Способ нанесения контактного покрытия на контакт-деталь вакуумного высоковольтного магнитоуправляемого контакта

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей. Целью изобретения является увеличение износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхности путем ее обезгаживания и снижения пористости. Способ включает в себя плазменное порошковое напыление вольфрамового контактного покрытия на контакт-детали контакта и полировку поверхности покрытия. Полировку проводят бомбардировкой поверхности покрытия ускоренными ионами вольфрама с последующим осаждением поверхностного слоя вольфрама из плазмы вакуумного дугового разряда. о S (Л со со 4 го ел 00

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 Н 01 Н 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4005046/24-07 (22) 13.01.86 (46) 07 ° 05,88. Бюл. № 17 (72) В. В. Фельмецгер (53) 621.318.562.002,2(088.8) (56) Орешкин В. В. Исследование и разработка вакуумного высоковольтного магнитоуправляемого контакта с напряжением до 5 кВ: Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук, Ря-, зань: РРТИ, 1 982.

Иваников А. С., Орешкин В. В., Са- . мышкин Б. А. — Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции: Специальные коммутационные элементы. Конструкция и технология СКЭ, Рязань, 1981, с. 43-44.

Вардьян В. Вольфрамовые контактные слои. /Перев. со словесного № Е-04907. M. Всесоюзный центр переводов научно-технической литературы и документации, М., 1983 °

Патент Великобритании ¹ 1211511, кл. Н 01 Н 49/00, 1969.

„„SU„„1394258 (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КОНТАКТНОГО

ПОКРЫТИЯ НА КОНТАКТ-ДЕТАЛЬ ВАКУУМНОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАГНИТОУПРАВЛЯЕМОГО КОНТАКТА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей. Целью изобретения является увеличение износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхности путем ее обезгаживания и снижения пористости.

Способ включает в себя плазменное порошковое напыление вольфрамового контактного покрытия на контакт-детали контакта и полировку поверхности покрытия. Полировку проводят бомбардировкой поверхности покрытия ускоренными ионами вольфрама с последующим осаждением поверхностного слоя вольфрама из плазмы вакуумного дугового разряда.

1394258

30

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии из" готовления эрозионно стойкого вольфрамового контактного покрытия для герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов), предназначенных для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей, и может быть использовано в серийном производстве герконов.

Цель изобретения — увеличение износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхности путем ее обезгаживания и снижения пористости.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно очищенные (обезжиренные) контакт-детали высоковольтного контакта размещают в специальной кассете, конструкция которой обеспечивает селективное экранирование поверхности деталей. Кассету устанавливают в напылительное устройство, снабженное плазмотроном с порошковым питателем. В плазмотрон подают плазмообразующий газ (например, аргон) и поджигают дуговой разряд. Через питатель в плазменный факел подается мелкодисперсный порошок вольфрама; частицы порошка расплавляются, увлекаются плазменной струей и оседают на контактирующей поверхности контакт-деталей. После нанесения покрытия толщиной 25-30 мкм кассету с деталями извлекают из напылительного устройства. После очистки деталей (например, с помощью ультразвуковой отмывки и отжига в водороде) их вновь устанавливают на изолированный держатель вакуумного устройства, снабженного электродуговым испарителем с вольфрамовым катодом. При достижении вакуума 10 — 10 4 Па в испарителе инициируют дуговой разряд в парах материала катода, при этом на кассету с контакт-деталями подают отрицательный потенциал, ускоряющий вытягиваемые из плазмы разряда ионы вольфрама до энергии, превышающей пороговую энергию распыления вольфрама (эффективное распыление идет при потенциалах К -10 В, где К вЂ” от 1 до 2), Ионную обработку покрытия проводят в течение времени от долей до нескольких минут в зависимости от тока 1изряда, величины ускоряющего потенциала, конструктивных особенностей испарителя и кассеты. Затем, не прерывая процесса, снижают ускоряющий потенциал до величины, при которой конденсация превалирует над распылением, и осаждают относительно тонкий поверхностный слой покрытия.

Оптимальная толщина этого слоя составляет 5-6 мкм, при которой достигается полное залечивание пор и формирование достаточно гладкой поверхности. После этого выключают питание испарителя, разгерметизируют устройство и извлекают кассету. Обработанные таким образом контакт-детали поступают на заварку герконов.

В предлагаемом способе сочетаются возможности технологии плазменного порошкового напыления металлических покрытий и технологии обработки поверхности металлическими ионами из плазмы вакуумного дугового разряда.

Как известно, вольфрам является хрупким материалом с высокой температурой хладноломкости. Плотные текстурированные вольфрамовые покрытия по своим свойствам подобны монолитному материалу и поэтому также склонны к хрупкому разрушению. В случае применения таких вакуумно-напыленных покрытий в высоковольтных контактах в контактном промежутке могут образовываться выкрошившиеся, слабо связанные с поверхностью частицы, которые снижают электрическую прочность промежутка, способствуют локализации высоковольтных разрядов в процессе коммутации, вызывая усиление электрической эрозии покрытия. Плазменное порошковое напыление является наиболее производительным процессом напыления тугоплавких покрытий и, что существенно важно, при плазменном напылении покрытие формируется из отдельных расплавленных или находящихся в жидкопластическом состоянии не взаимодействующих между собой частиц, имеющих высокую скорость, и, как правило, представляет собой слоистую чешуйчатую структуру. Покрытие с такой структурой отличается большей устойчивостью к механическому разрушению под действием ударных нагрузок, возникающих в процессе коммутации геркона.

Указанные недостатки плазмонапыленного порошкового покрытия (высокая степень шероховатости поверхности, наличие сквозных пор и газовых

1394258 примесей, адсорбированных в порах) устраняются в предлагаемом способе, при обработке сформированного покрытия ионами вольфрама из плазмы ва5 куумного дугового разряда. Вакуумный дуговой разряд, горящий в парах материала одного из электродов (обычно катода), генерирует интенсивные потоки металлической плазмы, степень ионизации которой в случае вольфрама до достигает 80X.. При этом энергия ионов, экстрагируемых из плазмы разряда, может регулироваться в широких пределах путем приложения отрицатель- 5 ного потенциала к обрабатываемому изделию. При бомбардировке покрытия ускоренными ионами происходит не только распыление микронеровностей на поверхности, но и интенсивный нагрев (преимущественно приповерхностных слоев), стимулирующий удаление из покрытия адсорбированных газов. При последующем осаждении низкоэнергетичнык ионов из плазмы вакуумного ду- 25 гового разряда идет зарастание пор и формирование плотного текстурированного поверхностного слоя. Полученный в результате достаточно гладкий и плотный слой вольфрама с высокой З0 адгезией к основному плазмонапыленному покрытию обеспечивает существенное повышение устойчивости покрытия к электрической эрозии, а также электрической прочности межконтактного промежутка. При этом поверхностный слой оказывается устойчивым и к хрупкому разрушению за счет того, что пластическая деформация нижнего плазмонапыленного слоя снижает уровень 40 механических напряжений, возникающих в нем под действием ударных нагрузок ,в процессе коммутации.

Пример. Исследования проводились на серийно выпускаемом ваку- 4б умном контакте типа MKA-52141, предназначенном для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей с напряжением до 5000 В. Нанесение основного покрытия (толщиной ,25 мкм) на контакт-детали проводилось по технологии предприятия-изготовителя с помощью автомата плазменного покрытия A-440 ° 43, в котором порошок вольфрама марки ВЧГ-Н распылялся в струе азотно-аргоновой плазмы; скорость осаждения покрытия

10 мкм/мин. Затем детали с покрытием проходили ультразвуковую отмывку во фреоне и отжиг в водороде при температуре 980 С. Ионная обработка и осаждение верхнего слоя покрытия осуществлялись с помощью стационарного торцового плазменного ускорителя на установке УРМ. 3.279.048. Испаряемый катод ускорителя изготовлен из экструдированного вольфрама. Процесс проводился в вакууме 5 х с х 10 мм рт.ст. Ток разряда составлял 130 А. Ионная бомбардировка проводилась при подаче на кассету с 600 обрабатываемыми деталями потенциала

-1300 В в течение 2 мин, при этом плотность ионного тока на кассете составляла 30 мА/см . Затем, не прерыФ вая горение дугового разряда, потенциал на кассете снижался до -40 В и проводилось напыление поверхностного слоя покрытия толщиной 5 мкм со скоростью 0,25 мкм/мин. Пдсле остывания в вакууме обработанные таким образом детали поступали на заварку герконов. Откачанные герконы после отбраковки по электрическим параметрам проходили кратковременную тренировку под высоким напряжением, а затем ставились на ресурсные испытания в режиме коммутации U = 3 1 0- B ;

Х (, = 2 10 А; f „= 50 Гц, нагрузка активная. Было испытано 15 герконов до наработки 6 10 срабатываний, при б этом зарегистрирован один отказ при наработке 3,18 10 срабатываний.

Минимальная наработка герконов с покрытием, изготовленным по существующей технологии предприятия-изготовителя, составляла 10 срабатываний.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить минимальную наработку высоковольтных контактов. При этом некоторое увеличение затрат на производство вследствие ввевведения в техпроцесс дополнительной операции вакуумно-дуговой обработки контактного покрытия окупается увеличением срока службы контактов.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ нанесения контактного покрытия на контакт-деталь вакуумного высоковольтного магнитоуправляемого контакта, включающий плазменное порошковое напыление вольфрамового слоя, ультразвуковую отмывку, водо" родный отжиг и полировку поверхности указанного плазмонапыленного воль1 394258

Составитель Е. Сафонова

Редактор А. Козориз Техред М.Ходанич Корректор М. Шароши

Заказ 2223/47

Тираж 746

Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4. фрамового слоя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхно- 5 сти путем ее обезгаживания и снижения пористости, полировку поверхности пневмонапыленного вольфрамового слоя проводят бомбардировкой ускоренными ионами вольфрама из плазмы вакуумного дугового разряда, затем снижают ускоряющий потенциал до величины, при которой конденсация превалирует над распылением и осаждают на него второй плазмоконденсатный слой вольфрама.