Композиционный материал на основе меди для электрических контактов

 

Сущность изобретения: предложен композиционный материал на основе меди для электрических контактов, содержащих кадмий и хром для повышения твердости и прочности, а также снижения удельного электрического сопротивления. Материал содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: кадмий 0,8 - 1,0; хром 0,5 - 2,0; медь остальное. Дополнительно предложенный материал может содержать графит в количестве до 2,0 мас.%. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам для электрических контактов на основе меди.

Известен композиционный материал для электрических контактов на основе меди [1] Указанный материал содержит, мас.

Графит 0,5-0,9 Кадмий 0,5-1,5 Медь Остальное Композиция материала [1] содержащая 0,9 мас. графита, 1 мас. кадмия, остальное медь, имеет следующие показатели свойств: плотность 8,32 г/см³, твердость 67 кг/мм², предел прочности на разрыв 19,2 кг/мм², удельное электрическое сопротивление 0,026 Ом˙мм²/м [1] Недостатками этого материала являются недостаточно высокие показатели твердости, прочности и электропроводности.

Известен также сплав для электродов и роликов контактных машин [2] содержащий (мас.): Хром 0,2-0,35 Кадмий 0,2-0,35 Медь Остальное Недостатками известного материала являются недостаточная твердость и прочность и склонность его к свариванию, что снижает эффективность и ограничивает применение этого материала в электрических аппаратах и приборах. Так, применение указанного материала для разрывных и скользящих контактов, например, в автоматических выключателях практически невозможно. В первом случае, для разрывных контактов из-за недостаточного сопротивления материала электрическому износу и свариванию. Во втором случае, для скользящих контактов из-за низкой твердости и прочности. Таким образом для повышения стойкости материала к электрическому износу необходимо повысить его твердость и прочность, а в случае использования его для разрывных контактов необходимо обеспечить более высокую стойкость к свариванию.

Для устранения указанных недостатков (повышения твердости и прочности) усовершенствуется известный композиционный материал для электрических контактов на основе меди, содержащий хром и кадмий, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Кадмий 0,8-1,0 Хром 0,5-2,0
Медь Остальное
Для придания указанному материалу более высокой стойкости к свариванию он дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Графит до 2,0
Кадмий 0,8-1,0
Хром 0,5-2,0
Медь Остальное
В процессе твердофазного спекания хром и медь взаимно, практически, не растворяются, что позволяет получить композиционный материал. Таким образом увеличение содержания в материале хрома обеспечивает получение композиционного материала с гетерогенной структурой, а это при выбранном соотношении компонентов обеспечивает повышение твердости и прочности материала и одновременно стойкости к электрическому износу.

Увеличение содержания кадмия, образующего с медью твердый раствор, приводит к возрастанию твердости и предела прочности материала. Из литературы известно, что легирование основы сплава меди кадмием ограничивается его растворимостью в меди, которая при температуре спекания сплава 900+20^оС составляет, примерно, 0,9±0,1 мас.

В процессе исследования композиции и свойств предложенного материала попытки увеличить содержание кадмия в сплаве более 1 мас. не увенчались успехом. Кадмий, введенный в сплав более 1 мас. при температуре 900 + 20^оС, соответствующей температуре спекания меди, испарялся.

Увеличение содержания хрома в материале более 2 мас. не оказывает существенного влияния на твердость и прочность материала, но увеличивает его удельное электрическое сопротивление.

Установлено также, что увеличение содержания хрома в сплаве выше указанных пределов ухудшает условия прессования.

Графит вводится в сплав с целью повышения его стойкости к свариванию. При этом наличие в сплаве графита вызывает снижение основных физико-механических показателей материала.

Установлено, что введение графита более 2 мас. приводит к резкому снижению механических свойств и электропроводности композиционного материала на основе меди для электрических контактов и поэтому вводить его в больших количествах нецелесообразно.

Анализ данных, полученных авторами, указывают на то, что предложенный материал с оптимальным составом, содержащим, мас. графит 0,9; кадмий 0,9; хром 2,0; медь остальное, имеет по сравнению с известным [1] твердость выше на 41% предел прочности на растяжение выше на 48% а удельное электрическое сопротивление ниже на 11,5%
Контакты, изготовленные из предложенного материала, серийно изготовляются для контакторов, работающих на электрокарах и погрузчиках фирмы "Балканкар"; в качестве линейных контактов и в ограничительных реле в трамваях чешского производства, в электрических аппаратах троллейбусов отечественного и чешского производства; в контролерах управления мостовых кранов; в магнитных пускателях ПМЕ, ПАЕ и ПМА, в автоматических выключателях А3790 в качестве контактов шарнирных соединений и в блокконтактах и др.

Во всех этих случаях заменены контакты из чистого серебра или контакты серебросодержащие.

Формула изобретения

1. КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МЕДИ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ, содержащий кадмий и хром, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Кадмий 0,8 1,0
Хром 0,5 2,0
Медь Остальное
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Графит До 2,0
Кадмий 0,8 1,0
Хром 0,5 2,0
Медь Остальное