Способ изготовления электрического контакта

Способ изготовления электрического контакта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слоя, обеспечирающего его соединение с контактодержателем, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в прверхностном слое до образования легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного металла. 2. Способ по п. 1, отли чающийся тем, что электрохимическое восстановление окиси металла проводят в раствсфе гидрата окиси щелочного металла с концентра-j цией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение с.

(19) (1!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н. 01 Н 11 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3367825/24-07 (22) 21.12.81 (46) 15.08.84. Бюл. )) 30 (72) В.И.Троценко, A.Á.)Kóðàâëåâà и И.П.Мелашенко (71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 621. 3.066.6(088 ° 8) (.56) 1. Патент ФРГ )) 2530704, кл. F 04 В 47/00, 1976.

2 ° Электрические контакты. Труды совещания. М., "Энергия", 1967, с. 315-344(прототип) . (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактный элемент которого выполнен иэ серебра и окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слоя, обеспечивающего его соединение g контактодержателем, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в поверхностном слое до образования легкоплавкой зоны иэ серебра и восстановленного металла.

2. Способ по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что электро- химическое восстановление окиси металла проводят s растворе гидрата Я окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока

1»»10 A/äì в течение 10.-60 с.

1108522

Изобретение относится к электротехнике, а именно технологии изготовления электрических контактов и контактных узлов аппаратов, и может быть использовано в производстве электрических контактов, контакт- 5 ный элемент которых выполнен из серебра и окиси металла.

B сильноточных низковольтных аппаратах современных конструкций находят массовое применение электрические контакты, при изготовлении которых используются композиционные материалы из серебра и окислов таких металлов как кадмий, медь, олово, индий и т.п.,Цобавки окислов металлов до 10-20 вес. % улучшают эксплуатационные характеристики электроконтактного материала на основе серебра, но при этом возникают трудности в получении качественного соединения кон- ( тактного элемента с контактодержателем путем пайки и сварки.

Известны способы изготовления электрических контактов такого типа, которые предусматривают получение контактного элемента, состоящего из основного рабочего слоя и специального металлического слоя под пайку или сварку (1 (.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления электрического контакта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слоя, обеспечивающего его соедине- ние с контактодержателем.

Согласно этому способу слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, выполнен из чистого серебра 4() толщиной 0,05-0,4 мм (2 ).

К недостаткам этого способа относится повышенный расход остродефицитного металла (серебра) при получении специального слоя под пайку или свар-45 ку, без которого не обеспечивается удовлетворительное качество соединения контактного элемента с контактодержателем.

Цель изобретения - повышение надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла °

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления электрического контакта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающемуся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слОя, обеспечи- 60 вающего его соединение с контактодержателем, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в поверх- 65 ностном слое до образования легко1 лавкой зоны нз серебра и восстановленного металла.

При этом электрохимическое восстановление окиси металла проводят в растворе гидрата окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение 10-60 с.

Операция электрохимического восстановления обеспечивает формирование поверхностного слоя, отличающегося по составу и свойствам от основной рабочей части контактного элемента и от чистого серебра. Принципиальное отличие состоит в том, что в результате электрохимического восстановления в поверхностном слое появляется новый компонент в виде восстановленного металла, который при взаимодействии с серебром образует систему эвтектического типа. Образование низкоплавких эвтектик с серебром характерно для таких металлов как медь, кадмий, ци нк, индий, олово, сви нец,т . е. тех элементов, окислы которых используются в качестве компонентов известных серебросодержащих электроконтактных материалов. В итоге в поверхностном слое контакт ного элемента возникает эона с пониженной температурой плавления, которая может быть уподоблена серебросодержащему припою. Это облегчает проведение пайки и сварки, способствует получению надежного соединения с контактодержателем с одновременным снижением расхода драгоценного металла по сравнению с известным способом.

Применение в качестве электролита раствора гидрата окиси щелочного металла, например натрия, обеспечивает наиболее эффективное восстановление всех перечисленных выше окислов металлов.

Пример 1. Электрохимическому восстановлению подвергают нерабочую сторону поверхности контактного элемента марки СОК15м (15% окиси кадмия, остальное — серебро; структура мелкая), изготовленного без специального слоя серебра путем прессования и спекания заготовки из порошковой смеси. Контактный элемент цилиндрической формы при электрохимической (катодной) обработке частично погру-. жаются нерабочей поверхностью в электролит и фиксируются в заданном положении при помощи металлического захвата, выполняющего одновременно функцию токоподводящей детали.

Электролитом служит раствор 50 г/л гидрата окиси натрия. Обработку осуществляют при катодной плотности тока 2,5 A/äì в течение 60 с. После промывки и сушки проводят пайку к контактодержателю из латуни марки Л63 припоем ПСР45 при плотности

1108522 тока 150-160 A/cM до появления по периметру контакта жидкой галтели.

Качество и прочность соединения оценивают металлографическим исследованием поперечного шлифа и путем определения сопротивления срезу 5 на границе контактный элемент — контактодержатель. Параллельно испытывают контакты после пайки без соответствующей электрохимической обра.ботки. 10

Получены следукицие результаты.

При пайке контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, качественного соедения с контактодержателем не полу- 15 чено. В области шва имеются поры, пустоты и расслоения. Сопротивление срезу не превышает 2,5 кгс/мм . Такие контакты при эксплуатации не выдерживают значительных удельных нагрузок.

По описываемому способу достига1 ется быстрое и полное взаимодействие расплавленного припоя с поверхностным слоем контактного элемента, где вместо несмачиваемой окиси кадмия содержится восстановленный металлический кадмий, участвующий в образовании соединения. В области шва отсутствуют пустоты, незаполненные припоем поры и другие дефекты. Сопротивление срезу 11,7 кгс/мм .

Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности операции электрохимического восстановления при указанных параметрах режима обра- 5 ботки.

Пример 2. Контактный элемент. марки СОК15м, изготовленный без подслоя из серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со сторо- 40 ны нерабочей поверхности в растворе

50 г/л гидрата окиси натрия при плотности тока 2,5 A/äì . в течение 60 .с.

Затем контактный элемент нерабочей плоской поверхностью непосредствен- 45 но прижимают.к латунному контактодержателю без прослойки припоя..Нагрев осуществляют так же, как и при твердой пайке электрическим током 150 A/

/см в течение 5-7 с до появления жидкой фазы. Полученное соединение подвергают визуальному осмотру, металлографическому изучению и испытанию на прочность.

Исследования показывают, что в пограничной зоне при нагревании быстрое образование жидкометаллической фазы, которая выполняет роль припоя, обеспечивает качественное соединение с контактодержателем по всей 60 плошади соприкосновения. Заметные дефекты шва отсутствуют. Сопротивление срезу составляет 10 кгс/мм . Изучение микроструктуры указывает на образование в пограничной зоне эвтек-65 тического сплава из серебра, кадмия, меди и цинка.

Для контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, при тех же условиях не удается получить соединения с контактодержателем.

Следовательно, образование легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного кадмия по данному способу имеет существенное значение для получения иаяного соединения, так как появление жидкометаллической среды при быстром нагревании обеспечивает адгезионное взаимодействие с поверхностью контактодержателя и ее смачивание, активирует диффузионные процессы в пограничной зоне, приводит к быстрому растворению других компонентов эвтектического сплава-меди и цинка.

Пример 3. Контактный элемент марки СОМ10м (10% окиси меди, остальное — серебро), изготовленные без подслоя серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности при плотности тока 2,5 A/дм в течение 60 с в растворе 100 г/л гидрата окиси натрия. Затем осуществляют диффузионную сварку с контактодержателем из латуни JI63 в течение нескольких секунд до появления по периметру жидкой фазы. Качество сварного Ч.оединения оценивают просмотром поперечного шлифа (х500) .

Просмотр шлифа показал равномерный сварной шов по всему сечению без пустот, расслоений и других заметных дефектов. В том случае, когда контактный элемент не.подвергается электрохимическому восстановлению, в сварном шве на долю пор и пустот приходится 20% и более от объема сварной зоны.

Образование качественного соединения с контактодержателем по данному способу обусловлено формирова— нием в процессе восстановления слоя контактного элемента, содержащего вместо частиц окиси меди соответствующие включения металлической меди, снижающей температуру плавления поверхностного слоя. Это обстоятель-. ство облегчает проведение диффузионной сварки, в процессе которой, важную роль играет формирование легкоплавкой прослойки.

В приведенных примерах электрохимическое восстановление осуществляют при оптимальных условиях, которые могут быть рекомендованы и для других систем (серебро — окись индия и т.п.) . Граничные значения параметров — плотности тока, времени, концентрации электролита соотносятся с воэможностями восстановления окислов металлов в поверхностном слое

1108522!

Предлагаемый способ может найти применение в массовом производстве контактов данного вида.

Таким образом, использование данного способа по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества: воэможность получения качественного нераэъемного соединения с контактодержателем контактного элемента, выполненного из серебра и окисла металла, без изготовления специального слоя серебра под пайку или сварку снижение расхода остродефицитного драгоценного четалласеребра, что позволяет повысить эффективность производства контактов и контактных узлов низковольтной сильноточной аппаратуры и надежность их при эксплуатации.

Составитель Н.Глеклер

Редактор М.Недолуженко Техред T. óáèí÷àê Корректор О, Билак

Заказ 5876/39 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул .Проектная, 4 и получения надежного соединения с контактодержателем.

По экспериментальным данным „ электрохимическое восстановление окислов упомянутых элементов по толщине зерна происходит за первые 1030 с в диапазоне катодной плотности тока 1-10 A/äì . Увеличение продолжительности до 30-60 с обеспечивает восстановление окислов в порах, после чего процесс быстро тормозится. 10

Уменьшение времени ниже указанного предела 10 с не обеспечивает полноту восстановления окислов и ведет к появлению дефектов и снижению прочности соединения с контактодер- 15 жателем. Так, уменьшение продолжительности процесса до 5 с при плотности тока 5 A/äì в растворе гидрата окиси натрия 50 г/л приводит к снижению прочности паяного соедине-20 ния контакта СОК15м до 5 кгс/мм (против 11,7 кгс/мм* при оптимальных условиях).

Снижение катодной плотности тока ниже 1 A/äì* нецелесообразно иэ-за торможения процесса восстановления окислов металлов, так как уменьшает— ся катодный потенциал и увеличивается доля тока на побочный процесс выделения водорода. Например, при плотности тока 0,5 A/äì эа 60 с не успевает восстановиться значительная часть окисла в поверхностном слое контактного элемента СОК15м, при этом прочность пайки составляет

3-4 кгс/ьм . Увеличение плотности тока до 1 А/дм* при тех же условиях приводит к повышению прочности соединения до 9,5 8 кгс/мм .

Повышение плотности тока, начиная с 1 A/äì, позволяет уменьшить необ- 40 ходимое время восстановления, однако при 10 А/дм достигается предельная скорость восстановления окислов ме таллов, по-видимому, иэ-за диффузионных ограничений в твердой фазе .

Поэтому дальнейшее увеличение плотности тока не позволяет снизить продолжительность процесса ниже указанного предела 10 с.

Электрохимическое восстановление окислов меди, кадмия и других упомянутых металлов наиболее успешно и полно осуществляется в растворах гидрата окиси щелочного металла, предпочтительно натрия, из-за его большей доступности . Оптимальной концентрацией раствора является 50100 г/л. С увеличением концентрации раствора. свыше 100 г/л скорость восстановления изменяется мало, тогда как повышается токсичность электролита. При концентрациях ниже 10 г/л процесс восстановления окислов металлов, например кадмия и меди, резко затрудняется, в связи с чем не удается получить качественного соединения соответствующего контактного элемента с контактодержателем.