Способ изготовления контактного покрытия магнитоуправляемых герметизированных контактов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО ПОКРЫТИЯ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ КОНТАКТОВ, включающий операцию нанесения сплава на основе благородного металла, легированного тугоплавким неблагородным металлом, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы магнитоуправляемых герметизированных контактов путем повьшения электроэрозионной стойкости контактного покрытия, операцию легирования производят омбардировкой поверхности контактного покрытия в вакууме i ионами тугоплавкого неблагородного металла. (Л «ч « «ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 01 Н 11/04

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3 728935/24-07 (22) 16.04.84 (46). 15.09 ° 85. Бюл, № 34 (72) Г,М.Мангутов> В.В.Фельмецгер и М.Г.Эрлихсон (53) 621.318.562.002.2 (088.8) (56) Патент США ¹ 2.504.906, 200-166, опублик. 1945.

Патент США № 3,146.328, 200-166, опублик. 196 1.

Патент ПНР ¹ 85.867, кл. Н 01 Н 1/04, опублик. 1973.

ЖТФ, т. 51, вып. 3, 1981, с.520522.

Блинов И.Г. и др. Вакуумные силь-. ноточные плазменные устройства и их применение в технологическом оборудовании микроэлектроники. — Обзоры по электронной технике. Сер. "Микроэлектроника", вып, 8(269), М., 1974, с. 52 -55. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО ПОКРЫТИЯ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ

ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ КОНТАКТОВ, включающий операцию нанесения сплава на основе благородного металла, легированного тугоплавким неблагородным металлом, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы магнитоуправляемых герметизированных контактов путем повышения электроэрозионной стойкости контактного покрытия, операцию легирования производят бомбардировкой поверхности контактного покрытия в вакууме ионаьж тугоплавкого неблагородного 1 металла.

447

1 1179

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к технологии изготовления эрозионностойких контактных покрытий для гаэонаполненных магнитоуправляемых контактов (МК) средней мощности, и может быть использовано в серийном производстве контактов.

Цель изобретения — увеличение срока службы магнитоуправляемых гер1О метизированных контактов путем повышения электроэрозионной стойкости контактного покрытия.

Сущность способа и положительный эффект, достигаемый при его использовании, определяется явлениями, которыми сопровождается обработка поверхности покрытия металлическими ионами.

Процесс взаимодействия ионного потока с поверхностью металла сводится к протеканию взаимосвязанных физических процессов: конденсации, внедрения и распыления. При энергии ионов меньше 10 эВ конденсация, как правило, преобладает над распылением.

При энергии, превышающей энергию инверсии скорости движения границы поверхности (Я ), доминирующую роль начинает играть процесс распыления. З0

Обычно величина E+ составляет (1-2)»

» 10 эВ. При энергии ионов, близкой к ., реализуется режим формирования предельно уплотненных слоев,.максимально насыщенных по концентрации д5 легирующим элементом, поэтому оптимальная энергия ионов для осуществления способа находится в диапазоне (1-2) -10 эВ.

При ионном легировании металличес-40 кие ионы внедряются в обрабатываемую поверхность и образуют с поверхностным слоем псевдодиффузионную связь.

Последующая диффузия внедренных атомов вглубь покрытия приводит к обра- 15 зованию легированного слоя, толщина которого при заданной энергии ионов определяется дозой облучения. Электро физические параметры слоя могут существенно отличаться от его парамет- 50 ров до обработки ионами. Низковольтное ионное легирование позволяет создавать плотные, износостойкие слои повышенной твердости и, тем самым, значительно увеличить срок службы кон- 55 тактов средней мощности в наиболее

"тяжелых" режимах коммутации, roïðîвождающихся мостиковым переносом и разрядом типа короткой дуги. При этом сопротивление MK не увеличивается.

Способ осуществляется следующим образом.

На контактные поверхности контактдеталей МК наносят покрытие из благородного металла или сплава на основе благородного металла одним из известных способов: электрохимическим .осаждением, вакуумным напылением или катодным распылением. Наиболее целе— сообразно применение способа электрохимического осаждения, при котором безвозвратные потери драгоценных металлов практически отсутствуют. Затем покрытие обрабатывают в вакууме ионами тугоплавкого неблагородного металла (например, вольфрама, молибдена, рения, титана), для чего контактдетали загружают в металлические кассеты и помещают в вакуумное устройство, снабженное источником металлических ионов. Для создания интенсивного ионного потока с заданной энергией ионов предпочтительно использовать технологические плазменные ускорители с генерацией металлической плазмы в вакуумном дуговом разряде.

Вакуумный дуговой разряд в парах тугоплавкого металла обеспечивает высокую степень ионизации паров (901007), а энергия вытягиваемых из плазмы разряда ионов может быть задана разностью потенциалов между испаряе— мым катодом ускорителя и кассетой с обрабатываемыми контакт †деталя.

Пример. Исследования проводят на серийно выпускаемом газонаполненном герконе средней мо1цности типа

МК27 с контактной системой консольной конструкции. Контактное покрытие геркона из гальванического сплава золотоникель толщиной 2-3 мкм обеспечивает высокую надежность прибора при коммутации микромощных электрических цепей, но имеет недостаточную эрозионную стойкость при эксплуатации в наиболее часто применяемых коммутационных режимах с напряжением 60 В при токах до 0,2 А, а также имеет склонность к свариванию.

Для оценки эффективности предлагаемого способа на предприятии прове— дены испытания двух партий герконов

МК27 с покрытиями, изготовленными по известной технологии способом электрохимического осаждения (партия 1) и с покрытиями, изготовленными сог1179 ласно изобретению следующим образом (партия 2).

На контакт-детали наносят сплав золото — никель путем электрохимического осаждения. Затем на вакуумной установке, снабженной технологическим плазменным ускорителем, проводят легирование покрытия из сплава золото — никель ионами титана марки

ВТ1-00. Для этого контакт-детали с 10 гальванопокрытием загружают в металлическую кассету. Кассету помещают в вакуумную камеру установки таким образом, чтобы обрабатываемая поверхность контакт"деталей располагалась 15 перпендикулярно к оси ускорителя.

После достижения в камере вакуума порядка 10- -10 1Ла инициируют дуговой разряд в парах титана с током дуги 90 А. На кассету с контакт-дета- 20 лями при этом подают отрицательный потенциал -1600 Н, плотность ионного тока на обрабатываемой поверхности составляет 10 А/м . После ионной обработки в течение 14 с н камеру на- 25 пускается чистый азот, и затем контакт-детали вынимаются на воздух.

Для оценки эрозионной стойкости покрытий к воздействию короткой дуги герконы обеих партий испытываются на наработку в режиме коммутации активной цепи напряжением 60 В (пост.), коммутируемый ток — 0,025 А. Влияние ионной обработки на стабильность переходного сопротивления герконов опре35 деляется при испытании экспериментальных приборов в микромощном режиме коммутации (напряжение 5 10 В, коммутируемый ток 5 -10 А активная нагрузка). Кроме того, проводят испы- 4р тания герконов на склонность к холодной сварке по следующей методике: замеряют магнитодвижущие силы срабатывания и отпускания (Г и Р д) в нормальных условиях, затем герконы замыкают (магнитодвижущая сила

-44 7 4 57Гвна 2Fcp и в замкнутом состоянии помещают в камеру тепла, выдерживают при 100 С 24 ч, после чего проводят замер F0 . Заливание контактов или рост величины F р свидетельствуют о склонности геркона к холодной сварке. Герконы с покрытием, изготовленным по предлагаемому способу, проверяются на склонность к холодной сварке также и после испытаний их в микромощном режиме коммутации с целью определения способности ионнолегированных покрьггий сохранять устойчивость к свариванию при длительной эксплуатации.

Результаты испьгганий приведены в таблице, иэ которой видно, что герконы с покрытием, легированным ионами титана, имеют в 3 раза больший срок службы при эксплуатации в режиме

60 B — 0,025 А по сравнению с герконами контрольной партии. При этом они не склонны к свариванию и имеют низкое и стабильное переходное сопротивление при коммутации микромощных цепей. Электронно-микроскопические исследования эрозионных образований на поверхности ионнолегированных контактных покрьггий показывают> чтО эрОзия нОсит плоскостной характер, в то время как на покрытиях, не подвергавшихся ионной обработке, эрозия развивается вглубь покрытия .с образованием выступов и кратеров, что вызывает неразмыкание контактов вследствие-заклинивания.

Таким образом, способ изготовления контактного покрытия согласно предлагаемому изобретению позволяет при сохранении всех положительных качеств, присущих покрытию на основе благородных металлов, повысить электроэрозионную стойкость покрьггия и, следовательно, увеличить срок службы

MK.

1179447

Режимы и результаты испытаний

На наработку U = 5 10- В, Хх= 5 10 ВА

Пар тия

На наработку U 60 В, Т„= 0,025 А а склонность к олодной сварке

КолиКоличество отказавших

Коли1 честС уммарРЛ ЯТ ЪУЯ

Количес т во .отказавших чест-.. работка

$5106 сраб. во отказавво испыпо сопротивлению герконов по неразтаиных мыканию герконов еркоов герконов герконов

20

6,5

10

15

21,7

Корректор А Обручар

Заказ 5687./56 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 олиесто исытан15 (до испытаний на наработку) 10 (после испытаний в режиме

5 10 В—

5 -10 А) Составитель Е.Сафонова

Редактор Л.Авраменко Техред С.Мигунова

Количество испы таиных герконов

Суммарная наработка .„106 сраб.