲线B如何随时间变化。在图3的实验中，所述接触元件镀有15-25um的标准银，在图4的实验中，所述接触元件镀有15-25um的标准银，所述标准银自身又涂覆有7000厚的碘化银层。在图3和图4的两个实验中，使用20牛顿的接触力。通过图3和图4之间的比较可以知道，如果有标准银的层根据本发明涂覆有碘化银层，那么摩擦系数B变得相当低。
图5示意性的示出根据本发明的另一个实施例的滑动式电接触元件。第一接触元件31作为变压器的抽头变换器32的可动部分。所述接触元件31适于在电接触中沿变压器的次级线圈的卷绕式接触元件33滑动，以从变压器获得所需的电压。根据本发明包括金属卤化物或金属硫化物的减磨层34设置在第一接触元件31的接触表面35上，和/或设置在卷绕式接触元件33的接触表面36上。根据一更加优选的实施例，所述减磨层34包括碘化银。所述第一接触元件很容易沿卷绕式接触元件33移动，同时维持低的接触电阻。
除上述的接触装置的实施例外，也可以有其它形式的接触装置，其中根据本发明在接触元件的接触表面全部或部分上涂覆有金属卤化物或金属硫化物是有益的。这种接触装置的一个例子是具有中间接触元件的接触装置，所述中间接触元件为圆筒形，包括多个弹性元件或在径向有弹性的圆筒，其适于电连接，接触和在第一接触元件，一内套筒或插头和第二接触元件，一外套筒或管之间提供电流传输，这样所述弹性套筒或弹性元件以夹紧的状态，对着两个套筒的接触表面承载。
再一个例子是接触装置，其中第一接触元件，例如截面大致为矩形的弹性套筒，在接触状态被供给一第二接触元件，例如一扁平插头。
接触装置的又一个实施例是一种接触装置，所述接触装置有第一接触元件，所述第一接触元件为弹性圆柱套筒形，其在接触状态加到实心圆柱形插头或内套筒形式的第二接触元件上，这样套筒的弹性力使其在夹紧状态以其接触表面对着插头的接触表面承载。这种类型的接触元件还包括有多个指状部分的套筒，所述指状部分用于形成圆柱形套筒。当插头或一内套筒放置在所述套筒上，所述指状部分在夹紧状态对着套筒或插头的接触表面承载。
为进一步改进摩擦，减磨层的机械，热和电特性，可以用一种或多种物质，例如各种金属，添加到减磨层中。所述掺杂物的质量不超过减磨层总重量的20％。
根据本发明涂覆有减磨层的接触元件可以应用在低电压，中电压或高电压下的电装置中。
根据本发明的减磨层也可以用于涂覆表面不是锡，银，铜，铝及其合金的电接触元件。