Контактное покрытие мощных магнитоуправляемых контактов (варианты)

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для нанесения контактного покрытия на рабочие части контакт-деталей мощных герконов. Техническим результатом является повышение срока службы мощных магнитоуправляемых контактов, их удешевление за счет полного исключения использования драгметаллов. Для его достижения, согласно первому варианту, контактное покрытие состоит из сплава кобальт-вольфрам толщиной 1÷10 мкм, полученного электроосаждением и содержащего 5÷50 мас.% вольфрама, с поверхностным слоем сплава никель-бор толщиной 0,05÷0,5 мкм, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора. Согласно второму варианту, контактное покрытие состоит из слоя меди толщиной 1÷20 мкм, сплава кобальт-вольфрам толщиной 1÷10 мкм, полученного элетроосаждением, содержащего 5÷50 мас. % вольфрама, с поверхностным слоем сплава никель-бор толщиной 0,05÷0,5 мкм, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, к нанесению контактного покрытия на рабочие части контакт-деталей магнитоуправляемых герметизированных контактов (герконов), особенно к мощным герконам, работающим в режимах коммутации, где имеет место возникновение в зоне контактирования электрической дуги.

Известно применение в высоковольтных герконах контактного покрытия на основе вольфрама, нанесенного методом вакуумно-плазменного напыления [1]. Вольфрамовое покрытие обладает высокой стойкостью к воздействию электрической дуги за счет своей тугоплавкости.

Однако применение вакуумно-плазменной технологии в производстве герконов требует очень высоких затрат, связанных с необходимостью использования сложного дорогостоящего оборудования и с неизбежными довольно большими потерями контактного материала при напылении. К тому же получаемое этим методом чисто вольфрамовое покрытие имеет высокую шероховатость и обладает повышенной хрупкостью, что способствует механическому износу за счет выкрашивания покрытия на контакте, который является катодом в коммутационном элементе.

Гальванический способ нанесения покрытий более дешев и экономичен и позволяет получать покрытия, содержащие тугоплавкие металлы в виде сплавов с другими элементами, в частности с металлами группы железа: кобальтом, никелем, железом. Эти покрытия более гладкие и пластичные, чем вольфрам, полученный напылением.

Известен способ получения контактной системы электромагнитного реле (геркона), предназначенного для коммутации разговорных трактов, где покрытие выполнено из гальванического бинарного сплава металла семейства железа с тугоплавким металлом [2].

Показано, что указанные покрытия могут заменить покрытия из благородных металлов в герконах средней мощности.

Однако же сплавы из тугоплавких металлов обладают более высоким удельным, а потому и переходным электросопротивлением, чем благородные металлы.

Поэтому в тех случаях, когда необходимо иметь в герконе низкое и стабильное переходное электросопротивление, на поверхность основного покрытия наносят тонкий слой покрытия из благородного металла: золота, родия, рутения и т.д.

Известен способ изготовления покрытия герконов средней мощности, где на поверхность геркона наносится гальванический сплав вольфрама, а сверху тонкий слой родия или рутения для снижения переходного электросопротивления и увеличения срока службы геркона [3].

Хотя использование покрытия из благородного металла дает определенный эффект, но применение драгметаллов неэкономично и нежелательно.

Известно контактное покрытие магнитоуправляемых контактов средней мощности на основе неблагородного металла - гальванический сплав никель-бор с содержанием бора 2÷26 мас.%, характеризующийся невысоким и достаточно стабильным электросопротивлением [4].

Поскольку все вышерассмотренные варианты контактных покрытий относятся к герконам средней мощности, где механизм эрозии несколько иной, чем в мощных герконах, то эти покрытия в вышеуказанном виде не могут быть перенесены в мощные герконы, где в условиях электрической дуги происходит перемешивание слоев контактного покрытия и перенос контактного материала в довольно больших количествах с одного полюса контакта на другой. Поэтому трудно в процессе работы геркона в мощных режимах сохранить низкое и стабильное переходное сопротивление.

Необходимо было найти определенное сочетание контактных материалов: состава сплава на основе тугоплавкого металла и состава сплава, применяемого в качестве поверхностного слоя.

Поскольку при работе мощных герконов происходит сильный разогрев в зоне контактирования, то для отвода тепла целесообразно использовать подслой из медного покрытия. Медный слой может придать помимо теплоотводящей функции высокочастотные свойства мощному геркону, чем расширит диапазон применения этого геркона, позволит создать высокочастотный вариант мощного геркона.

Требовалось установить соотношение толщин вышеуказанных слоев покрытия, при которых достигается высокая эрозионная стойкость и низкое и стабильное переходное электросопротивление.

Для решения поставленной задачи нужно было создать такую конструкцию покрытия, которая позволила бы сразу решить все проблемы, а именно обеспечить низкое и стабильное переходное электросопротивление, высокую износостойкость в мощных режимах и быть недорогостоящим.

Такая конструкция покрытия была реализована путем последовательного электроосаждения слоев меди, сплавов кобальт-вольфрам и никель-бор.

Предложено: 1. Контактное покрытие мощных магнитоуправляемых контактов, включающее вольфрам, отличающееся тем, что покрытие состоит из сплава кобальт-вольфрам, полученного электроосаждением, содержащего 5÷50 мас.% вольфрама толщиной 1÷10 мкм с поверхностным слоем сплава никель-бор, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора толщиной 0,05÷0,5 мкм.

2. Контактное покрытие мощных магнитоуправляемых контактов, включающее вольфрам, отличающееся тем, что покрытие состоит из слоя меди толщиной 1÷20 мкм, сплава кобальт-вольфрам, полученного электроосаждением, содержащего 5÷50 мас. % вольфрама толщиной 1÷10 мкм, с поверхностным слоем сплава никель-бор, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора толщиной 0,05÷0,5 мкм.

Предложенное контактное покрытие направлено на решение задачи повышения эрозионной стойкости герконов высокой мощности, уменьшения удельных затрат на единицу продукции за счет использования гальванического метода нанесения покрытия взамен вакуумно-плазменного напыления. Положительным является отказ от использования дорогостоящих благородных металлов.

Поставленная задача достигается тем, что на контакт детали герконов наносят 2÷3-слойное гальваническое покрытие, осаждаемое из любого подходящего для данного конкретного случая электролита.

1 слой - при необходимости теплоотвода из зоны контактирования и придания высокочастотных свойств геркону, медное покрытие толщиной 1÷20 мкм.

2 слой - сплав кобальт-вольфрам, содержащий 5÷50 мас.% вольфрама толщиной 1÷10 мкм. Во всем интервале состава сплав одинаково эрозионно устойчив, толщина для каждого конкретного геркона определяется экспериментально в пределах указанного интервала.

3 слой - сплав никель-бор, содержащий 0,1÷1,2 мас.% бора толщиной 0,05÷0,5 мкм.

Представленные интервалы по составу и толщине отвечают назначению этого покрытия в качестве поверхностного слоя, т. к. в указанном диапазоне по составу этот сплав представляет однофазную систему - твердый раствор бора в никеле, наиболее коррозионно-стойкую систему с хорошей пластичностью и низким и стабильным переходным электросопротивлением.

Предложенная схема покрытия была реализована на примере 4 типов мощных герконов: МКА-50201, МКА-36201, высоковольтном МКА-40142 и высокочастотном МКА-36501.

В качестве прототипа представлено вольфрамовое покрытие, нанесенное по традиционной технологии вакуумно-плазменного напыления [1]. Все остальные рассмотренные решения [2÷4] по покрытиям, предназначенным для герконов средней мощности при постановке в мощные режимы, отказывают сразу же по различным причинам, чаще всего по резкому повышению переходного электросопротивления.

Все изготовленные герконы с предлагаемыми покрытиями были испытаны в режимах: 1А, 250В; 5А, 50В; 2мА, 3кВ и др.

Результаты представлены в таблице. Учитывалось количество срабатываний (срок службы геркона) и значение и стабильность переходного электросопротивления в процессе испытаний в заданных режимах.

Как показали результаты испытаний, работоспособность герконов с предлагаемым покрытием сплавами кобальт-вольфрам и никель-бор гораздо выше, чем у герконов с вольфрамовым покрытием, полученным вакуумно-плазменным напылением. При этом они обладают низким и стабильным переходным электросопротивлением (среднее значение Rпер.=0,03÷0,05 Ом).

Источники информации 1. Авторское свидетельство SU 1394258 А1. Опубликовано 07.05.88 г., бюл. 17.

2. Авторское свидетельство SU 396734 А1. Опубликовано 29.08.73 г., бюл. 36.

3. Патент Великобритании 2129619 А. Опубликовано 16.05.84 г.

4. Авторское свидетельство RU 2079173 А1. Опубликовано 10.05.97 г., бюл. 13.

Формула изобретения

1. Контактное покрытие мощных магнитоуправляемых контактов, включающее вольфрам, отличающееся тем, что покрытие состоит из сплава кобальт-вольфрам, полученного элетроосаждением, содержащего 5÷50 мас.% вольфрама толщиной 1÷10 мкм, с поверхностным слоем сплава никель-бор, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора толщиной 0,05÷0,5 мкм.

2. Контактное покрытие мощных магнитоуправляемых контактов, включающее вольфрам, отличающееся тем, что покрытие состоит из слоя меди толщиной 1÷20 мкм, сплава кобальт-вольфрам, полученного элетроосаждением, содержащего 5÷50 мас. % вольфрама толщиной 1÷10 мкм, с поверхностным слоем сплава никель-бор, содержащего 0,1÷1,2 мас.% бора толщиной 0,05÷0,5 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1