Способ изготовления контакт-детали жидкометаллического геркона

 

Использование: в электротехнике, в частности в способе изготовления контакт-детали жидкометаллического геркона, по условиям эксплуатации подвергающегося воздействию повышенной температуры окружающей среды, и может быть использовано при создании жидкометаллических герконов с рабочей температурой от 25 до 300°С, применяемых в составе геофизической аппаратуры разведки сверхглубоких скважин. Сущность изобретения: способ включает нанесение на основу контакт-детали покрытия напылением в вакууме. Перед нанесением покрытия основу подвергают обработке ионами высокой энергии, а в качестве покрытия наносят слой металла или сплава с суммарной растворимостью в ртути более 10 мае. % при комнатной температуре, причем толщина слоя должна быть не менее 0,15 мкм. Способ позволит повысить надежность ртутного геркона в работе при рабочих температурах окружающей среды до 300°С. 1 табл (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 Н 1/66 ф IW .1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4862416/07 (22) 26,06,90 (46) 23.07.92. Бюл. %27 (71) Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов Гипроцветметобработка" и Особое конструкторское бюро "Вега" (72) M;A,Алаев, В.Н.Карпов, Л.М,Островская, В,Н.Родин и Л.T.Êèðüÿíoíà (56) Патент Англии

N-1219204,,кл;. Н 01 Н /08, 1971.

Патент США

N 3491219, кл. Н 01 Н 3/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

N 1179447, кл, Н 01 Н 11/04, 1984. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТДЕТАЛИ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ГЕРКОНА (57) Использование; в электротехнике, в частности в способе изготовления контакт-деИзобретение относится к электротехнике, в частности к способу изготовления контакт-детали жидкометаллического геркона, по условиям эксплуатации подвергающегося воздействию повышенной температуры окружающей среды, и может быть использовано при создании жидкометаллических герконов с рабочей температурой от 25 до

300 С, применяемых в составе геофизиче-, ской аппаратуры разведки сверхглубоких скважин.

Надежность и долговечность жидкометаллического, в частности ртутного, геркона, работающего при повышенных рабочих температурах окружающей среды, определяются, главным образом, качеством смачи„,5U 1749929А1 тали жидкометаллического геркона; по условиям эксплуатации подвергающегося воздействию повышенной температуры окружающей среды, и может быть использовано при создании жидкометаллических герконов с рабочей температурой от 25 до

300 С, применяемых в составе геофизической аппаратуры разведки сверхглубоких скважин. Сущность изобретения: способ включает нанесение на основу контакт-детали покрытия напылением в вакууме, Перед нанесением покрытия основу подвергают обработке ионами высокой энергии, а в качестве покрытия наносят слой металла или сплава с суммарной растворимостью в ртути более 10 мас. 7 при комнатной температуре, причем толщина слоя должна быть не менее 0,15 мкм. Способ позволит повысить надежность ртутного геркона в работе при рабочих температурах окружающей среды до 300 С, 1 табл. вания поверхностей контакт-деталей жидким металлом при этих температурах..

Смачиваемость поверхностей контактдеталей определяется свойствами конструкционных материалов, из которых изготовлены эти контакт-детали.

Подвижная контакт-деталь жидкометаллических, в частности ртутных, герконов изготавливается из ферромагнитных сплавов с нанесенным вакуумным напылением или электрохимическим осаждением покрытием из сложнолегированных медно-никелевых сплавов, обладающих хорошей смачиваемостью и высокой стойкостью к ртутной среде.

1749929. Ртутные герконы, изготовленные с использованием указанных сплавов, обладают высокой долговечностью при комнатной температуре, Известно изготовление контакт-детали 5 и ртутного геркона путем нанесения на основу контакт-детали из пермаллоя в вакууме сплава, содержащего, мас.%: медь 30 — 50; олово I -5;титан 0,1 в 10;никельостальное, Изготовление контакт-детали указан- 10 ным выше путем позволило повысить долговечность ртутного геркона, работающего при температурах окружающей среды до

300 С, 15

Однако надежность ртутного геркона, контакт-деталь которого получена известным способом, недостаточно высока (количество сбоев пооядка 100 на число коммутаций 1 10 ). 20

Сбои в работе геркона происходят из-за постепенного осушения смоченных ртутью поверхностей контакт-деталей (в основном подвижной контакт-детали) в результате перекрытия капиллярных каналов,.имеющих- 25 ся на подвижной контакт-детэли, по которым ртуть поступает в контактную зону, продуктами взаимодействия ртути с материалом покрытия.

Продукты взаимодействия образуются 30 в результате протекания рвстворно-осадительных процессов при термоциклировании в интервалетемператур 25-300OÑ. Позтому для повышения надежности работы ртутного геркона (снижения количества сбоев) при 35

3000С необходимо контакт-детали изготавливать иэ материалов, не образующих продуктов взаимодействия и хорошо смачиваемых ртутью.

Цель изобретения — повышение надеж- 40 ности в работе ртутного геркона при рабочих температурах окружающей среды до

300 С, Для достижения поставленной цели разработан способ изготовления контакт- 45 детали жидкометаллического геркона, включающий нанесение на основу контактдетали покрытия напылением в вакууме, при котором перед нанесением покрытия

° основу контакт-детали подвергают обработ- 50 ке ионами высокой энергии, а в качестве покрытия наносят слой металла или сплава с суммарной растворимостью в ртути более

1 10 з мэс, % при комнатной температуре. причем толщина слоя должна оыть не менее 55

0,15 мкм.

Предлагаемый способ позволяет использовать в качестве основы контакт-детали труднорастворимые в ртути материалы с суммарной растворимостью при комнатной температуре менее 1.10 мас,%. Эти материалы, как правило, являются одновременно и трудносмачиваемыми ртутью или а мал ьгамами.

Повышение смачиваемости труднорастворимого материала основы контакт-детали обеспечивается зэ счет обработки ее повер- хности ионами высокой энергии, т.е, за счет создания поверхности с высокой поверхностной энергией, Высокоэнергетическое .состояние по.верхности основы сохраняется благодаря наносимомупокрытию из материала.(металла или сплава) толщиной не менее 0,15 мкм и растворимостью в ртути более 1 10 мас.%, наносимого непосредственно после ионной обработки, В процессе изготовления геркона покрытие растворяется в ртути при воздействии температуры (350 + 30) С, образуя с ртутью амальгаму.

В контакте со ртутью оказывается труднорастворимая основа с высокоэнергетическим состоянием поверхности, которая хорошо смэчивается образовавшейся амальгамой.

1Лаксимэльная толщина наносимого покрытия ограничивается предельной растворимостью материала покрытия в ртути при комнатной температуре. Слой покрытия менее 0,15 мкм не обеспечивает сохранность поверхности основы в высокоэнергетическом состоянии из-за большой пористости покрытия, что ведет к окислению поверхности основы и исключает смачиваемость ее ртутью. В общем случае количество растворенного материала не должно превышать предельную растворимость его в ртути при комнатной температуре, что исключает образование твердой фазы на поверхности контакт-детали. Так, например, предельная растворимость составляет для Ag(0,03);

Au(0,13); Cd(5,0); Sn(0,87); Cu(2 10 з) мас:%, Покрытия из материалов с растворимостью менее 1 10 мас.% частично или полностью не смачиваются ртутью.

В таблице приведены данные по влиянию толщины покрытия из различных материалов на надежность работы ртутного (жидкометаллического) геркона. Основа контакт-детали выполнена из пермаллоя

52Н-ВИ и подвергнута ионной обработке.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет повысить надежность работы жидкометаллического геркона в б—

10 раз.

Способ осуществляют следующим образом. t749929 ст ису

Ст фа пса ние тн е су» тт фа тае ису ут фа же пса ние хе сут и фа ате ису и фа

To w

ron ние ие сут и фа тес рису си ф

Контакт-деталь в состоянии поставки подвергают предварительному обезжириванию в трихлорэтилене (ТУ 6-09-1012-74) или четыреххлористом углероде (ТУ 093219-75), После обезжиривания контакт-деталь размещают в вакуумной камере и проводят ионную обработку в одном цикле, Технологический процесс ионной обработки и распыления покрытия осуществляется на вакуумной установке УВН-2М-1, дополнительно оснащенной источником ионной обработки типа ИИ-4-0,15 и источником магнетронного распыления МАГ-5, В качестве рабочего газа используется аргон. После нанесения покрытия контактдеталь охлаждается в вакууме в течение 30 мин и извлекается.

Пример. Подвижная контакт-деталь, изготовленная из пермаллоя марки 52Н-ВИ, площадью 90 мм размещается и закрепляется в вакуумной камере. установки УВН2М-1 на расстоянии 80 мм от источника.

Ионная обработка осуществляется в режиме: ускоряющее напряжение 7 кВ, ионный ток 40 МА, давление аргона в камере

1,33 10 Па, время обработки 15 мин.

После ионной обработки, в едином технологическом цикле (без вынесения контакт-детали из вакуумной камеры в атмосферу) контакт-деталь располагается напротив распыляемой мишени, изготовленной из олова.

Режим нанесения покрытия: напряжение на катоде 650 В, ионный ток 0,4 А, давление аргона в камере 1,33 10 Па, время

-1 нанесения 10 мин, толщина покрытия составляет 0,3 мкм.

Контакт-деталь с нанесенным покрыти5 ем устанавливается в арматуру геркона, производится откачка оболочки геркона до

0,133 Па, затем в геркон вводится ртуть в количестве 4,5 r и водород давлением 1,6

МПа. I0

Процесс амальгирования, в течение которого происходит полное растворение покрытия и смачивание основы контакт-детали, проводится в течение 2,5 ч

15 при температуре(350+ ЗО) С.

Испытание жидкометаллического геркона с подвижной контакт-деталью. изготовленной согласно предлагаемому способу, показало, что количество сбоев при

20 работе геркона при температуре окружающей среды 300 С в режиме термоциклиоования не превьгшает 10 на число коммутаций 1 10 .

25 Формула изобретения

Способ изготовления контакт-детали жидкометаллического геркона, включающий нанесение на основу контакт-детали покрытия напылением в вакууме, о т л и ч а30 ю щ и тл с я тем, что, с цел ью повышения надежности в работе ртутного геркона при рабочих температурах окружающей средь1 до 300 С, перед нанесением покрытия основу подвергают обработке ионами высокой

35 энергии, а в качестве покрытия наносят слой металла или сплава с суммарной растворимостью в рту и более 10 мас. Д при комнат-з ной температуре, причем толщина слоя должна быть не менее 0,15 мкм.