Werkstoffe aus Platin-Metallen

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Zur Platingruppe zählen die Elemente Pt, Pd, Rh, Ru, Ir und Os (Table 1). Für Anwendungen in der Kontakttechnik haben Platin und Palladium als Legierungsgrundmetalle sowie Ruthenium und Iridium als Legierungsbestandteile praktische Bedeutung. Pt und Pd sind zwar ähnlich korrosionsbeständig wie Au, neigen aber aufgrund ihrer katalytischen Eigenschaften dazu, an der Kontaktoberfläche adsorbierte organische Dämpfe zu polymerisieren. Bei Reibbeanspruchung der Kontaktpartner entsteht dabei als Polymerisationsprodukt das sog. brown powder, das zu einer starken Erhöhung des Kontaktwiderstandes führen kann. Daher werden Pt und Pd nicht rein, sondern ausschließlich in Legierungsform für Kontaktzwecke eingesetzt.

Table 1: Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendungsformen der Platin-Metalle
Elemente Eigenschaften Verarbeitung Anwendungsformen
Ru
Ruthenium
Mattgrau bis silberweiß, sehr hart und spröde, gegen Säuren bei Anwesenheit von
Sauerstoff beständig, oxidiert bei Erhitzen an Luft
Aufdampfen, Sputtern, pulvermetallurgisch,
Warmverformen nur bei 1200-1500°C möglich
Pulver, in Blechen und Beschichtungen,
in Drähten meist nur als Legierungsbestandteil
Rh
Rhodium
Nahezu silberweiß, sehr hart und spröde, in Säuren unlöslich, oxidiert an Luft
bei Rotglut
Galvanisch, Aufdampfen, Sputtern, nach Warmverformung
bei 800-1000°C, Kaltverformen möglich
Beschichtungen (galvanische Überzüge), Legierungsbestandteil,
in geringem Umfang als Bleche und Drähte
Pd
Palladium
Mattweiß, duktil, gegen die meisten Säuren beständig, oxidiert bei Rotglut Galvanisch, Aufdampfen, Sputtern,
Kaltverformen
Bleche, Bänder, Rohre, Drähte, Niete
und Beschichtungen
Os
Osmium
Bläulichweiß, härtestes Platinmetall, sehr spröde, gegen nichtoxidierende Säuren
beständig, an Luft leicht oxidierbar
Pulvermetallurgisch Pulver, Legierungsbestandteil
Ir
Iridium
Nahezu silberweiß, sehr hart und spröde,
säurebeständig, oxidiert bei Rotglut
Aufdampfen, Sputtern, pulvermetallurgisch,
bei 1200-1500°C Warmverformen möglich
Pulver, Legierungsbestandteil, in geringem,
Umfang als Blech
Pt
Platin
Grauweiß, duktil, säurebeständig außer gegen Königswasser, HBr und HJ,
oxidationsbeständig bei Rotglut
Galvanisch, Aufdampfen,
Sputtern, Kaltverformen
Bleche, Bänder, Rohre, Drähte, Niete und Beschichtungen


Rhodium kommt als massiver Kontaktwerkstoff nicht zum Einsatz, wird jedoch als galvanisch aufgebrachte Schicht z.B. in Gleitkontaktsystemen verwendet. Ruthenium dient hauptsächlich als Legierungskomponente in PdRu15. Die Metalle Osmium und Iridium finden keine praktische Anwendung in der Kontakttechnik.

Da Pd lange Zeit sehr preisstabil war, galt es als geeignete Alternative zu dem teuren Gold. Zwischenzeitlich hatte der Palladiumpreis ein Niveau erreicht, das über dem des Goldes lag, so dass der Einsatz von Pd für Kontaktzwecke stark rückläufig war. Heute (2011) liegt der Palladiumpreis bei ca. 50% des Goldpreises.

Die Legierungen des Pt mit Ru, Ir, Ni und W wurden vor allem in elektromechanischen Bauelementen der Fernmeldetechnik und in hochwertigen Zündunterbrechern verbreitet eingesetzt (Table 2).

Physikalische Eigenschaften von Platin-Metallen und deren Legierungen

Heute werden diese Werkstoffe aus Preisgründen nur noch selten verwendet. Pd-Legierungen haben dagegen wesentlich größere Bedeutung. So ist z.B. PdCu15 für Blinkgeber im Kfz weit verbreitet. PdAg-Legierungen werden aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber Sulfidbildung in der Relaistechnik häufig eingesetzt. Thermisch aushärtbare Mehrkomponentenlegierungen z.B. auf PdAgAuPt-Basis kommen aufgrund ihrer herausragenden mechanischen Eigenschaften in Gleitkontaktsystemen zur Anwendung. Pd44Ag38Cu15 PtAuZn gilt dabei als Standardlegierung dieser Werkstoffgruppe (Table 3 und Table 4).

Platin- und Palladium-Legierungen kommen ähnlich wie Gold-Legierungen üblicherweise als geschweißte Draht- und Profilabschnitte, seltener als Kontaktniete zum Einsatz. Aufgrund der sehr hohen Edelmetallpreise werden solche Verbindungsverfahren verwendet, bei denen ein sparsamer Edelmetalleinsatz gewährleistet ist. Platin- und Palladium-Werkstoffe werden wegen ihrer Beständigkeit gegenüber Materialwanderung in Gleichstromkreisen und ihrer verglichen mit Gold-Legierungen höheren Abbrandfestigkeit in Relais und Schaltern bei mittlerer elektrischer Belastung bis etwa 30 Watt eingesetzt (Table 5). Mehrkomponentenlegierungen auf Pd-Basis finden wegen ihrer hohen mechanischen Verschleißfestigkeit verbreitet Anwendung als Schleiffedern in Gleitkontaktsystemen und Gleichstrom-Kleinstmotoren.

Table 3: Festigkeitseigenschaften von Platin-Metallen und deren Legierungen
WerkstoffZugfestigkeit [MPa]Dehnung A [%]Vickershärte HV 1
weich70% verformtweich70% verformtweich70% verformt
Pt (99,95)15036040340120
PtIr526055025285160
PtIr10340570242105210
PtRu106501000242195320
PtNi8640950222200320
PtW5530860212150270
Pd (99,95)2004204224090
PdCu1540078038290220
PdCu40550950352120260
PdNi534070025295200
Pd35AuAgPt420*
Pd44Ag38Cu15 PtAuZn405*
Pd40Co40W20680*
  • maximal erreichbare Härte

Table 4: Kontakt- und Schalteigenschaften von Platin-Metallen und deren Legierungen

Werkstoff

Eigenschaften

Pt

Sehr hohe Korrosionsbeständigkeit

PtIr5 - 10

Sehr hohe Korrosionsbeständigkeit, niedriger Kontaktwiderstand

hohe Abbrandfestigkeit, niedriger Kontaktwiderstand hohe Härte

PtRu10

Sehr hohe Korrosionsbeständigkeit, geringe Schweißneigung

niedriger Kontaktwiderstand,

sehr hohe Härte

PtNi8

Geringe Neigung zu Materialwanderung

sehr hohe Härte

PtW5

Geringe Neigung zu Materialwanderung

hohe Härte

Pd

Starke Neigung zu „brown powder“- Bildung

weniger abbrandfest als Pt

PdCu15

PdCu40

Neigung zu „brown powder“- Bildung

weitgehend beständig gegenüber Materialwanderung,

hohe Härte

PdNi5

Starke Neigung zu „brown powder“- Bildung

geringe Schweißneigung

Pd44Ag38Cu15

PtAuZn

Hohe mechanische Verschleißfestigkeit

Standardwerkstoff für

Schleifkontakte


Table 5: Anwendungsbeispiele und Lieferformen von Platin-Metallen und deren Legierungen

Werkstoff

Anwendungsbeispiele

Lieferformen

Pt (99,95)

Relais

Kontaktniete, geschweißte Kontaktteile

PtIr5

PtIr10

PtRu10

PtNi8

PtW5

Relais, Gleitkontaktsysteme,

Zündunterbrecher für Kfz

Kontakthalbzeuge:

Drähte, rollennahtgeschweißte Profile

Kontaktteile:

Plättchen, Drahtformteile, massive Kontaktniete, Bimetallniete, geschweißte Kontaktteile

Pd (99,95)

PdNi5

Relais

Miniprofile, Kontaktniete, geschweißte Kontaktteile

PdCu15

PdCu40

Blinkrelais für Kfz

Miniprofile, Bimetallniete

Pd35AuAgPt

Pd44Ag38Cu15

PtAuZn

Pd40Co40W20

Potentiometer, Schleifringübertrager,

DC-Kleinstmotoren

Drahtformteile, geschweißte Drahtabschnitte, Vieldrahtschleifer


Figure 1 Einfluss von 1-20 Atom-% verschiedener Zusatzmetalle auf den spez. elektrischen Widerstand p von Platin (Degussa)

Figure 2 Einfluss von 1-22 Atom-% verschiedener Zusatzmetalle auf den spezifischen elektrischen Widerstand p von Palladium (Degussa)

Figure 3 Zustandsdiagramm von Platin-Iridium

Figure 4 Zustandsdiagramm von Platin-Nickel

Figure 5 Zustandsdiagramm von Platin-Wolfram

Figure 6 Zustandsdiagramm von Palladium-Kupfer

Figure 7 Verfestigungsverhalten von Pt durch Kaltumformung

Figure 8 Erweichungsverhalten von Pt nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%

Figure 9 Verfestigungsverhalten von PtIr5 durch Kaltumformung

Figure 10 Erweichungsverhalten von PtIr5 nach 1h Glühdauer mit unterschiedlicher Kaltumformung

Figure 11 Verfestigungsverhalten von PtNi8 durch Kaltumformung

Figure 12 Erweichungsverhalten von PtNi8 nach 1h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%

Figure 13 Verfestigungsverhalten von PtW5 durch Kaltumformung

Figure 14 Erweichungsverhalten von PtW5 nach 1h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%

Figure 15 Verfestigungsverhalten von Pd 99,99 durch Kaltumformung

Figure 16 Verfestigungsverhalten von PdCu15 durch Kaltumformung

Figure 17 Erweichungsverhalten von PdCu15 nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%

Figure 18 Verfestigungsverhalten von PdCu40 durch Kaltumformung

Figure 19 Erweichungsverhalten von PdCu40 nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%

Figure 20 Spez. elektrischer Widerstand p von PdCu-Legierungen ohne und mit einer Glühbehandlung zur Ausbildung einer geordneten Phase



Figure 1: Einfluss von 1-20 Atom-% verschiedener Zusatzmetalle auf den spez. elektrischen Widerstand p von Platin (Degussa)
Figure 2: Einfluss von 1-22 Atom-% verschiedener Zusatzmetalle auf den spezifischen elektrischen Widerstand p von Palladium (Degussa)
Figure 3: Zustandsdiagramm von Platin-Iridium
Figure 4: Zustandsdiagramm von Platin-Nickel
Figure 5: Zustandsdiagramm von Platin-Wolfram
Figure 6: Zustandsdiagramm von Palladium-Kupfer
Figure 7: Verfestigungsverhalten von Pt durch Kaltumformung
Figure 8: Erweichungsverhalten von Pt nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%
Figure 9: Verfestigungsverhalten von PtIr5 durch Kaltumformung
Figure 10: Erweichungsverhalten von PtIr5 nach 1h Glühdauer mit unterschiedlicher Kaltumformung
Figure 11: Verfestigungsverhalten von PtNi8 durch Kaltumformung
Figure 12: Erweichungsverhalten von PtNi8 nach 1h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%
Figure 13: Verfestigungsverhalten von PtW5 durch Kaltumformung
Figure 14: Erweichungsverhalten von PtW5 nach 1h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%
Figure 15: Verfestigungsverhalten von Pd 99,99 durch Kaltumformung
Figure 16: Verfestigungsverhalten von PdCu15 durch Kaltumformung
Figure 17: Erweichungsverhalten von PdCu15 nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%
Figure 18: Verfestigungsverhalten von PdCu40 durch Kaltumformung
Figure 19: Erweichungsverhalten von PdCu40 nach 0,5h Glühdauer und einer Kaltumformung von 80%
Figure 20: Spez. elektrischer Widerstand p von PdCu-Legierungen ohne und mit einer Glühbehandlung zur Ausbildung einer geordneten Phase

Referenzen

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