Проволока из серебросодержащего материала для изготовления электрических контактов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению серебросодержащих электроконтактных материалов, предназначенных для работы в низковольтной коммутационной аппаратуре постоянного тока. Предложена проволока из композиции серебро - 7-13 мас.% оксида олова, имеющая на поверхности оболочку из сплава серебро-олово. Толщина оболочки составляет не более 2% от диаметра проволоки. Техническим результатом является увеличение пластичности проволоки и повышение прочности сварного соединения с недрагоценными металлами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению серебросодержащих контактных материалов и электрических контактов, предназначенных для работы в низковольтной коммутационной аппаратуре постоянного тока.

Проволока из серебра и серебросодержащих материалов широко используется для изготовления электрических контактов [1]. Контакты из проволоки изготавливают двумя различными методами.

Во-первых, методом холодной высадки, при котором получают контакты заклепочного типа (в форме грибков, например, по ГОСТ 25852-83). Соотношение диаметра ножки, который соответствует диаметру проволоки, и диаметра формируемой головки обычно составляет 1:2, поэтому проволока должна обладать способностью к пластической деформации.

Во-вторых, методом наварки отрезков проволоки к недрагоценной основе (к ножке из меди или непосредственно к контактодержателю коммутационного аппарата) точечной сваркой с последующей формовкой головки контакта из приваренного отрезка проволоки. При использовании этого метода материал проволоки должен обладать хорошей способностью к свариванию с недрагоценной основой.

Известны проволока для изготовления электрических контактов из чистого серебра [2] и проволока из композиции серебро - 10 мас.% никеля [3]. Материалы обоих видов проволок обладают хорошей пластичностью и способностью свариваться с основой из недрагоценных материалов. То есть оба вида пригодны для изготовления контактов. Однако есть существенный недостаток - склонность к "иглообразованию" при коммутации постоянного тока, а контакты из композиции серебро - 10 мас.% никеля имеют к тому же повышенную склонность к свариванию. (Для справки: "иглообразованием" называется процесс направленного массопереноса с контакта одной полярности, обычно с анода, на контакт другой полярности, после чего на одном контакте образуется кратер, а на другом - нарост игла, в результате чего происходит ухудшение контактирования при коммутации тока и снижение надежности коммутационного аппарата).

Другое известное решение - проволока из композиции серебро - (7-13) мас. % оксида олова [4]. Этот вид проволоки свободен от вышеописанных недостатков и является наиболее близким техническим решением, взятым автором за прототип. Однако проволока из этого материала недостаточно пластична. В результате при высадке контактов из проволоки в материале головки могут образовываться трещины, что является браковочным признаком при производстве контактов. Кроме того, композиция серебро-оксид олова обладает стойкостью против сваривания. Поэтому при креплении отрезков проволоки к основе из недрагоценных материалов методом контактной сварки надежность сварного соединения не обеспечивается, прочность соединения низка. В результате контакты могут отскакивать от основы при коммутации тока, что приводит к выходу коммутационного аппарата из строя. Таким образом, недостатками известного технического решения являются плохая способность проволоки к пластической деформации без разрушения и низкая прочность ее соединения с недрагоценной основой методом точечной сварки.

Сущностью изобретения является увеличение пластичности проволоки из композиции серебро - (7-13) мас.% оксида олова и повышение прочности соединения ее с недрагоценной основой методом точечной сварки за счет создания на поверхности проволоки оболочки из сплава серебро-олово. Толщина этой оболочки должна составлять не менее 2% от диаметра проволоки.

Пластичный материал оболочки серебро-олово препятствует образованию трещин в материале головки при высадке контакта из проволоки.

Прочность соединения отрезков проволоки с основой из недрагоценных металлов увеличивается за счет того, что контактирование соединяемых точечной сваркой деталей происходит по материалу оболочки, не содержащему включений оксида олова, а именно оксид олова и препятствует качественной сварке. Поэтому наиболее благоприятным для сварки является горизонтальное расположение отрезка проволоки на основе из недрагоценных металлов, при котором контактирование происходит полностью на поверхности оболочки.

Чем толще оболочка, тем выше способность проволоки к пластической деформации без разрушения и выше прочность соединения отрезков проволоки с основой методом точечной сварки. Максимальная толщина оболочки определяется технологическими требованиями производства проволоки и требованиями к потребительским свойствам материала (доля композиции серебро - оксид олова в общей массе проволоки должна быть достаточной, чтобы сохранить комплекс свойств, присущий этой композиции).

При толщине, меньшей 2% от диаметра проволоки, оболочка не предотвращает появление трещин на головке контактов при их высадке из проволоки и не обеспечивает высокое качество сварного соединения отрезка проволоки с недрагоценной основой.

Оболочка на проволоке формируется путем термической обработки прутка, предназначенного для волочения, проволоки промежуточного диаметра или проволоки окончательного диаметра в атмосфере водорода при температурах (600-750)^oС. При нагревании водород проникает внутрь проволоки или прутка и восстанавливает оксид олова до олова. Олово диффундирует в серебряную матрицу, образуя сплав серебро-олово. При температуре ниже 600^oС процесс восстановления оксида олова затруднен и толщина оболочки крайне мала. При температуре выше 750^oС получение оболочки требуемой толщины трудно контролировать. В заданном интервале температур получение оболочки требуемой в каждом конкретном случае применения толщины обеспечивается выбором температуры и времени выдержки при этой температуре: чем выше температура и время выдержки, тем больше толщина оболочки из сплава серебро-олово.

Процесс изготовления проволоки из композиции серебро - (7-13) мас.% оксида олова с оболочкой из композиции серебро-олово включает следующие этапы.

Сначала методом соосаждения или смешивания получают смесь серебро - (7-13) мас.% оксида олова. Затем из полученной смеси прессуют брикет диаметром 85 мм, который спекают, а затем при температуре 300^oС экструдируют в прутки диаметром 7 мм. Полученные прутки волочат с промежуточными отжигами в проволоку диаметром 1,5 мм. Проволоку отжигают в атмосфере водорода различное время и при разных температурах для получения оболочек из сплава серебро-олово толщиной: 14 мкм (около 1% от диаметра проволоки 1,5 мм), 30 мкм (2% от диаметра 1,5 мм), 55 мкм (3,7% от диаметра 1,5 мм) и 95 мкм (6,3% от диаметра 1,5 мм).

Примеры конкретного исполнения Пример 1 Диаметр проволоки из композиции серебро - оксид олова 1,5 мм.

Толщина оболочки из сплава серебро-олово 2% от диаметра проволоки получена отжигом в водороде при 650^oС в течение 20 мин.

Пример 2 Диаметр проволоки из композиции серебро - оксид олова 1,5 мм.

Толщина оболочки из сплава серебро-олово 3,7% от диаметра проволоки получена отжигом в водороде при 700^oС в течение 30 мин.

Пример 3 Диаметр проволоки из композиции серебро - оксид олова 1,5 мм.

Толщина оболочки из сплава серебро-олово 6,3% от диаметра проволоки получена отжигом в водороде при 750^oС в течение 40 мин.

Пример 4 Диаметр проволоки из композиции серебро - оксид олова 1,5 мм.

Толщина оболочки из сплава серебро-олово 1% от диаметра проволоки получена отжигом в водороде при 620^oС в течение 30 мин.

Для подтверждения технического результата испытывались контакты, изготовленные из проволоки диаметром 1,5 мм, - с оболочкой согласно заявляемому изобретению (вышеописанные примеры 1-3), - толщина оболочки которой выходила за указанный в формуле минимальный предел 2 мкм (пример 4), - которая не подвергалась отжигу в восстановительной атмосфере водорода, т.е. оболочка отсутствует.

Для оценки способности проволоки к пластической деформации без разрушения из полученной проволоки на автоматах МВК-01 высадили контакты с диаметром головки 2,5 мм (типоразмер СГ 2547 по ГОСТ 25852-83). Под бинокулярным микроскопом МБС 9 оценивали поверхность головок 100 контактов от партии. По числу контактов, на головках которых наблюдаются трещины, оценивали способность проволоки к пластической деформации без разрушения: последняя тем выше, чем на меньшем количестве контактов замечены трещины.

Для оценки прочности соединения проволоки с недрагоценной основой использовали отрезки проволоки длиной 4 мм и пластины из латуни Л63 толщиной 0,5 мм. Отрезок проволоки располагали на пластине горизонтально (ось проволоки параллельна поверхности пластины) и приваривали на установке точечной сварки типа МТ - 7.01. От каждой партии проволоки использовали по 10 отрезков. Затем определяли усилие среза по границе сварного соединения проволоки с пластиной, по величине которого оценивали прочность соединения.

В таблице приведены результаты испытаний.

Результаты испытаний показали, что трещины на головках контактов, высаженных из проволоки с оболочкой, отсутствуют (примеры 1-3), а прочность соединения методом точечной сварки отрезков проволоки с оболочкой существенно выше (примеры 1-3), чем отрезков проволоки-прототипа (пример 5). Уменьшение толщины оболочки до значений, меньших 2% от диаметра проволоки, приводит к появлению трещин на отдельных контактах из выборки (пример 4), а прочность сварного соединения такой проволоки с основой из недрагоценного металла несколько ниже (120 Н в примере 4 по сравнению со 190, 220, 240 Н в примерах 1-3).

Таким образом, заявленная проволока из серебросодержащего материала для изготовления электрических контактов имеет хорошую пластичность и обеспечивает высокую прочность сварного соединения с недрагоценными металлами.

Литература 1. Мастеров В.А., Саксонов Ю.В. Серебро. Сплавы и биметаллы на его основе. М.: Металлургия, 1979, 296 с.

2. ГОСТ 25852083. Контакт-детали электрические из благородных металлов и сплавов на их основе.

3. ТУ 117-1-793-91. Проволока из спеченного материала марки СрН90.

4. Kontaktwerkstoffe auf Silber-Basis. Информационный материал фирмы Doduco. Printed in Germany 10/95.2. Pforzheim. 12 s.

Формула изобретения

1. Проволока из серебросодержащего материала для изготовления электрических контактов, выполненная из композиции серебро - (7-13) мас.% оксида олова, отличающаяся тем, что поверхность проволоки имеет оболочку из сплава серебро-олово.

2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что толщина оболочки из сплава серебро-олово составляет не менее 2% от диаметра проволоки.

РИСУНКИ

Рисунок 1