Металлокерамический биметаллический электрический контакт

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е (ii)907602

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.06.80 (21) 2967103/24-07 с присоединением заявки ЭЙ— (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 01 Н 1/02

9кударотекииый комитет

СССР ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 23.02.82 (З) УЛК 621.. ,066.6 (088.8) А. Б. Альтман, Б. И. Баскаков, В. А. Беляк

Э. С. Быстрова, Я. А. Глускин, И. П. Мелаш

В. П. Мещеряков, И. Д. Растанаев и Л. К (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский инстит (54) METAËËOÊÅPAMÈ×EÑÊÈÉ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к биметаллическим электрическим контактам и предназначается для использования в электроаппаратостроении в низковольтных электрических аппаратах.

В технике широко используются электрические контакты из серебросодержащих материалов, на что ежегодно затрачиваются сотни тонн серебра. Один из основных путей экономии серебра в контактах — изготовление их в биметаллической форме, в виве двух слоев, с нижним крепежным слоем (подслоем) из неблагородных медьсодержащих материалов (типа нейзильбера, латуни и др.) и верхним рабочим слоем из серебросодержащего материала, например, композиции на ос11ове Ag — Ni, Ад — МеО (1).

Контакты с подслоем из медных сплавов, имеющих в своем составе цинк и другие лег20 коисправляющиеся материалы, неприемлемы для изготовления методами порошковой металлургии, так как добавки испаряются в процессе спекания, при этом дестабилизируется химический состав подслоя и качество контактов ухудшается.

Известны также биметаллические электрические коптакты с подслоем из- никеля (100 o Ni) (2).

Недостатком контактов с никелевым подслоем является сложность их прессования, обусловленная тем, что из-за присущей никелю ферромагнитности, последний во время прессования сцепляется с элементами прессинструмента, сохраняющими остаточную намагниченность по условиям изготовления. Это приводит к заклиниванию прессинструмента, невозможности осуществления прессования в автоматическом режиме и браку контактов по микроструктуре, пк как материал подслоя попадает в рабочий слой.

Однако для выполнения операции пайки они требуют припоев на основе серебра. Припои на медной основе для пайки контактов с никелевым подслоем практически неприемлемы.

Наиболее близким к предлагаемому являются металлокерамические биметаллические

3 907602 контакты с рабочим слоем из серебросодержащего материала и подслоем из меди (3j.

По действующей металлокерамической технологии для получения требуемых электрических и прочностных свойств у серебросодержащих контактов спекание их производится при температуре 800 — 950 С.

Контакты с рабочим слоем из серебросодержащего материала и подслоем из меди имеют низкое качество, так как спекание 10 контактов производится при температуре, не превышающей 780 С. При 780 С и выше в процессе спекания происходит диффузия меди в серебросодержзщий слой с образованием Ag — Cu — эвтектики с температурой 1$ плавления 780 С, что приводит к расслоению или к расплавлению контактов в процессе их изготовления.

Цель изобретения — улучшение качества металлокерамического биметаллического элект- эф рического контакта.

Указанная цель достигается тем, что в известном металлокерамическом электрическом контакте, содержащем рабочий слой из серебросодержащего материала и подслой из меди, 2$ в материал подслоя дополнительно введен никель при соотношении ингредиентов, мас.%:

Никель 10 — 25

Медь Остальное

Использование для подслоя Cu — Ni — ма-щ териала при содержании в нем никеля в количестве не менее 10% позволяет применить ранее не использовавшееся свойство материала, заключающееся в том, что при высокотемпературном нагреве практически исключается диффузия меди из подслоя в рабочий слой. легкоплавкая Ag — Cu ýâòåêòèêà не образуется, и готовый контакт обладает требуемыми электрическими и прочностными характеристиками. Максимальное содержание никеля в данном материале 25%. Поскольку дальнейшее увеличение содержания Ni приводит к существе ному росту электросопротивления, что ухудшает эксплуатационные характеристики аппаратов, и необоснованному удорожанию

4$ контактов.

Предлагаемые металлокерамические биметаллические контакты с медноникелевым подслоем могут изготовляться с рабочим слоем из серебра (100% Ag), композиций серебра с окисью кадмия, окисью меди, никелем, графитом и т,д.

На фиг, 1 (a,á,â) представленамикроструктура контактов с рабочим слоем из композиции 85% Ag/15% CdO и с подслоем из $$

Cu — Ni — материала, без травления, увеличение

100; на фиг, 2 — зависимость микротвердости контактов (с рабочим слоем из ком4 — 10

400-500

4 позиции 85% Ag/15% CdO и с подслоем из

Cu — Ni— - материала) от состава подслоя.

Состав подслоя для контактов(см.фиг.1);%: а) и 10; Си 90 б) Ni 15; Си 85 в) Ni 25; Си 75

Состав подслоя при испытании микротвердости контактов от состава подслоя(см.фиг.2) %;

1. Ni 10; Си 90

2,Ni15; Си85

3. Ni 20; Си 80

4. Ni 25; Си 75

5. Ni 30; Си 70

Контакты изготовляются по металлокерамической технологии.

Схема технологического процесса осуществляется смешением порошков меди и никеля в необходимом для получения материала под слоя контактов соотношении; смешение порошков исходных компонентов, необходимых для получения материала рабочего слоя контактов, последовательной засыпкой смесей в полость матрицы прессформы; лрессованием контакта; спеканием контакта; допрессованием контакта и отжигом контакта, Возможно также использование готового порошка из Cu — Ni сплава нужного химического состава, в этом случае первая операция не производится.

Возможно. также применение других видов технологического процесса, например, двукратное спекание-допрессование контактов или изготовление биметаллических контактных материалов с подслоем из предлагаемого Cu — Niматериала в виде заготовок, из которых после дополнительной обработки давлением и резанием получают контакты, В качестве примера даны основные технологические параметры изготовления биметаллических контактов с рабочим слоем из композиции 85% Ag/15% CdO с мелкодисперсной структурой и подслоем из медноникелевого материала:

Давление прессования, тс/см 1 — 6

Температура спекания, С 800 — 950

Продолжительность спекания, ч 0,5-2,0

Среда спекания и отжига А з о т

Давление допрессования, тс/см

Температура отжига, С

Продолжительность отжига, ч 0,5 — 1,0

Изготавливают и испытывают образцы контактов 10 х 8 х 2,2 мм иф8х2,2 ммс рабочим слоем 85% Ад/15% CdO с мелкодис персной структурой и подслоем из Cu — Ni — материала с содержанием никеля 0,5 — 30%, и для

5 907602 сравнения из чистой меди (100 Cu) В случае подслоя из чистой меди (100% Cu), а также при концентрации никеля в материале 5% и менее (остальное медь), все образцы контактов при спекании расплавились или рассло- 5 ились по границе ра ючий слой-подслой. При

7% Ni из спекавшихся контактов расслоилось

10 o (расплавления не было), остальные конРасплавилось

100

0,5

Расплавилось

Расслоилось

1,0

Расплавилось

Расслоилось

Расплавилось

Расслоилось

3,0

5,0

Расплавилось

Расслоилось

Расслоилось 10

Дефектов не имели 90

7,0

10,0

Без дефектов

То же

100

15,0

100

20,0

100

25,0

100

30,0

100

Остальное медь.

Чтобы оценить характер физико-химического взаимодействия между медью и серебром в зоне границы подслой — рабочий слой контактов, исследуют микроструктуру образцов контактов изготовленных по указанному тех 45 нологическому процессу, и проводят определение микротвердости. Структуру и микротвердость изучают на поперечном осевом разрезе контактов 10 х 8 х 2,2 мм.

Металлографический анализ и определение микротвердости показывают, что при содержании в подслое 10 — 25% Ni граница между подслоем и рабочим слоем выражена резко, признаков проникновения меди в серебросодержащий рабочий слой нет (см. фиг. 1 и 2).

Для оценки механической прочности сцеп- 5 ления рабочего слоя 85% Ag/15 0 CdO с подслоем из Cu — Ni — материала (состава 10 — 25%

Ni, остальное — медь) контакты ф 8 х 2,2 мм такты дефектов не имеют. При 10 — 25% Ni, а также при 30% Ni расплавления или расслоения контактов нет. На этих контактах нет также вздутий или других дефектов.

Результаты спекания контактов с рабочим слоем из композиции 85% Ag/15% CdO u подслоем из меди и Cu — Ni— - материала приведены в таблице.

1 подвергают обжатию по диаметру между плитами пресса. После деформации на 50% (по диаметру) признаков разрушения контактов в виде трещин и других дефектов не обнаружено. Таким образом, прочность сцепления между рабочим слоем контактов и Cu — Ni— подслоем высокая.

По всему комплексу характеристик (химический состав, плотность, твердость, удельное электросопротивление, микроструктура) испы- . танные контакты с Cu — Ni — подслоем полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ 19725 — 74 к контактам типа КМК-А10м. Высокие физико-механические свойства контактов с Cu — И в подслоем обусловливаются проведением спекания при температуре до 950 С, что невозможно для известного, допускающего нагрев до

780 С.

907б02 2

I 0 сравнению с базовым объектом (биталлическими контактами с рабочим слоем

- ..=- серебросэдержащих материалов к подслоем .-;э никеля !00% марок КМК-А10мн, СНЗОмп, СН29ГЗмн) пецлагаемь|е кочтакты более тех,логичны «следствие упрощения процесса

; ., .Сна= я " -ээ 01 ситствия дэеоромагнчтнос- ",Д! ." ° ." )01IEгв ВЫС« Кгъ КаЧЕСТВО

-.,ход годной продукции из-эа уменьшения ..Тно " II0 агза":- ИЯ гяатЕРПЭЛа ПОДСЛОЯ В г ..0 ::гггь ТС . КОЕИ:.:, Ynl <. Мсд ЫКЧКЕЛЕВЫМ з .. з:., . Ы I;0ЭВС" !. Ю г B-.i Õ0"..ÍEIÒÜ ИХ IIBBE<) НЕ" . —,».;,-„;;.-0COP.:>. ." I,ИМЧ, :, ЕЙНЫМИ) ПРИгТОЯМУ

" -Гггг г»-, IP" ЭН .:„гГ|тс гГЬГ" гщ,1," огТО..„ДРР лЕ„

;, -о,.,:.-„ "«к . и б:гi,in га т рчег дд слой из серебросодержащего материала и подслой из меди, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества контактов, в материал подслоя дополнительно содержит никель при сгедующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Никель )0 25

Медь Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе!. Авторское свидетельство СССР N 517949, кл. Н 01 Н 1/02, 1974. 5 2. ГОСТ 19725 — 74, с, 3, 4.

3..Альтман A. 5, и др. Ь .",ета1локерамические электротехнические изделия. ЦБТИНИИэлектро.

Iiр0мышленности, 1959, с..(0;,лоототип), 907602

ЮооЫои

r г

Райсгии спои

РЖ 1Ж М Р5 Ж Db >N

Расстояние отлечатноб 0m границы о между раоочик слое т илодЬк е ч; тт

Составитель Н.Глеклер

Техред Е. Харитончик

Репактор Н. Бобкова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 602/60 Тираж 758

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Корректор М. Коста

Подписное