Способ изготовления шихты для контактов из серебрографитовых композиций

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлокерамических контактов. В предложенном способе, включающем смешивание порошка, содержащего серебро, с порошком графита в вибромельнице и дополнительное измельчение при этом, нагрев полученной смеси в восстановительной атмосфере водорода до получения гранулированной шихты, согласно изобретению в качестве порошка, содержащего серебро, используют порошок углекислого серебра или смесь порошков серебра и углекислого серебра при содержании углекислого серебра не менее 30 мас.% в пересчете на серебро, измельчение при смешении в вибромельнице осуществляют до линейного размера частиц углекислого серебра не более 1 мкм, а нагрев полученной смеси осуществляют при температуре 450-550°С. Обеспечивается повышение стойкости к свариванию контактов. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлокерамических электрических контактов, предназначенных для работы в низковольтных автоматических выключателях для защиты электрических цепей от сверхтоков.

Известен способ изготовления шихты для электрических контактов из серебро-графитовой композиции, заключающийся в том, что порошок серебра (ПСр1 по ТУ 48-1-702-87) и порошок графита (сухой коллоидный препарат по ТУ 113-08-48-63-90) смешивают, а затем нагревают в восстановительной атмосфере (например, атмосфере водорода) при температуре 400-550°С для комкования порошка в гранулы с целью придания ей необходимой текучести [1]. Недостатком этого технического решения является низкая стойкость к свариванию при повышенных токах контактов, изготовленных из серебро-графитовой шихты.

Известен также способ изготовления шихты для электрических контактов на основе серебра, содержащих графит, заключающийся в том, что в шихту, содержащую серебро и графит, дополнительно вводят водорастворимую соль никеля в количестве от 0,5 до 5,0 мас.% в пересчете на никель и перед сушкой ее гранулируют [2]. Водорастворимую соль никеля вводят в шихту с целью повышения качества гранулирования и улучшения текучести шихты, которая перед прессованием заготовок контактов должна засыпаться в пресс-формы. Однако наличие никеля отрицательно сказывается на стойкости контактов к свариванию в режиме коммутации токов короткого замыкания.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ получения шихты, содержащей серебро и графит, раскрытый в описании к авторскому свидетельству на “Металлокерамический биметаллический электрический контакт” [3]. Описанный способ заключается в том, что шихту для материала рабочего слоя контакта, содержащего наряду с серебром 5-35 мас.% никеля и 2-3,5 мас.% графита, изготавливают путем перемешивания порошка, содержащего серебро, с порошком графита в вибромельнице с дополнительным измельчением, а нагрев полученной смеси в восстановительной атмосфере водорода осуществляют до получения гранулированной шихты. Недостатком этого технического решения является низкая стойкость к свариванию контактов, изготовленных из полученной таким способом серебро-графитовой шихты, в том числе из за высокого содержания в ней никеля.

Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости к свариванию контактов, изготовленных из серебро-графитовой шихты.

Сущность изобретения - способ изготовления шихты для контактов из серебро-графитовых композиций - заключается в том, что смешивают порошок, содержащий серебро, с порошком графита в вибромельнице и эту смесь нагревают до получения гранулированной шихты в атмосфере водорода при температуре 450-550°С. При этом порошок, содержащий серебро, является порошком углекислого серебра или смеси порошков серебра и углекислого серебра, однако в последнем случае содержание углекислого серебра должно быть не менее 30 мас.% в пересчете на серебро. Перемешивание смеси из порошка, содержащего серебро, и порошка графита в вибромельнице должно приводить к дополнительному измельчению частиц углекислого серебра до линейных размеров не более 1 мкм.

Благодаря использованию данного способа хрупкий порошок соли углекислого серебра, измельченный до размера не более 1 мкм, после разложения при нагревании в восстановительной атмосфере водорода обеспечивает получение мелкодисперсной шихты серебро - графит, в которой чешуйки графита равномерно распределены между мелкими частицами серебра. Контакты, изготовленные из этой шихты известными способами порошковой металлургии, обладают высокой стойкостью к свариванию при больших пропускаемых через них токах.

Описание конкретного примера реализации заявляемого способа.

Смешивают порошки графита (ТУ 113-08-48-63-90) и углекислого серебра (ТУ 48-1-701-86) или порошки графита, углекислого серебра и серебра (ПСр1 по ТУ 48-1-702-87). В последнем случае углекислого серебра в шихте должно быть 30 или более массовых процента в пересчете на серебро. Смешивание производят в вибромельнице со стальными шарами в течение 20-90 мин до получения размеров частиц углекислого серебра не более 1 мкм. Затем смесь засыпают в поддоны из нержавеющей стали или никеля и помещают в электропечь, где производят разложение углекислого серебра до чистого серебра в атмосфере водорода при температуре 450-550°С в течение одного часа. Измельченный порошок углекислого серебра после разложения обеспечивает получение мелкодисперсной смеси, в которой чешуйки графита равномерно распределены между мелкими частицами серебра. Затем эту скомкованную смесь протирают через сито для получения гранул и придания шихте необходимой текучести. После этого шихта готова для изготовления контактов известными способами порошковой металлургии (прессование с удельным давлением 2,0-2,5 т/см²; спекание спрессованных заготовок в атмосфере водорода при 850-880°С в течение 1,5 часов; допрессовывание с удельным давлением 8-10 т/см² и отжиг для снятия напряжений при 400-450°С в течение 30 мин).

Стойкость к свариванию контактов можно оценить по числу приварок контактов друг к другу, требующих больших усилий разрыва после пропускания через них импульсного тока большой величины. Чем больше число подобных приварок, тем ниже стойкость контактов к свариванию.

Для подтверждения технического эффекта заявляемого способа было изготовлено 6 составов порошковой смеси, каждая из которых смешивалась определенное время определенным способом и подвергалась восстановительному нагреву при конкретных температурах (см. таблицу, столбцы 1-5). Затем из полученных шихт были изготовлены контакты и подвергнуты испытаниям на стенде СПКВ по РД-1-01 от 05.03.01.

Испытательные режимы:

Включаемый ток - 500 А.

Длительность пропускаемого тока - 3 мс.

Переполюсовка контактов - через каждый цикл “включение - отключение”.

Общее число циклов - 100.

Стойкость контактов к свариванию оценивают по числу приварок контактов друг к другу, требующих усилий разрыва, больших чем 6 Н.

В качестве неподвижного контакта был применен испытываемый контакт из серебро-графитовой композиции, в качестве подвижного - контакт из композиции серебро - 30 мас.% никеля (так, как это принято в автоматических выключателях).

Испытанию подвергали не менее 20 контактов, изготовленных из конкретной шихты. Оценку значимости отличий средних арифметических значений результатов измерений производили по t-критерию для α=0,05 [4]. Результаты испытаний приведены в 6 столбце таблицы.

Результаты испытаний показывают, что стойкость к свариванию контактов, изготовленных из шихты, приготовленной заявляемым способом, в 3,4-4,2 раза выше стойкости к свариванию контактов, изготовленных из шихты, полученной способом-прототипом. Отличие средних арифметических значений числа приварок значимо: показатель стойкости по примеру 6 значительно хуже по сравнению с примерами 1-5.

Также очевидно, что уменьшение содержания углекислого серебра до величины, меньшей 30 мас.% в пересчете на серебро, приводит к снижению стойкости к свариванию: этот показатель по примеру 4 несколько хуже показателей по примерам 1-3.

Увеличение среднего размера частиц углекислого серебра в смеси до 5 мкм, которое обеспечивается уменьшением времени смешивания в вибромельнице до 5 мин, также приводит к снижению стойкости к свариванию: этот показатель по примеру 5 несколько хуже показателей по примерам 1-3.

Таким образом, заявляемый способ изготовления шихты для контактов из серебро-графитовых композиций позволяет изготавливать контакты известными способами порошковой металлургии, которые обладают высокой стойкостью к свариванию при больших импульсных токах, пропускаемых через них.

Литература

1. Обзорная информация “Порошковые контактные материалы низковольтной аппаратуры”, Москва, Информэлектро, 1986, 64 с.

2. Авторское свидетельство СССР №1577173.

3. Авторское свидетельство СССР №1313244.

4. Шторм Р. Математическая статистика. М.: Мир, 1970, 368 с.

Формула изобретения

Способ изготовления шихты для контактов из серебро-графитовых композиций, включающий смешивание порошка, содержащего серебро, с порошком графита в вибромельнице и дополнительное измельчение при этом, нагрев полученной смеси в восстановительной атмосфере водорода до получения гранулированной шихты, отличающийся тем, что в качестве порошка, содержащего серебро, используют порошок углекислого серебра или смесь порошков серебра и углекислого серебра при содержании углекислого серебра не менее 30 маc.% в пересчете на серебро, измельчение при смешении в вибромельнице осуществляют до линейного размера частиц углекислого серебра не более 1 мкм, а нагрев полученной смеси осуществляют при температуре 450 - 550°С.