DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L'invention est relative à un contact électrique fixe comprenant un support métallique
assemblé à une pastille de contact précomprimée.
[0002] L'invention est aussi relative à un procédé d'assemblage par frittage direct d'une
pastille de contact précomprimée sur un support métallique pour réaliser un contact
électrique fixe selon l'invention.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0003] Les procédés d'assemblage par résistance sont largement exploités pour la fixation
des pièces métalliques utilisées notamment dans la fabrication de contacts électriques
d'appareillages électriques comme décrit dans le document
FR2665026. Ces procédés de soudure par résistance peuvent être utilisés avec un apport de matière
telle que notamment de la brasure. L'apport de matière est utilisé pour augmenter
la qualité de la liaison entre les pièces métalliques à assembler. En outre, la tenue
mécanique des soudures est notamment dépendante de la nature des deux métaux ou alliages
présents.
[0004] Les pastilles de contact destinées à être utilisées dans les contacts électriques,
peuvent être constituées de trois couches de matériau. Chaque couche de matériau joue
un rôle différent. Les pastilles de contact peuvent comporter :
- Une première couche constituée d'un matériau de contact notamment à base d'argent
ou de cuivre. De part ses propriétés de non-soudabilité et de résistance à l'érosion
sous arc électrique, la première couche permet l'établissement et la coupure du courant.
- Une seconde couche intermédiaire notamment à base d'argent permet une bonne compatibilité
d'assemblage entre le matériau de contact et un support métallique du contact électrique.
- Une troisième couche constituée de brasure, intégrée ou pas à la pastille de contact.
La troisième couche est notamment à base d'argent et de cuivre et est de faible épaisseur.
Ladite troisième couche tend à améliorer la qualité d'assemblage entre la seconde
couche intermédiaire et le support métallique. La brasure présente la particularité
d'avoir une température de fusion inférieure à celle du matériau de contact et du
support métallique à assembler.
[0005] Le support métallique du contact électrique est généralement réalisé à base de cuivre.
[0006] Un échauffement extérieur aux pastilles de contact notamment par résistance, induction
ou flamme permet de passer en fusion la brasure et de créer un accrochage entre le
matériau de contact et son support lors du refroidissement.
[0007] L'utilisation de sous-couche et de brasure à base d'argent entraine cependant une
inflation non négligeable des couts de fabrication des contacts électriques.
[0008] Les procédés d'assemblage d'une pièce de contact électrique comportant un support
cuivreux et une pastille de contact de forte surface, notamment de surface supérieure
à 180 mm
2 comprend une première phase où la pastille est fabriquée par colaminage, biextrusion,
ou frittage puis une seconde phase, où la pastille est fixée sur son support en une
opération séparée de brasage. Généralement, compte tenu de la taille de la pastille,
la soudure est réalisée par chauffage par induction ou à la flamme.
[0009] L'obtention de la pastille par colaminage, bi-extrusion ou frittage tend à augmenter
le temps global de fabrication de la pièce de contact. En effet, l'obtention par colaminage,
bi-extrusion ou frittage de la pastille comporte plusieurs étapes de fabrication,
généralement quatre. En outre, l'opération de découpe finale de la pastille dans le
cas du colaminage ou de la bi-extrusion peut provoquer des décohésions entre les couches
au niveau du pourtour de découpe. Ces décohésions en bord de pastille sont dues au
différentiel de dilatation thermique lors des étapes de recuit qui engendre un différentiel
des contraintes résiduelles et donc de déformation des différentes couches au moment
de la découpe.
[0010] Lors d'une deuxième phase, le support cuivreux est enduit de décapant pour désoxyder
et activer la surface d'assemblage. De la brasure sous la forme de paillon ou en pâte
est déposée sur le support ou la pastille. Ladite pastille est positionnée sur le
support cuivreux puis maintenue à l'aide d'un outillage dans un inducteur ou une flamme
qui chauffe l'ensemble. La chauffe est maintenue jusqu'à la fusion de la brasure.
Ces opérations manuelles de pose d'une part de décapant et d'autre part de brasure
augmentent le temps de fabrication d'une pièce de contact électrique. En outre, avec
l'utilisation de pastilles colaminées et biextrudées, la qualité de l'assemblage est
très difficile à maîtriser notamment à cause de phénomène de cloquage en surface des
pastilles ou d'irrégularité de joint de brasure.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0011] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de
manière à proposer un procédé d'assemblage entre une pastille de contact de grande
section et un support métallique.
[0012] La pastille de contact précomprimée du contact électrique fixe selon l'invention
comporte une couche de contact comportant un agent conducteur composé d'argent, le
pourcentage massique d'argent étant compris entre 92 et 99% de la masse totale, de
nickel, le pourcentage massique de nickel étant compris entre 0 et 3%, et de carbone,
le pourcentage massique de carbone étant compris entre 0,5 et 5%. La pastille de contact
précomprimée comporte une sous-couche réactive comportant un pseudo-alliage à base
d'Argent et de Cuivre mélangés à un agent décapant à base de phosphore, ladite sous-couche
ayant une température de fusion inférieure à celle de la couche de contact.
[0013] Avantageusement, la couche de contact comporte une fraction de particules réfractaires,
lesdites particules réfractaires étant choisies parmi des particules de carbure de
tungstène, de tungstène ou de nitrure de titane.
[0014] Avantageusement, la couche de contact comporte une fraction d'éléments anti-soudure,
lesdits éléments anti-soudure étant choisis parmi des particules Nickel ou du graphite.
[0015] Avantageusement, la couche de contact comporte une fraction éléments gazogènes, lesdits
éléments gazogènes comportant de la fibre de carbone.
[0016] Selon un mode de réalisation de l'invention, le pseudo-alliage de la sous-couche
réactive est composé de cuivre, le pourcentage massique de cuivre étant compris entre
15 et 99% de la masse totale, d'argent, le pourcentage massique d'argent étant compris
entre 0,5 et 85%, et de phosphore, le pourcentage massique de phosphore étant compris
entre 0,5 et 8%.
[0017] De préférence, la sous-couche réactive a une température de fusion comprise entre
620 et 800°C Celsius.
[0018] De préférence, la surface de la section de contact de la pastille de contact du contact
électrique est supérieure ou égale à 180 mm
2.
[0019] De préférence, le support métallique est constitué de cuivre.
[0020] Le procédé d'assemblage par frittage direct d'une pastille de contact précomprimée
sur un support métallique pour réaliser un contact électrique tel que défini ci-dessus
comprend un compactage à froid de la couche de contact et la sous-couche réactive
obtenues respectivement par mélange de poudres, un maintien du support métallique
et de la pastille de contact en contact entre deux mors en éléments réfractaires,
un chauffage de la pastille de contact et du support métallique à une température
de soudure, une application d'une force de compression à travers les mors.
[0021] Avantageusement, le chauffage est réalisé par des moyens de chauffage par induction.
[0022] Selon un mode de développement de l'invention, l'agent conducteur contenu dans la
couche de contact est composé d'argent, le pourcentage massique d'argent étant compris
entre 92 et 99% de la masse totale, de nickel, le pourcentage massique de nickel étant
compris entre 0 et 3%, et de carbone (C), le pourcentage massique de carbone étant
compris entre 0,5 et 5%.
[0023] Selon un mode de développement de l'invention, le pseudo-alliage de la sous-couche
réactive est composé de cuivre, le pourcentage massique de cuivre étant compris entre
15 et 99% de la masse totale, d'argent, le pourcentage massique d'argent étant compris
entre 0,5 et 85%, et de phosphore, le pourcentage massique de phosphore étant compris
entre 0,5 et 8%.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0024] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description
qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple
non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 représente une étape du procédé de fixation d'une pastille de contact
et d'un support métallique selon un premier mode de réalisation préférentiel de l'invention
;
la figure 2 représente une vue en perspective d'un contact électrique selon un mode
préférentiel de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
[0025] Le procédé d'assemblage par frittage direct d'une pastille de contact précomprimée
2 sur un support métallique 1, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention
consiste à maintenir le support métallique 1 et la pastille de contact 2 en contact
entre deux mors de serrage 3. Comme représenté sur la figure 1, les deux mors de serrage
3 sont destinés à appliquer sur les deux pièces à assembler une force de compression
FP. Un premier mors de serrage 3 est placé en contact avec la pastille de contact
2 et un second mors de serrage 3est placé en contact avec le support métallique. Lesdits
mors de serrage 3 sont de préférence réalisés à base d'éléments en matériau réfractaire.
[0026] On entend par frittage direct, un procédé qui autorise à la fois le frittage de la
pastille de contact précomprimée et son assemblage sur le support. La chauffe qui
résulte du procédé d'assemblage permet simultanément de fritter la couche de contact
en établissant des liaisons métallurgiques entre les grains qui composent la couche
de contact et d'assurer une liaison entre la pastille de contact et son support.
[0027] Ce procédé selon l'invention est particulièrement destiné à l'assemblage de la pastille
de contact 2 ayant une section de contact importante. On entend par section de contact
importante des sections supérieures ou égales à 180 mm
2. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ces pastilles de contacts à
forte section sont particulièrement destinées à des contacts fixes d'appareillage
de coupure tels que des disjoncteurs basse-tension destinés à supporter des courants
de court-circuit de 150 kilo ampères. En exprimant la densité de courant électrique
en ampères par unité de surface de pastille, une pastille de contact 3 selon l'invention
est destinée à supporter des courants crêtes de court-circuit compris entre 100 et
1000 ampères par millimètre carré de pastille.
[0028] Le support métallique 1 est constitué d'un matériau conducteur comprenant du cuivre
et/ou de l'acier. A titre d'exemple de réalisation, le support est réalisé en cuivre.
[0029] La pastille de contact 2 comprend une première couche dite couche de contact 8 comportant
au moins 30% d'un agent conducteur à base de cuivre ou d'argent. La couche de contact
est destiné à rentrer en contact avec une autre couche de contact d'une autre pastille
afin d'assurer la liaison électrique.
[0030] Selon un mode préférentiel de réalisation, l'agent conducteur contenu dans la couche
de contact 8 est composé d'argent Ag dont le pourcentage massique est compris entre
82 et 99% de la masse totale. De préférence, l'agent conducteur comprend aussi du
nickel Ni dont le pourcentage massique est compris entre 0,5 et 3%. Enfin, l'agent
conducteur comprend du carbone C dont le pourcentage massique est compris entre 0,5
et 5%. La somme des masses des trois composants forme la masse totale de la couche
de contact 8.
[0031] A titre d'exemple de réalisation, un compromis idéal dans le choix des proportions
des matériaux pour ce type d'application, consiste à utiliser un matériau conducteur
de la couche de contact 8 comprenant 94% d'argent Ag, 2% de nickel Ni et 4% de carbone
C.
[0032] En outre, la couche de contact 8 comporte de préférence une fraction de particules
réfractaires. Les particules réfractaires sont choisies parmi des particules de carbure
de tungstène (CW), de tungstène (W) ou de nitrure de titane (TiN).
[0033] En outre, la couche de contact 8 comporte de préférence une fraction d'éléments anti-soudure.
Les éléments anti-soudure sont choisis parmi des particules Nickel (Ni) ou du graphite.
[0034] En outre, la couche de contact 8 comporte de préférence une fraction d'éléments éléments
gazogènes. Les éléments gazogènes comportent de la fibre de carbone.
[0035] La pastille de contact 2 comprend une seconde couche dite sous-couche réactive 9
comportant un pseudo-alliage à base d'Argent Ag et de Cuivre Cu mélangés à un agent
décapant à base de phosphore. Ladite sous-couche 9 a une température de fusion inférieure
à celle de la couche de contact 8. A titre d'exemple, la température de fusion de
la sous-couche réactive 9 est comprise entre 620 et 800°C Celsius.
[0036] Selon un mode préférentiel de réalisation, le pseudo-alliage de la sous-couche réactive
9 est composé de cuivre Cu dont le pourcentage massique est compris entre 15 et 99%
de la masse totale. Le pseudo-alliage comprend aussi de l'argent Ag dont le pourcentage
massique est compris entre 0,5 et 85%. Enfin, le pseudo-alliage de la sous-couche
réactive comprend du phosphore P dont le pourcentage massique est compris entre 0,5
et 8 %.
[0037] A titre d'exemple de réalisation, un compromis idéal dans le choix des proportions
des matériaux pour ce type d'application, consiste à utiliser un pseudo-alliage de
la sous-couche réactive 9 comprenant 80% de cuivre, 17% d'argent Ag et 3% de phosphore
P.
[0038] La pastille est obtenue préalablement à la phase d'assemblage par un compactage à
froid de la couche de contact 8 et la sous-couche réactive 9. Les deux couches sont
obtenues respectivement par mélange de poudres. Les poudres utilisées pour la réalisation
des mélanges ont des grains d'une taille variant de dix à cent micromètres. La taille
des grains n'est pas modifiée au cours de la phase de compactage à froid. L'interface
entre les 2 couches peut être irrégulière.
[0039] Après avoir placé la pastille de contact 2 et le support métallique 1 entre les mors
3, l'ensemble est chauffé. Les mors 3 appliquent alors une force de compression FP.
A titre d'exemple, la force de compression FP est de l'ordre de 1 à 5 kilogrammes
par centimètres carré (1 à 5 kg/cm
2). Des moyens de chauffages chauffent la pastille de contact 2 et le support métallique
1 à une température de brasage.
[0040] Selon un mode préférentiel de réalisation, le chauffage est réalisé par des moyens
de chauffage par induction. Selon une variante de réalisation de cette étape de procédé,
le chauffage peut être réalisé par des moyens de chauffage à la flamme. La température
de chauffage au niveau de la surface à assembler doit être comprise entre 620°C et
800°C et est maintenue jusqu'à fusion complète de la sous-couche réactive.
[0041] Comme représenté sur la figure 2, l'invention est relative à un contact électrique
fixe 100 destiné à être en contact avec un contact mobile d'un appareillage électrique
de coupure. Le contact électrique fixe selon l'invention comprend un support métallique
1 et une pastille de contact 2 assemblés selon le procédé tel que défini ci-dessus.
[0042] Le support métallique 1 est constitué de cuivre Cu.
[0043] La pastille de contact 2 de contact électrique 100 comporte une couche de contact
8 et une sous-couche réactive 9. La surface de la section de contact de la pastille
de contact du contact électrique 100 selon l'invention est supérieure ou égale à 180
mm
2.
[0044] La couche de contact 8 comporte un agent conducteur composé d'argent Ag dont le pourcentage
massique est compris entre 92 et 99% de la masse totale. L'agent conducteur est composé
de nickel Ni dont le pourcentage massique est compris entre 0,5 et 3%. L'agent conducteur
comprend aussi du carbone C dont le pourcentage massique est compris entre 0,5 et
5%. La somme des masses des trois composants forme la masse totale de la couche de
contact 8.
[0045] La sous-couche réactive 9 comporte un pseudo-alliage à base d'Argent Ag et de Cuivre
Cu mélangés à un agent décapant à base de phosphore.
[0046] Selon un mode de réalisation du contact fixe, le pseudo-alliage de la sous-couche
réactive 9 est composé de cuivre Cu dont le pourcentage massique est compris entre
15 et 99% de la masse totale. Le pseudo-alliage comprend de l'argent Ag dont le pourcentage
massique est compris entre 0,5 et 85%. Enfin, le pseudo-alliage comprend du phosphore
P dont le pourcentage massique est compris entre 0,5 et 8%.
[0047] De préférence l'épaisseur de la sous-couche réactive 9 est comprise entre 100 et
500µm.
1. Contact électrique (100) fixe comprenant un support métallique (1) assemblé à une
pastille de contact (2) précomprimée,
caractérisé en ce que la pastille de contact (2) précomprimée comporte:
- une couche de contact (8) comportant un agent conducteur composé:
- d'argent (Ag), le pourcentage massique d'argent (Ag) étant compris entre 92 et 99%
de la masse totale,
- de nickel (Ni), le pourcentage massique de nickel (Ni) étant compris entre 0 et
3%, et
- de carbone (C), le pourcentage massique de carbone (C) étant compris entre 0,5 et
5%,
- une sous-couche réactive (9) comportant un pseudo-alliage à base d'Argent (Ag) et
de Cuivre (Cu) mélangés à un agent décapant à base de phosphore, ladite sous-couche
ayant une température de fusion inférieure à celle de la couche de contact.
2. Contact électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de contact (8) comporte une fraction de particules réfractaires, lesdites
particules réfractaires étant choisies parmi des particules de carbure de tungstène
(CW), de tungstène (W) ou de nitrure de titane (TiN).
3. Contact électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de contact (8) comporte une fraction d'éléments anti-soudure, lesdits éléments
anti-soudure étant choisis parmi des particules Nickel (Ni) ou du graphite.
4. Contact électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de contact (8) comporte une fraction éléments gazogènes, lesdits éléments
gazogènes comportant de la fibre de carbone.
5. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le pseudo-alliage de la sous-couche réactive (9) est composé :
- de cuivre (Cu), le pourcentage massique de cuivre étant compris entre 15 et 99%
de la masse totale,
- d'argent (Ag), le pourcentage massique d'argent étant compris entre 0,5 et 85%,
et
- de phosphore (P), le pourcentage massique de phosphore étant compris entre 0,5 et
8%.
6. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-couche réactive (9) a une température de fusion comprise entre 620 et 800°C
Celsius.
7. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la section de contact de la pastille de contact (2) du contact électrique
(100) est supérieure ou égale à 180 mm2.
8. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support métallique (1) est constitué de cuivre (Cu).
9. Procédé d'assemblage par frittage direct d'une pastille de contact (2) précomprimée
sur un support métallique (1) pour réaliser un contact électrique, procédé
caractérisé en ce qu'il comprend :
• un compactage à froid d'une couche de contact (8) et d'une sous-couche réactive
(9) obtenues respectivement par mélange de poudres,
- la couche de contact (8) comportant un agent conducteur composé :
■ d'argent (Ag), le pourcentage massique d'argent (Ag) étant compris entre 92 et 99%
de la masse totale,
■ de nickel (Ni), le pourcentage massique de nickel (Ni) étant compris entre 0 et
3%, et
■ de carbone (C), le pourcentage massique de carbone (C) étant compris entre 0,5 et
5%
- la sous-couche réactive (9) comportant un pseudo-alliage à base d'Argent (Ag) et
de Cuivre (Cu) mélangés à un agent décapant, ladite sous-couche ayant une température
de fusion inférieure à celle de la couche de contact.
• un maintien du support métallique (1) et de la pastille de contact (2) en contact
entre deux mors (3) en éléments réfractaires,
• un chauffage de la pastille de contact (2) et du support métallique (1) à une température
de soudure,
• une application d'une force de compression (FP) à travers les mors (3).
10. Procédé d'assemblage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé par des moyens de chauffage par induction.
11. Procédé d'assemblage selon la revendication 9 ou 10,
caractérisé en ce que le pseudo-alliage de la sous-couche réactive (9) est composé :
- de cuivre (Cu), le pourcentage massique de cuivre étant compris entre 15 et 99%
de la masse totale,
- d'argent (Ag), le pourcentage massique d'argent étant compris entre 0,5 et 85%,
et
- de phosphore (P), le pourcentage massique de phosphore étant compris entre 0,5 et
8%.