Способ изготовления контакт-деталей из композиций серебро- оксид кадмия

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлокерамических серебросодержащих электроконтактных деталей, предназначенных для работы в электромагнитных пускателях и других низковольтных аппаратах. Предложен способ изготовления контактных деталей из композиций серебро-оксид кадмия, включающий приготовление шихты методом химического соосаждения мелкодисперсной смеси серебра с оксидом кадмия из раствора нитратов серебра и кадмия, отжиг на воздухе, гранулирование, восстановление в водороде, покрытие гранул чистым серебром, прессование, внутреннее окисление, спекание, калибровку, отжиг. Покрытие гранул серебром осуществляют путем подмешивания в шихту мелкодисперсного серебра с размерами частиц 1-2 мкм. Техническим результатом является повышение пластичности и коммутационной износостойкости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Назначение и область применения

Изобретение относится к технологии изготовления металлокерамических серебросодержащих электрических контакт-деталей, предназначенных для работы в электромагнитных пускателях и других низковольтных аппаратах.

Описание аналогов и прототипа

Известен метод получения контакт-деталей из композиций серебро-оксид кадмия методом внутреннего окисления заготовок. Этот метод включает следующие операции: приготовление шихты путем механического смешивания порошков серебра и оксида кадмия - прессование - восстановление оксида кадмия до кадмия с одновременным образованием сплава серебро-кадмий - внутреннее окисление за счет отжига в атмосфере кислорода - спекание - калибровка - отжиг [1]. Однако при восстановлении спрессованных заготовок из такой смеси порошков не удается в течение приемлемого для производства времени (примерно час) получить полностью концентрационно однородную пористую заготовку вследствие неравномерного механического перемешивания. Соответственно после окисления распределение частиц оксида кадмия неравномерно и износостойкость получается невысокой.

Известен способ изготовления контакт-деталей из гранулированных шихт серебро-оксид кадмия, полученных методом химического соосаждения мелкодисперсных, равномерных смесей серебро-оксид кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия. Этот способ предполагает последовательность операций: приготовление шихты - отжиг - гранулирование - восстановление - прессование - внутреннее окисление - спекание - калибровка - отжиг [2]. По этому способу, взятому автором за прототип, подготовленную гранулированную шихту подвергают отжигу в водороде при 300-400°С. После этого гранулы размером 200-600 мкм сохраняются, но оксид кадмия в них восстанавливается до кадмия, который диффундирует в частицы серебра, превращая их в концентрационно однородные частицы сплава серебро-кадмий. Затем из полученной таким способом шихты под давлением 2-3 тс/см² прессуют контакт-детали, которые подвергают отжигу на воздухе при 300-400°С, в течение которого происходит внутреннее окисление кадмия до оксида кадмия. Выделившиеся частицы оксида кадмия имеют размеры 0,1-0,3 мкм. После внутреннего окисления детали спекают при температуре 850-900°С, калибруют при 8-10 тс/см² и отжигают при температуре 870°С. В результате получаются контакт-детали с равномерным распределением мелких частиц оксида кадмия размером 0,1-2,0 мкм.

Однако эта технология имеет существенный недостаток. Наличие большого количества частиц оксида кадмия мельче 0,5 мкм вызывает охрупчивание серебряной матрицы в результате эффекта дисперсионного твердения. Это приводит к образованию трещин в процессе допрессовывания (калибровки), которые “задавливаются” и при разбраковке не видны, но при эксплуатации приводят к преждевременному разрушению контакт-деталей.

Сущность изобретения

Этот недостаток устраняется предлагаемым способом изготовления контакт-деталей из композиции серебро-оксид кадмия, заключающийся в следующей последовательности операций: приготовление шихты путем химического соосаждения мелкодисперсных смесей серебра с оксидом кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия - отжиг - гранулирование - восстановление в водороде - прессование - покрытие гранул тонким слоем чистого серебра - внутреннее окисление - спекание - калибровка - отжиг. При этом гранулы шихты перед операцией прессования покрывают тонким слоем чистого серебра.

Сущность изобретения заключается в увеличении пластичности материала в процессе изготовления контакт-деталей из композиций серебра и оксида кадмия за счет покрытия гранул тонким слоем серебра перед операцией прессования.

Тонкий слой чистого серебра является пластичной связкой, которая повышает сцепление между гранулами, что приводит к повышению пластичности деталей в целом и блокирует распространение трещин в процессе эксплуатации в результате воздействия электрической дуги.

Осуществить покрытие серебром гранул шихты можно любыми известными способами нанесения металлических покрытий (гальваническим, вакуумным напылением, покрытием в псевдокипящем слое, подмешиванием мелкодисперсного серебряного порошка и т.д.). Наиболее приемлемым представляется подмешивание мелкодисперсного серебряного порошка с размерами частиц 1-2 мкм. К тому же этот метод позволяет вводить легко дозируемые добавки, что необходимо для обеспечения заданного химического состава контакт-деталей.

Пример осуществления изобретения

Сначала готовят гранулированную шихту из композиции серебро - 20% оксида кадмия, которую получают методом химического соосаждения мелкодисперсных смесей серебро-оксид кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия с последующими отжигом на воздухе и гранулированием. Гранулы шихты имеют поперечный линейный размер 200-600 мкм, причем каждая из гранул состоит из смеси частиц серебра и оксида кадмия с размерами 0,2-5,0 мкм. Затем гранулированную шихту подвергают отжигу в водороде при 350°С. Размер гранул 200-600 мкм сохраняется, но оксид кадмия в них восстанавливается до кадмия, который диффундирует в частицы серебра, превращая их в частицы сплава серебро-кадмий. После этого подмешивается порошок серебра ПС1 (ТУ 1752-001-40045136-2002), имеющий размеры частиц около 1 мкм в количестве 10 г на 100 г порошка шихты. Это обеспечивает получение серебряного покрытия толщиной 5-10 мкм. Из полученной таким способом гранулированной шихты под давлением 2,5 тс/см² прессуют контакт-детали. Детали подвергают отжигу на воздухе при 350°С, в течение которого происходит внутреннее окисление кадмия до оксида кадмия. Выделившиеся частицы оксида кадмия имеют размеры 0,1-0,3 мкм. Затем детали спекают при температуре 850-900°С, калибруют при 9 тс/см² и отжигают при температуре 450°С.

Подтверждение технического результата

Для проведения испытаний на подтверждение технического результата заявляемого способа были изготовлены контактные детали 5-ти видов по 10 образцов каждого вида, выполненные из порошков серебро-оксид кадмия по ТУ 48-1-107-82 с содержанием кадмия в количестве 20 мас.%, которые выпускаются промышленностью РФ и используются для серийного производства контакт-деталей по технологии, выбранной за прототип. Причем первый вид контакт-деталей был изготовлен полностью по технологии прототипа (без добавления чистого серебра), а со второго по пятый виды - заявленным способом, т.е. на определенном этапе изготовления в шихту было добавлено серебро марки ПС1 с размерами частиц 0,5-2,0 мкм в количестве 2, 5,10 или 15 г на 100 г шихты.

Пластичность оценивалась после операции спекания по увеличению диаметра цилиндрических образцов диаметром 6 мм со сферическими основаниями радиусом 8 мм при сжатии этих образцов между двумя плоскими параллельными пластинами с усилием 200-600 кгс до появления первых трещин.

РД-1-01 НПО “Благовест” (г. Истра). Коммутационные характеристики оценивались по износу и количеству сварок при включении постоянного тока с переполюсовкой -300А и при отключении постоянного тока с переполюсовкой - 50А. Указанные испытания моделируют включение-отключение электродвигателя с номинальным током около 50А (режим АС 3). Результаты усреднялись по 10 экспериментам согласно методикам математической статистики [3]. Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, добавки порошка ПС 1 в количестве 5-10 г на 100 г стандартной шихты резко увеличивают пластичность, повышают коммутационную износостойкость и почти не влияют на свариваемость контактных деталей. Меньшие добавки не дают значимого эффекта, большие - малоэффективны по сравнению с тем, что достигается добавками около 10 г на 100 г шихты. Таким образом, простым технологическим приемом, используя выпускаемые промышленностью порошки, удается за счет изменения структуры существенно увеличить пластичность спеченных заготовок, что повышает технологичность и, в конечном счете, ведет к существенному (~ в 2 раза) повышению коммутационной износостойкости при незначительном (1-2%) увеличении содержания серебра. Это позволяет уменьшить массу контакт-деталей и таким образом снизить себестоимость этих важных комплектующих изделий за счет экономии серебра.

Литература

1. Патент Великобритании №1469976, МКИ С 22 С 1/08, 5/10.

2. “Способ производства электрических контактов из серебра с оксидом кадмия”. Дорожкин А.К, Дуксина А.Г, Калихман В.А, Правоверов Н.Л. Патент RU №2082800 С1, С 22 С 1/08.

3. Р.Шторм. “Математическая статистика”. М.: Мир, 1970 г., с. 368.

Формула изобретения

1. Способ изготовления контактных деталей из композиций серебро-оксид кадмия, включающий приготовление шихты методом химического соосаждения мелкодисперсной смеси серебра с оксидом кадмия из раствора нитратов серебра и кадмия, отжиг на воздухе, гранулирование, восстановление в водороде, прессование, внутреннее окисление, спекание, калибровку, отжиг, отличающийся тем, что гранулы шихты перед операцией прессования покрывают чистым серебром.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие гранул шихты чистым серебром осуществляется путем подмешивания в шихту 5-10 г мелкодисперсного серебра с размерами частиц 1-2 мкм на 100 г шихты.