Способ изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов

 

Использование: приборостроение при производстве контактных узлов для коммутации маломощные электрических сигналов, в том числе прецизионных переменных резисторов. Сущность изобретения: способ включает изготовление обоих элементов контактной пары из одного и того же сплава на основе благородных металлов, предварительную механическую обработку до формирования чистоты поверхности элементов не ниже 7 класса шероховатости, термообработку при температуре перехода сплава в упорядоченное состояние и регулирование контактного нажатия во величины механических напряжений в зоне контактирования, не превышающей предел упругости сплава. Причем в качестве сплава используют бинарные или многокомпонентные сплавы, содержащие бинарную упорядочивающуюся матрицу, легированную компонентами, влияющими на температуру перевода сплава в упорядоченное состояние и/или компонентами с ограниченной растворимостью в одном или обоих компонентах матрицы, а термообработку ведут в диапазоне температур, при котором в сплаве одновременно идут упорядочение и распад пересыщенного твердого раствора. Технический результат: повышение износостойкости и надежности контактирования. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при производстве слаботочных скользящих контактных узлов для коммутации маломощных электрических сигналов, в том числе прецизионных переменных резисторов.

Известен способ изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов, включающий изготовление щетки и контртела из разных сплавов на основе благородных металлов, причем щетку выполняют из термически обработанного сплава, а контртело изготавливают методом порошковой металлургии из мягкого материала на основе золота и серебра, имеющего твердость, вдвое меньшую, чем твердость материала щетки (см. авт.свид. СССР N 394906 МКИ Н О1 Н 1/02, оп. 30.10.79 г.).

Недостатками известного способа являются: низкая износостойкость изготовленной контактной пары, обусловленная использованием разных сплавов при изготовлении щетки и контртела, приводящая в процессе эксплуатации к быстрому появлению большого количества продуктов износа, что вызывает резкое повышение колебаний переходного сопротивления (появление электрических шумов) и, следовательно, снижает надежность контактирования и уменьшает ресурс работы контактного узла; сложность технологии, обусловленная использованием методов порошковой металлургии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов, включающий изготовление обоих элементов контактной пары из одного и того же сплава на основе благородных металлов (например, золото-медного или золото-медно-серебряного), предварительную механическую обработку (пластическую деформацию) и термообработку при температуре перехода сплава в упорядоченное состояние (см. Тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому совещанию "Пути повышения качества и надежности электрических контактов", Ленинград, 1978, с. 182-184).

Недостатками известного способа являются: невысокая износостойкость изготовленной контактной пары, обусловленная величиной контактного нажатия, вызывающего при эксплуатации возникновение в зоне контактирования механических напряжений, превышающих предел упругости сплава, что приводит к пластической деформации и последующему износу контактов; недостаточная надежность контактирования из-за возникновения в точках соприкосновения элементов контактной пары (с невысоким классом шероховатости поверхности) высокого переходного сопротивления и его колебаний (электрических шумов) в процессе износа при эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости и надежности контактирования слаботочных скользящих контактов за счет предотвращения протекания пластической деформации в зоне контактирования в процессе эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов, включающем изготовление обоих элементов контактной пары из одного и того же сплава на основе благородных металлов, предварительную механическую обработку и термообработку при температуре перехода сплава в упорядоченное состояние, согласно изобретению, механическую обработку ведут до формирования чистоты поверхности элементов контактной пары не ниже 9 класса шероховатости и дополнительно регулируют контактное нажатие до величины механических напряжений в зоне контактирования, не превышающей предел упругости сплава. Причем в качестве сплава для изготовления контактной пары используют бинарные или многокомпонентные сплавы, содержащие бинарную упорядочивающуюся матрицу, легированную компонентами, влияющими на температуру перехода сплава в упорядоченное состояние и/или компонентами с ограниченной растворимостью в одном или в обоих компонентах матрицы, а термообработку ведут в диапазоне температур, при котором в сплаве одновременно идут упорядочение и/или распад пересыщенного твердого раствора.

Осуществление способа изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов в заявляемых условиях обеспечивает достижение следующего технического результата: повышение износостойкости и надежности контактирования контактной пары за счет предотвращения протекания пластической деформации в зоне контактирования; повышение эксплуатационного качества изготавливаемых изделий за счет сохранения в процессе работы стабильной в широком температурном интервале структуры сплава.

Заявляемые параметры способа необходимы и достаточны для достижения технического результата.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение неизвестно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов в условиях заявляемого способа на отечественных предприятиях авиационной промышленности и приборостроения свидетельствует о соответствии его критерию "промышленная применимость".

Заявляемый способ изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов реализован в промышленных условиях предприятий авиационной промышленности и приборостроения Российской Федерации.

Пример. Из сплава 3лМ-750 (75 мас. золота, 25 мас. меди) изготавливалось контактное кольцо в виде цилиндра (наружный диаметр 8 мм, высота 1 мм) путем точения на токарном станке до 9 класса шероховатости наружной цилиндрической (контактирующей) поверхности.

Из того же сплава волочением изготавливалась щетка в виде отрезка прямой проволоки (диаметр 15 мм, длина 20 мм). Оба элемента контактной пари (кольцо и щетка) подвергались термообработке на упорядочение по режиму: отжиг при температуре 450^oС в течение одного часа с последующим охлаждением с печью до комнатной температуры. При этом в сплаве формировалось упорядоченное состояние.

Затем из этих элементов осуществлялась сборка контактного узла: кольцо закреплялось на оси вращения; щетка устанавливалась в оправке таким образом, что расстояние от точки закрепления до точки контактирования составляло 10 мм.

Усилие нажатия регулировалось прогибом щетки и измерялось граммометром до момента разрыва цепи. Диапазон усилия составлял 1,0 1,5^oС. В этом случае механические напряжения, возникающие в зоне контактирования, не превышали 0,5 предела упругости сплава.

Затем изготовленной контактная пара использовалась для коммутации маломощных электрических сигналов.

В процессе эксплуатации определялось время безотказной работы контактной пары и возрастание переходного сопротивления. Время безотказной работы фиксировалось по износу волоска щетки до 0,5 диаметра при скорости вращения кольца 2000 об/мин, а возрастание переходного сопротивления устанавливалось при помощи осциллографа.

В условиях примера 1 осуществлялось изготовление и испытание контактной пары из сплава ЗлСрПлПдМ (серебро 5,0 мас. пластина, 6,0 мас. палладий 4,0 мас. медь 31 мас. золото остальное).

Одновременно изготовлялась и испытывалась контактная пара по известному способу-прототипу (Тезисы докладов и Всесоюзному научно-исследовательскому совещанию "Пути повышения качества и надежности электрических контактов", (Ленинград, 1973, с. 182-184).

Причем в качестве материала для изготовления контактной пары использовались те же сплавы, что и в описанных примерах, но механическая обработка поверхности элементов контактной пары завершалась при достижении 7-8 класса шероховатости, а контактное нажатие устанавливали 3-4-го.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров и данных таблицы, осуществление способа изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов в заявляемых условиях по сравнению со способом, взятым за прототип, обеспечивает следующий технический результат и общественно-полезные преимущества: повышение износостойкости элементов контактной пары (время безотказной работы возрастает более, чем в 3-4 раза);
увеличение надежности контактирования (возрастание переходного сопротивления не более, чем в 10 случаев от номинала);
простота технологии изготовления.

Формула изобретения

1. Способ изготовления контактной пары для слаботочных скользящих контактов, включающий изготовление обоих элементов контактной пары из одного и того же сплава на основе благородных металлов, предварительную механическую обработку и термообработку при температуре перехода сплава в упорядоченное состояние, отличающийся тем, что механическую обработку ведут до формирования чистоты поверхности элементов контактной пары не ниже 9 класса шероховатости и дополнительно регулируют контактное нажатие до величины механических напряжений в зоне контактирования, не превышающее предел упругости сплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сплава для изготовления элементов контактной пары используют бинарные или многокомпонентные сплавы, содержащие бинарную упорядочивающуюся матрицу, легированную компонентами, влияющими на температуру перехода сплава в упорядоченное состояние, и/или компонентами с ограниченной растворимостью в одном или обоих компонентах матрицы, а термообработку ведут в диапазоне температур, при котором в сплаве одновременно идут упорядочение и распад пересыщенного твердого раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1