Биметаллический металлокерамический материал для электрических контактов

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении контактов. Цель изобретения - экономия серебра и повышение срока службы контакта. Контакт состоит из рабочего слоя, представляющего собой композицию серебро-окись кадмия с содержанием окиси кадмия 8 - 25 мас.%, и технологического слоя из сплава серебро-кадмий с содержанием кадмия 4 - 20 мас.%. 2 табл.

Изобретение относится к технике создания электрических контактов для средненагруженной коммутационной аппаратуры и найдет применение при изготовлении контактов из композиции серебро-окись кадмия. Существенное отличие заключается в использовании сплава серебро-кадмий для технологического слоя биметаллического металлокерамического материала. Широко распространено представление, что качество оценки сцепления по границе рабочего и технологического слоев металлокерамических контактов тем выше, чем меньше разница в усадках материалов обоих слоев при изготовлении контактов и коэффициентов их термического расширения, в то же время эти параметры по своей величине ближе для композиций серебро-окись кадмия (СОК) и серебра, чем для аналогичных по составу композиций и сплавов серебро-кадмий рассмотренных составов (см. например, табл. 1), Тем не менее использование для технологического слоя сплава серебро-кадмий в установленных пределах содержания кадмия взамен чистого серебра сопровождается не очевидным, с точки зрения существующих представлений, повышением качества материала в окрестности границы рабочего и технологического слоев, следствием чего является наблюдаемое повышение эрозионной стойкости контактов при приближении фронта износа к межфазной границе и увеличение срока службы контактов в целом (см. табл. 2, примеры 1, 2 и 3). Биметаллический металлокерамический материал для электрических контактов состоит из двух слоев: рабочего и технологического. Рабочий слой состоит из композиции серебро окись кадмия с содержанием окиси кадмия 8-25 мас. а технологический слой состоит из сплава серебро кадмий при следующем соотношении компонентов, мас. Кадмий 4-20 Серебро Остальное Контакты из данного биметаллического металлокерамического материала изготовляют следующим образом. Сначала из смеси серебра и окиси кадмия стандартными методами порошковой металлургии (или с привлечением экструдирования) изготовляют контакт, состоящий из одного рабочего слоя. Затем термической обработкой в вакууме или восстановительной среде в поверхностном слое контакта, толщина которого может варьироваться от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра, производят разложение окиси кадмия и достигают образования сплава серебро кадмий (слой сплава серебро кадмий является технологическим слоем). Для получения высококачественных контактов из биметаллического металлокерамического материала с содержанием кадмия в сплаве технологического слоя в диапазоне концентраций 4-8 мас. наиболее целесообразно использовать технологический процесс, описанный в примере 1. П р и м е р 1. Из порошков серебра марки ПСр 1 и окиси кадмия квалификации ЧДА методами прессования, последующего спекания на воздухе и допрессования был сформирован рабочий слой контакта, представляющий собой композицию серебро окись кадмия с содержанием окиси кадмия 8 мас. Технологический слой получали, подвергая заготовку вакуумному отжигу при температуре 800±10^оС в течение 1 ч. Толщина технологического слоя, представляющего собой сплав серебро кадмий, 3-5 мкм. Содержание серебра в сплаве, определенное методом микрорентгеноспектрального анализа, составило 96 мас. содержание кадмия 4 мас. Для получения высококачественных контактов из биметаллического металлокерамического материала с содержанием кадмия в сплаве технологического слоя в диапазоне концентраций 6-12 мас. наиболее целесообразно использовать технологический процесс, описанный в примере 2. П р и м е р 2. Из стандартной шихты СОК 15 м методами прессования, последующего спекания на воздухе и допрессования был сформирован рабочий слой контакта, представляющий собой композицию серебро окись кадмия с содержанием окиси кадмия 15 мас. Технологический слой контакта получили, подвергая заготовку вакуумному отжигу при 800±10^оС в течение 1 ч. Толщина технологического слоя, представляющего собой сплав серебро кадмий, 2-5 мм. Содержание серебра в сплаве, определенное методом микрорентгеноспектрального анализа, составило 90 мас. кадмия 10 мас. Для получения высококачественных контактов из биметаллического металлокерамического материала с содержанием кадмия в сплаве технологического слоя в диапазоне концентраций (10-20 мас.) наиболее целесообразно использовать технологический процесс, описанный в примере 3. П р и м е р 3. Из порошков серебра марки ПСр 1 и окиси кадмия квалификации ЧДА был сформирован рабочий слой контакта, содержащий 25 мас. окиси кадмия. Для этого сначала была спрессована шашка диаметром 35 мм и высотой 70 мм. Шашку спекли на воздухе, а затем проэкструдировали в пруток ⊘ 6 мм. Пруток был разрезан на шайбы, представляющие собой рабочий слой контакта. Технологический слой контакта был сформирован при вакуумном отжиге полученной заготовки при температуре 800±10^оС в течение 1 ч. Толщина технологического слоя, представляющего собой сплав серебро кадмий, 3-5 мкм. Содержание серебра в сплаве, определенное микрорентгеноспектральным методом, составило 80 мас. кадмия 20 мас. Для обоснования выбранных пределов изменения содержания кадмия в сплаве технологического слоя изготовляли контакты из биметаллического металлокерамического материала с содержанием кадмия в сплаве технологического слоя 3 и 21 мас. В первом случае контакты изготовляли способом, описанным в примере 1, при этом рабочий слой контактов состоит из композиции Ag 7 мас. окиси кадмия, а технологический из сплава Ag 3 мас. кадмия (пример 4). Во втором случае контакты изготовляли способом, аналогичным примеру 3, при этом рабочий слой контактов состоит из композиции Ag 30 мас. окиси кадмия, а технологический из сплава Ag 21 мас. кадмия (пример 5). Контакты из биметаллического металлокерамического материала-прототипа изготовляли следующим образом. Сначала из стандартной смеси серебра и окиси кадмия (СОК 25 м), содержащей 15 мас. окиси кадмия, формировали методами прессования, спекания на воздухе и допрессования рабочий слой контакта. Затем методом вакуумного напыления на рабочий слой контакта наносили технологический слой чистого серебра толщиной 5-6 мкм (пример 6). Подобным образом готовили контакты из биметаллического металлокерамического материала с технологическим слоем из гальванической меди (вышеприведенный аналог). Сначала формировали рабочий слой контакта из композиции СОК 15 м. Затем на рабочий слой контакта электрохимическим методом осаждали технологический слой меди толщиной 7-8 мкм (пример 7). Контакты из биметаллического металлокерамического материала с технологическим слоем из порошкового серебра (вышеприведенный аналог) готовили стандартными методами порошковой металлургии. Рабочий слой контакта изготовляли из шихты СОК 25 м с содержанием окиси кадмия 15 мас. технологический слой из порошкового серебра. При получении контакта сначала засыпали в пресс-форму композицию рабочего слоя, поверх ее порошок серебра технологического слоя. Затем заготовку прессовали, спекали на воздухе и допрессовывали. Эрозию и соответственно срок службы изготовленных контактов определяли на стенде, имитирующем работу магнитных пускателей, типа ПМЕ 200 в режиме коммутационной износостойкости на переменном токе (включение тока 140 А при Cos ϕ 0,3 и напряжении 380 В, отключение тока 25 А при Cos ϕ 0,3 и напряжении 70 В). Начальное контактное нажатие составляет 2±0,1 Н. Срок службы контактов оценивали по числу циклов включение отключение, в течение которых происходит изнашивание рабочего слоя контактов. Эрозию контактов оценивали по отношению уменьшения массы контактной пары к количеству циклов включение отключение за время испытания. В табл. 2 приведены значения эрозии контактов при изнашивании верхней зоны рабочего слоя контактов (0,85-0,9 толщины рабочего слоя) и нижней зоны рабочего слоя (оставшаяся часть рабочего слоя 0,15-0,1 от исходной его толщины). Такая форма изложения результатов позволяет наглядно оценить характер износа контактов при испытаниях, интенсификацию эрозии на заключительных стадиях работы контактов, обуславливающую изменение срока службы контактов. Все испытанные контакты (изготовленные по описанию примеров 1-8) имели ⊘ 6 мм и толщину рабочего слоя 2 мм. Контакты крепили к контактодержателям методом пайки с использованием припоя марки ПСр 40. Результаты испытаний сведены в табл. 2. Как следует из полученных результатов, контакты из данного биметаллического материала характеризуются наибольшим сроком службы в сравнении с прототипом, аналогами и другими испытанными контактами. Сравнение величины сроков службы с эрозией контактов показывает, что увеличение срока службы достигается за счет уменьшенной эрозии контактов из заявляемого материала на завершающей стадии их работы, когда износ контакта составляет 0,85-0,9 от толщины рабочего слоя. В то же время эрозия всех испытанных контактов (за исключением примера 5) в начальной стадии их работы, когда влияние материала технологического слоя еще не сказывается, примерно одинакова. Достигаемое увеличение срока службы обеспечивает экономию серебра от применения контактов из заявляемого материала в сравнении с контактами из материала-прототипа. Экономия серебра возникает в связи с тем, что без снижения ресурса работы может быть уменьшена толщина контактов из заявляемого материала.

Формула изобретения

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ, содержащий рабочий слой из композиции серебро окись кадмия с содержанием окиси кадмия 8 25 мас. и технологический слой, отличающийся тем, что, с целью экономии серебра и повышения срока службы контакта, технологический слой выполнен из сплава серебро кадмий при следующем соотношении компонентов, мас. Кадмий 4 20 Серебро Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1