Способ термической обработки контакт-деталей герконов

 

Изобретение относится к способу изготовления герметизированных магнитоуправляемых контактов и может применяться в промышленном производстве этих приборов. Целью изобретения является повышение качества очистки, снижение повреждения контактных покрытий и предотвращение сваривания контактов. Термообработку осуществляют бесплазменными импульсными разрядами, импульсы тока пропускают в периоды размыкания контактов, направление тока изменяют на противоположные после каждого срабатывания геркона, а переносимый в импульсе тока электрический заряд выбирает из условия 5х л-7 х Кл Q cl 00 Кл. 2 ил 3 табл. (Л

союз советских социАлистичесних

РЕО"1УБЛИН щ) Н 01 Н "1/04

» (4» >g»»

1 »

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по ижиРетениям и ОтнРытийм пРи Гннт сссР (21) 4772223/07 (22) 21.12,89 (46) 07.11.91. Бюл. Y 41 (71) Особое конструкторское бюро при Заводе металлокерамических приборов (72) Г Л. Мангутов, М. Н.фокин, . Ю.А. Шрайнер и М.Г.Эрлихсон (53) 621 318.56(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 385335, кл. H. 01 H 11/04, 1971.

Патент Польши М 259668, кл. t 05 Г,1978. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

КОНТАКТ-ДЕТАЛЕИ ГЕРКОНОВ (57) Изобретение относится к спосоИзобретение относится к способу изготовления герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов) и может быть использовано в промышленном производстве этих приборов

Термическая обработка контактдеталей производится с целью очистки поверхности контактных покрытий из благородных металлов от загрязнений, увеличивающих сопротивление герконов: Для исключения возможности повторного загрязнения поверхности покрытий термообработку целесообразно осуществлять после герметизации баллона геркона.

Известно техническое решение в котором термообработка контакт-деталей производится пропусканием то„,ЯО„„169ОО11 А1

2 бу изготовления герметизированных магнитоуправляемых контактов и может применяться в промышленном производстве этих приборов. Целью изобретения является повышение качества очистки, снижение повреждения контактных покрытий и предотвращение сваривания контактов. Термообработку осуществляют бесплазменными импульсными разрядами, импульсы тока пропускают в периоды размыкания контактов, направление тока изменяют на противоположные после каждого срабатывания геркона, а переносимый в импульсе тока электрический заряд выбирают из условия 5х х 10 Кл с <) с 1 10 Кл. 2 ил 3 табл. ка высокой частоты через разомкнутые контакт-детали геркона.

Недостатком способа является возможность отслоения и разрушения покрытий при температурах обработки выше 1000 К, что ограничивает верхнюю границу температурного диапазона обработки и снижает эффективность использования данного способа для очистки поверхности контактных покрытий. Другой недостаток способа связан с продолжительным воздействием на контакт-детали плазмы высокочастотного разряда, что приводит к образованию на их поверхности пленок нитридов железа и никеля, которые увеличивают сопротивление герконов. Кроме того, непрерывное тепловое воздействие высокочастотного раз1690011 ряда сопровождается уменьшением твердости покрытий и устойчивости такт-де алей герконов к свариванию.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ термообработки контакт-деталей последовательностью дуговых электрических разрядов, осуществляемый в процессе срабатываний геркпна пропусканием через контакт-детали импульсое тока, Для териообработки контактдеталей используют устройство, в котором геркон с частотой 100-1000 Гц коммутирует цать, содержащую резис- 15 тор и вторичную обмотку трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подают переменное напряжение с частотой 50 Гц. При прерывании тока контакт-деталями геокона на 2О вторичной обмотке трансформатора возникают импульсы напряжения, приводящие к пробою газового промежутка между контакт-деталями и возникновению дугового разряда. Воздействие последовательности дуговых разрядов приво,... т к испарению загрязнений в области осуществления электрического контакта и уменьшению сопротивления герконов. 30

Иедостатком данного способа является сильное повреждение контактHblx покрь1тий в катодных пятнах дугового разряда, что снижает износостойкость покрытий. Количество локаль-35 ных повреждений возрастает вследствие направленного переноса материала с катода на анод, что обусловлено возможностью последовательного образования серии дуговых разрядов при одинаковой полярности напряжения на контак"деталях геркона. Происходящее при обработке сквозное лроплавление покрытий толщиной (1-4) мкм

45 увеличивает диффузионныи поток к поверхности контакт-деталей атомов никеля и железа, которые взаимодействуют с ионизиронанной в дуговом разряде газовой средой баллона и образуют на поверхности пленки нитридов. Вследствие этого снижается качество очистки поверхности контактных покрытий. Другой недостаток данного способа связан с возможностью сваривания контакт-деталей, обус- 55 ловленной возникновением дуговых . разрядов и нагревом поверхности контакт-деталей при их дребезге.

Цель изобретения - повышение качества очистки, снижение степени повреждения контактных покрытий и предотвращение сваривания контактдеталей - достигается тем, что термообработку производят безплазменными импульсными разрядами, импульсы тока пропускают в периоды размыкания после каждого срабатывания геркона, а переносимый в импульсе тока электрический заряд g выбирают из условия

5 ° 10 Клс g с1 ° 10 "K .

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для осуществления пособа, на фиг. 2 - зависимости относительного количества герконов с родиевым контактным покрытием, сопротивление которых не превышает величину R, от R, полученные до {кривая 1) и после (кривая 2) термообработки по заявляемому способу.

Сущность изобретения заключается

s следующем. Обработка осуществляется бесплазменными импульсными разрядами, возникающими в результате автоэмиссии электронов при расстояниях между контакт-деталями геркона (1-10) 10 см и напряженности электрического поля Е )(1-10) 106 В/см,.

Длительность пропускаемых через контакт-детали импульсов тока не превышает 5 10 с, что позволяет предотвратить переход от бесплазменного разряда к дуговому. Вследствие вы" сокой плотности тока, достигающей (1-10) 10 А/м, происходит взрывное

Я испарение микровыступов на катоде.

Воздействие образующихся при этом паровых струй приводит к испарению материала на аноде. В результате на поверхности обеих контакт-деталей образуются эрозионные лунки, глубина которых составляет десятые доли микрометра, что значительно меньше толщины контактных покрытий. Эрозионные лунки на аноде по площади больше, чем на катоде, и окружены валиками, возвышающимися над поверхностью контактного покрытия. Для обес" печения одинаковой обработки обеих контакт-деталей и уменьшения .степени повреждения контактных покрытий, обусловленного направленным переносом материала с анода на катод, направление импульсов тока изменяют на противоположное после каждого срабатывания геркона.

16gO0» покрытия в герконах широко используют родий и сплавы золото-никель, имеющие сильно отличающиеся температуры кипения и плавления, то значения изменяются в широком диапазоне. В заявляемом способе граничные значения определены экспериментально, исходя из условия предотвращения сквозного проплавления покрытия, приводящего к увеличению поверхностей концентрации никеля и железа, и из условия обеспечения требуемой эффективности термообработки.

Проведенный анализ показал, что эффективность термообработки удовлетворяет требованиям герконной технологии при уменьшении сопротивления до установленной нормы не менее, чем у 201 герконов.

Итак, предложенный способ термо" обработки контакт-деталей герконов последовательностью бесплазменных импульсных разрядов позволяет уменьшать сопротивление герконов при снижении степени повреждения контактных покрытий, повышении качества очистки их поверхности и предотвращении сваривания контакт-деталей, т.е. способ обеспечивает получение положительного эффекта.

П р и и е р. Функциональная схема устройства для термообработки контакт-деталей герконов по предлагаемому способу представлена на фиг.1.

Генератор управляющих импульсов (ГУИ) вырабатывает импульсы тока, подаваемые на катушку индуктивности . и обеспечивающие срабатывание геркона с частотой 100 Гц. Генератор импульсов напряжений (ГИН) вырабатывает двухполярные импульсы напряжения амплитудой 250 В, следующие с частотой 50 Гц, которые используются для заряда конденсатора С через резистор R. Фаза импульсов ГУИ смещена относительно фазы импульсов

ГИН таким образом, чтобы выполнялось условие заряда конденсатора С в начале каждого периода размыкания контакт-деталей герконов. Длительность импульсов ГИН составляет

-1 0 мкм, что обеспечивает отсутствие напряжения на контакт-деталях гериона в периоды замыкания.

Ограничение амплитуды импульсов

ГИН позволяет предотвратить возникновение тлеющего и искрового разрядов.

При увеличении количества бесплазменных разрядов происходит перекрытие близкорасположенных лунок и на поверхности контактных покрытий образуются оплавленные области. Бла5 годаря наличию валиков вокруг анолных лунок поверхность оплавленных областей содержит многочисленные участки, возвышающиеся над уровнем покрытия ° Вследствие этого электрический контакт при замыкании геркона осуществляется в оплавленных областях поверхности покрытий обеих контакт-деталей. В результате испарения загрязнений в оплавленных областях сопротивление герконов уменьшается. Качество очистки повышается вследствие преимущественного возникновения разрядов на загряз- 20 ненных участках поверхности, где требуемая напряженность электрического поля значительно ниже, чем на чистой поверхности, а также благодаря незначительной ионизации азота в бесплазменном разряде и вследствие предотвращения сквозного проплавления контактных покрытий. Исключение возможности сваривания контакт-деталей достигается тем, что импульсы тока ЗО пропускают через контакт-детали геркона толЬко в периоды размыкания,что предотвращает нагревание их поверхности при дребезге контакт-деталей, возникающем в период их замы- 35 кания. Время обработки, определяемое из условия обеспечения необходимой производительности, не должно превышать 20 с.

При черезмерно малых размерах лунок обработка в течение этого времени не приводит к перекрытию эрозионных лунок и образованию оплавленных областей на поверхности контактных покрытий. В этом случае загрязнения из зоны контактирования удаляются не полностью и сопротивление герконов может остаться высоким. Чрезмерное увеличение размеров эрозионных лунок приводит к сквозному проплавлению контактных покрытий, Для того, чтобы оплавленные области образовывались при субмикронной глубине эрозионных лунок, необходимо оптимальным образом выбирать величину электрического заряда Ч, лере, носимого в импульсе тока. Поскольку в качестве материала контактного

1690011

Обработка осуществляется следующим образом. При возникновении зазора между контакт-деталями геркона начинается заряд конденсатора С сопровожУ

5 дающийся увеличением напряжения на контакт-деталях U и напряженности электрического поля E. При Е ) (Il0), 10 В/см возникает бесплазменный разряд и через контакт-детали геркона протекает импульс тока. При этом конденсатор быстро разряжается и напряжение U уменьшается до нуля.

Длительность импульсов тока при С = (5-500) пФ не превышает 5 ° 10 с.

В следующий период размыкания полярность импульса ГИН и направление протекания тока через контакт-детали геркона изменяются на противоположные, Переносимый в импульсе тока электрический заряд находится из выражения Q = С U, где С вЂ” емкость конденсатора, à U — амплитуда напряжения на контакт-деталях, соответствуюшая моменту возникновения разряда. Таким образом, данное устройство ;беспечивает проведение термообработки контакт-деталей герконов бесплазменными импульсными разрядами в периоды размыкания контакт-де- 30 талей при изменяемом после каждого срабатывания направлении протекания импульсов тока.

Определение эфФективности термообработки осуществлялось следующим образом. Были отобраны 250 шт. миниатюрных герконов типа ИКА-10-3 с сопротивлением выше установленной нормы 0,16 Ом, Обработка герконов про-. изводилась в течение 10 с, а элек- 40 трический заряд Ч, переносимый в одном импульсе, составлял 1 ° 10 8 Кл.

Ни у одного из обработанных геркоHoB cBBpMBRHHR контакт-деталей не наблюдалось. На фиг. 2 показаны за- 45 висимости относительного количества геркона, сопротивление которых не превышает величины R, от R до и госле обработки. Видно, что после обработки у 901 герконов R не пре- 50 вышает 0,16 Ом, Исследование контакт-деталей методом растровой электронной микроскопии показало, что при обрабстке HR поверхности родиевого покрытия образуется оплавленная область, содержащая перекрывающиеся мелкие эрозионные лунки, окруженные валиками (Фиг.3).

Анализ контакт-деталей методом электронной o*e-спектроскопии показал, что на поверхности родиевого покрытия вне оплавленной области присутствует значительное количество примесей - К„ О, $, С, Fe, Ni, N (табл.l): Наличие калия обусловлено разложением оксида калия, вхо" дящего в состав стекла баллона, и конденсацией калия на поверхности контакт-деталей в процессе заварки геркона, Сера и углерод соосаждаются с родием при электрохимическом нанесении покрытия, Сегрегация железа и никеля на поверхности происходит в результате зернограничной ди44узии этих элементов через родиевое покрытие при заварке геркона. Азот адсорбирован из атмосферы баллона геркона. Попадающий в баллон геркона при заварке кислород адсорбируется и связывается на поверхности контакт-деталей с калием, железом и никелем, В результате на поверхности контакт-деталей образуются пленки плохопроводящих окислов. При обработке по заявляемому способу происходит очистка поверхностей в оплавленной области: резко уменьшается концентрация калия и кислоро-да, полностью отсутствуют железо и никел ь (табл, 1) .

Проведенные исследования показали, что основной причиной увеличе" ния сопротивления герконов является наличие на поверхности контакт-деталей пленок окислов калия, железа и никеля. Поскольку после обработки электрический контакт осуществляется по микровыступам на поверхности оплавленных областей, в которых снижена концентрация К, О, Fe и Ni, то термообработка приводит к уменьшениЮ сопротивления герконов что и наблюдается в эксперименте (йиг.2).

Отсутствие железа и никеля в оплавленной области и незначительная концентрация азота свидетельствуют о том, что при термообработке сквозного проплавления родиевого покрытия не происходит и пленки нитридов на его поверхности не образуются. Испытания герконов типа ИК-10-3, обработанных по заявляемому способу в указанном режиме, показали, что их наработка соответствует требованиям, 1690011

Таблица 1

Состав поверхности родиевого контактного покрытия, ат.а, при g = 1 "10 Кл

Состав примеси, ат.2

Зона покрытия

Г

Rh (R, ) 0 (Ni Fe J N (S

Вне области оплавления

В области оплавления

7,0 41,5 20,3 4,0 3,9 1,3 11,9

56,4 11,3 8,1 О

0 33 118

9,1

Таблица 2

Состав поверхности контактного покрытия в оплавленной области, ат.т, в зависимости от заряда Q

Состав поверхности контакт-деталей, ат,т, Заряд

11, Кл Г"

s c

Л (103 45 56 41 12 ° 7 121

1 1О

38,8

11,9

5 1О

2,1 11,2 16,1 17,9 4,4 14,5 13,2

20,6 предъявляемым к долговечности серийных приборов. .При проведении термообработки в граничных и выходящих за указанные в заявляемом способе граничные значения Q условиях было установлено следующее. Если Q больше или равно

1 10 Кл, то на поверхности контактдеталей с родиевым покрытием в оплавленной области увеличивается концентрация никеля и железа, причем с ростом Q содержание Fe u Ni возрастает (табл.2), Обнаружение значительного количества железа и никеля в области обработки свидетельствует о том, что в результате термообработки при Q > 1 10 " Кл происходит сплошное проплавление покрытия ° В результате этого снижается электроэрозионная стойкость покрытия и рабочий ресурс герконов. Кроме того, при Q = 5 ° 11! Кл размеры единичных расплавов сильно возрастают и у отдельных герконов в процессе обработки наблюдается сваривание контакт-деталей, Для определения нижней границы использовались герконы ИКА-2710 1, сопротивление которых было выше нормы О,l Ом. Было установлено, что если не превышает

5 ° 10 Кл, то при термообработке

20 с возникающие единичные сплавленные лунки на покрытиях из сплава золото-никель имеют субмикронные размеры и не перекрываются, а сопротивление более 806 герконов после термообработки остается выше нормы.

При Q = 9 l Кл у 756 герконов со1О противление становится меньше нормы (табл.3) .

Внедрение предлагаемого способа позволит существенно уменьшить процент технологических потерь, связанных с повышением сопротивления герконов ° .

Формула и з о б р е т е н и я

Способ термической обработки контакт-деталей герконов последователь. ными электрическими разрядами, осуществляемый в процессе срабатываний геркона пропусканием через контактдетали импульсов тока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества очистки, сниже25 ния степени повреждения контактных покрытий и предотвращения сваривания контакт-деталей, термообработку производят бесплазменными импульсными разрядами, импульсы тока пропускают

30 в периоды размыкания контакт-деталей, направление тока изменяют на противоположное после каждого срабатывания геркона, а переносимый в импульсе электрический заряд О выбирают из словия 5 .IA Кл (Q (1-10 Кл.

1690011

Табли ца 3

Относительное количество герконов MKA-27101 сопротивление которых выше нормы 0,1 Ом, до и после обработки, Относительное количество герконов

До обработки

100

После обработки при

Я=9х хtO Кл

После обработки при

Я = 5 10 Кл

После обработки при

Q = 3 10 Кл

1690011

Составитель Г.Мангутов:

Техреду А.Кравчук КоРРектоРМ.СамбоРскав

Редактор В.Данко

Заказ 1075 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK-35, Рауш кая наб,, д. i/5

Производ твенно-издательск ш комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101