HU189862B - Method for making electric contact - Google Patents

Description

A találmány tárgya: eljárás porkohászati jellegű villamos érintkező előállításra. Ezen érintkezők felhasználhatók erősáramú készülékekben nyugvó, vagy kapcsoló kontatusként.

A porkohászati érintkezőanyagok előállítására többféle eljárás ismert. Ezen eljárások a következő általános műveletsor elemeinek a variálásra épülnek:

- az előírt szemcseméretű porok összekeverése (ötvözetből, vagy alkotó elemeiből), — porkeverék tömörítése sajtolással (tömbbé, lemezzé, vagy a kívánt méretre és alakra,· (p = 0,8...8 Mp/cm²),

- szinterezés (40...100 órás hőntartás, 400...2000 °C hőmérsékleten, védőgáz atmoszférában), — utósajtolás (esetleg többlépcsős mechanikai alakítással: pl. hengerléssel, méretre darabolással, stb.), _ utóhőkezelés (250...400 °C hőfoktartományban, az előző alakítás műveletek mechanikai feszültségeinek a feloldására).

A fenti műveletsortól kis mértékben eltér az Ag-W ill. Cu-W érintkezők előállítása. Itt a wolfram por kívánt méretre és alakra sajtolása, majd szinteiezése után kapott porózus szerkezetű érintkezőtestet olvadt Ag, vagy Cu fémbe mártva, a pórusokat kitöltik fém olvadékkal.

A porkohászati termékek előállítására tehát az a jellemző, hogy:

- a porrészecskék egymáshoz való mechanikus tömörítése sajtolással (hidegen vagy melegen), — a részecskék közötti fémes kötések kialakítása pedig hosszan tartó hőkezeléssel történik (szinterezés), továbbá

- a gyártás befejezésekor az érintkezőanyag mindig önmagában (különállóan) jelenik meg, ezért azt az érintkező tartóhoz egy utólagos művelettel (forrasztás, hegesztés, szegecselés stb.) fémesen kötni kell.

A leírtak alapján a porkohászati technológiák hátrányai a következő:

— a technológia sok egymás után következő lépésből áll,

- a szinterezés időtartama hosszú, és hőenergia igénye nagy (2000 kWh/t), — a technológia speciális berendezéseket igényel (portechnológiai berendezéseket, sajtoló gépeket, védőgázas kemencéket, lemezfeldoígozó gépeket, hőkezelő kemencéket stb.), ezért — a porkohászati érintkezőanyag gyártás csak nagy tételekben gazdaságos.

A villamos érintkező felületek előállítására alumínium vezetőn, ismert a 156.346 sz. magyar szabadalom, amely a láng-fémszórás alkalmazására épül.Ennek a technológiának az a hátránya, hogy a lángszórással kapott bevonatok oxidtartalma nagy, ezért az érintkező bevonatokat vegyi úton oxidmentesíteni kell. Majd az oxidmentesített bevonat pojozitásának a megszüntetésére Sn-Ag ötvezettel kell átitatni. Az átitatáshoz az érintkező tartót kb. 250..,300 °C-ra kell hevíteni, amelynek során az Al érintkezőtartó kilágyul, és a mechanikai szilárdsága lecsökken. További hátránya a nevezett szabadalom szeánti lángszórásos eljárásnak, hogy a lángszóró pisztolyba egyidőben csak egyetlen huzal-anyag adagolható, így nincs lehetőség az érintkezőbevonat alkotóinak tetszés szerinti arányban történő változtatására.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan eljárás kidolgozását, amellyel:

- az érintkezőt közvetlenül az érintkező tartón állítjuk elő, a sajtolási színtere zési, darabolási és forrasztási műveletek elhagyásával,

- az érintkező létrehozásának folyamata alatt viszszűk be azokat az anyagokat az érintkezőbe, amelyekkel a fő alkotó tulajdonságait javítjuk,

- az eljárással kis sorozatban gyártott termékek érintkezői is gazdaságosan előállíthat ók.

A kitűzött célt a találmány szerinti eljárással úgy értük el, hogy az érintkezőt közvetlenül az érintkezőtartón hoztuk létre olymódon, hogy az érintkezőtartóra nagyhőmérsékletű plazmasugarat irányítottunk, és a plazmasugárba a kialakítandó érintkező összetételének megfelelő villamosán vezető anyagot, mint főalkotót, és az érintkező tulajdonságait javító adalékanyagot, illetve adalékanyagokat adagoltunk huzal, vagy/és por alakban. Ennek az az előnye, hogy:

- nem kell az érintkezőanyagot az érintkezőtartóra forrasztani,

- az érintkezőanyagok összetételét a kívánalmaknak megfelelően tág tartományban tudjuk változtatni (akár egy érintkezőn belül is),

- az érintkező egyetlen gépi berendezéssel 1...2 perc alatt előállítható,

- kis sorozatú vagy egyedi érintkezők előállítása is gazdaságos.

Megjegyzés: főalkotó alatt itt jó villamosvezetőképességű, vagy jő ívállósági tulajdonságokkal rendelkező fémet (pl, Ag, Ni, Cu, Mo, ,W), vagy ezek ötvözetét, vagy ezen fémeknek más anyagokkal alkotott keverékét (pl. Ag-Cdo, Ag-grafit stb.) értjük. A főalkotó fémes komponense a plazmasugárban megolvad és az ún. mátrix anyag szerepét tölti be.

Adalék anyág alatt itt azt az anyagot értjük, amely a főalkotó tulajdonságait (villamos vezetés, íverózióállóság, keménység, kopásállóság stb.) javítja pl. Ag vagy Cu főalkotónál a Ni, grafit, MoSj a kopásállóságot, a W, CdO, SnO stb. az ívéJIóságot javítja. Az adalékanyag aránya elérheti a 60...80%-ot (súly%) is, (pl. egy Ag-W érintkezőben a volfram tartalom).

A találmány egy előnyös foganatosítási módja szerint az érintkező főalkotóját huzal alakban, az érintkező tulajdonságait javító adalék anyagokat por alakban juttatjuk a plazmasugárba. Ennek az az előnye, hogy:

- a huzalból szórt érintkezők villamos vezetőképessége jobb, mint a porból szórt érintkezőké,

- a huzalszórás plazma paramétereinél az adalék poranyagok a bevonatban gömb alakban helyezkednek el,

- a huzal alapanyag rendszerint olcsóbb, mint az osztályozott gömbszemcsés poranyag.

A találmány ezen eljárása annak a felismerésnek a felhasználásán alapszik, hogy ha az érintkező anyag egyik alkotóját (célszerűen fő alkotóját) huzal forrnájában vezetjük a plazmasugár útjába, és a másik alkotót (célszerűen az adalékanyagot) por alakban, akkor az érintkezőben a huzalból porlasztóit fő alkotó lemezes szerkezetű lesz, míg az adalék anyag részecskéi közel gömbalajú szemcsék Tonnájában helyezkednek el a lemezes szerkezetben.

Ez a megoldás különösen előnyös Ag vagy Cu főalkotó esetén, amikor adalék anyagként Ni, Mo, W, WC, grafit, CdO, SnO, ZnO, TiO₂, ZrO₂, HfO, A1₂O₃, MoS₂ stb. valamelyikét vagy ezek közül legalább kettő keverékét alkalmazzuk.

A találmány egy másik foganatosítási módja szerint az érintkező előállításához a főalkotót és az érint-22

189.862 kező tulajdonságait javító adalék anyagokat por alakban, együtt juttatjuk a plazmasugárba. Ez a megoldás akkor alkalmazható előnyösen, ha nem akarjuk az érintkező felületét utólag forgácsolási művelettel megmunkálni, mert por alapanyagokból viszonylag sima felület érhető el. Az alkalmazásához szükséges feltétel, hogy:

— a két poranyag közel azonos szemcseméret tartománya legyen, — az adalékanyag olvadáspontja, vagy bomlási hőmérséklete legalább 400...600 °C-al magasabb legyen, mint a főalkotó olvadáspontja.

A találmány ezen eljárásánál azt a felismerést alkalmáztuk, hogy ha különböző olvadáspontú anyagokat por alakban együttesen vezetünk a plazmasugár útjába, és a plazma paramétereit az alacsonyabb olvadáspontú ákotó paramétereihez állítjuk, akkor az érintkező szerkezetében az alacsonyabb olvadáspontú anyag részecskéi közel gömb alakúak maradnak, és a lemezes szerkezetben helyezkednek el. Ez a módszer alkalmazható pl. Ag vagy Cu főalkotó esetén, amikor adalékanyagként Ni, Mo, W, WC, grafit, MoS₂, TiO₂, ZrO₂, HFO, A1₂O₃ stb. valamelyikét, vagy ezek közül legalább kettő keverékét alkalmazzuk. Alkalmazható továbbá Ni főalkotó esetén, amikor az olvadáspontra, és bomláspontra vonakozó kikötések teljesülnek pl. Ni főalkotóhoz Mo, W, WC, grafit stb. adalékanyagok valamelyikét adagoljuk.

Egy lehetséges további foganatosítási mód szerint az érintkező előállításához szükséges főalkotót és az érintkező tulajdonságait javító adalék anyagokat por újakban, de a plazmaégő nyílásától különböző távolságokban adagoljuk a plazmasugárba. Erre a megoldásra olyan esetekben kerülhet sor, amikor:

— a főalkotó és az adalékanyag olvadáspontja között nincs lényeges eltérés, pl. Ag főalkotóhoz Cu adalékanyagot adunk, vagy fordítva, — a főalkotó olvadáspontja magasabb, mint az adalékanyagé, pl. Ni, Mo, W főalkotóhoz Ag, Cu stb. adalékanyagot adunk, — az adalékanyag hőre bomló vegyület, pl. CdO, MoS₂,MoO₃ stb.

A találmány szerinti érintkezőelőállítás ezen eljárásánál azt a felismerést alkalmaztuk, hogy ha egy plazmagenerátor fúvókájától nagyobb távolságra vezetünk be egy por anyagot a plazmasugárba, akkor a por részecske kevesebb hőmennyiséget vesz fel és így elérhető, hogy nem olvad meg, illetve nem bomlik el.

A találmány alkalmazásánál egy nagyon lényeges foganatosítási mód, amikor az érintkező tervezett struktúrájának megfelelően meghatározott program szerint, időben változó mennyiségű főalkotót és adalékanyagot adagolunk. így keresztmetszetben változó összetételű érintkezőt kapunk. Erre a megoldásra olyankor kerül sor, amikor az érintkező erős mechanikai igénybevételnek, vagy íveróziónak van kitéve. Ilyenkor az érintkezőtartóra először Ni, vagy Mo alapréteget poriasztunk fel, maid a jó villamosvezetőképességű Ag, vagy Cu főalkotót, kopást csökkentő Ni, MoSi vagy grafit stb. adalék anyaggal együtt porlasztjuk, illetve íverózió csökkentésre az alapréteg után Ag, vagy Cu főalkotót, W adalékanyaggal. Az adalékanyagok aránya a főalkotó keresztmetszetében változhat, pl. az érintkező felülete közelében az adalékanyagok aránya feldúsítható vagy csökkenthető.

A találmány szerinti eljárás egyes változatait röviden a mellékelt rajz alapján ismertetjük, ahol az:

1. ábra olyan elrendezést mutat, amelynél a kialakítandó érintkező foalkotóját huzal alakban, az adalék anyagokat por alakban juttatjuk a plazmasugárba,a

2. ábra olyan elrendezést mutat, amelynél a kialakítandó érintkező főalkotóját és az adalék anyagokat por alakban együtt juttatjuk a plazmasugárba, a

3. ábra azt az elrendezést mutatja, amelynél a kialakítandó érintkező főalkotóját, és az adalék anyagokat, egy plazmaégő nyílásától különböző távolságokban juttatjuk a plazriasugprba.

A találmány szerinti eljárást az alábbiakban részletesebben is ismertetjük.

Az 1. ábrán a nagyhőmérsékeltű és nagysebességű plazmasugárba a 3 főalkotót huzal formában és az 5 adalékanyagokat por formában vezetjük be. A nagy hőmérséklet hatására a huzal megolvad, és az 1 plazmasugár örvénylése következtében cseppekre szakad. A huzalból képződött olvadékcseppeket a gázsugár a érintkezőtartóra röpíli. A felütközés pillanatában a föalkotó olvadékcseppjei vékony lemezekké deformálódnak. A por állapotú 5 adalékanyag részecskéi a nagy gázsebesség következtében olyan rövid ideig tartózkodnak az 1 plazmasugárban, hogy nem olvadnak meg, hanem közel gömb alakban beépülnek a lemezes szerkezetű 3 főalkotó közé. A 2 érintkezőtartón így felépíthető a porkohászati jelleggel bíró 4 érintkező.

A 2. ábrán kétféle poranyag együttes adagolása látható. Itt az alacsonyabb olvadáspontú por a 3a főalkotó, amely megolvad az 1 plazmasugárban, és lemezes szerkezettel rakódik le a 2 érintkezőtartóra. A magasabb olvadáspontú 5 adalékanyag nem olvad meg, hanem beépül a 3a főalkotó lemezes szerkezete közé, és létrejön a porkohászati jellegű 4 érintkező.

A 3. ábrán kétféle poranyag külön-külön történő adagolása látható. A 3a főalkotóként szolgáló port a plazmaégő 6 nyílásához x, távolságra (közelebb), míg az 5 adalékanyagok x₂ távolságra (távolabb) adagoljuk az 1 plazmasugárba. Az Xi távolságra beadagolt 3a föalkotó nagyobb hőmennyiséget kap és megolvad, az x₂ távolságra beadagolt 5 adalékanyag kevesebb hőmennyiséget kap és nem olvad meg az 1 plazmasugárban. A 3. ábrán a 2 érintkezőtartón mégegyledörzsölének ellenálló 7 közbenső réteget is ábrázoltunk. Ezen helyezkedik el a porkohászati jellegű 4 érintkező. Megjegyzés: az ábrákon a szemléltetés céljából a részecskék méretét és az érintkező szerkezetét aránytalanul felnagyítottuk.

A leírt eljárásokkal készített érintkezők struktúrája, elérhető összetétele, villamos- és hővezető képessége hasonló, mint a porkohászati úton készült érintkezőanyagoké. Jellemző rájuk, hogy:

- fémtaríilag heterogén szerkezetűek,

- egymással ötvözetet nem alkotó fémekből (Ag-Ni),

- fémekből és fémoxidokból (Cu-Alj O₃, Ag-CdO, Ag-SnO-In₂O₃ stb.),

- fémekből és - szervetlen anyagokból (Ag-grafit, vagyCu-MoSj stb.) is előállithatók.

Megjegyzés; itt fémianilag heterogén szerkezet alatt azt értjük, hogy a főalkotó és az adalékanyag szorosan kapcsolódik egymáshoz, de nem alkot egymással ötvözetet. (az ötvözet képződése a villamos vezetőképesség nagymérvű romlását okozná.)

Ha az érintkezőt ne dves vagy korrozív környezetben alkalmazzuk, célszerű az érintkezőket kontakt korrózió ellen védeni. Erre a célra jól felhasználhatók

189.862 a benzol- szénhidrogénekben oldódó különböző fenolgyanta típusok, amelyek nagyon jó áthatoló képességgel rendelkeznek, és levegőn száradnak. Az érintkezőket ecseteléssel vagy bemártással lakkal vonjuk be, és a lakk száradása után méretre munkáljuk.

A találmány sziinti eljárás főbb előnyei a következők:

- az eljárással minden olyan érintkező kompozíció előállítható, amelyet porkohászati úton előállítanak, de tágabb összetétel tartományban,

- a villamos készüléket előállító üzemben is létrehozható az érintkező, az igényeknek legmegfelelőbb összetételben,

- elmarad az érintkezőtartóhoz való rögzítési művelet (ez különösen nagy áramerősségű készüléknél jelent előnyt),

- az érintkező létrehozható réz, vas, alumínium stb. anyagokon egyaránt,

- rendszerint anyag- és munkaidő megtakarítást eredményez,

- egyedi érintkezőösszetételek (pl. kísérleti célú) vagy kis sorozatok előállítására is gazdaságosan felhasználható.

A találmány szerinti eljárást az alábbi példákon ismertetjük:

1. példa

Ag vagy Cu főalkotóból állítunk elő érintkezőt, a találmány szerinti 1. ábrán látható megoldás alapján. Az Ag vagy Cu huzalt az ábrán látható módon vezetjük a plazmasugárba. A kopáa ellenállás növelésére (a csúszó súrlódás megjavítására) adalékanyagként 5...10 % Ni-t, vagy 2...3% grafitot, vagy 2...3% MoS₂-t adagolunk por alakban a plazmasugárba, így létrejön a porkohászati jellegű érinkezőanyag.

2. példa

Ag vagy Cu főalkotóból állítunk elő érintkező a találmány szerinti 2. ábrán látható megoldás alapján por alapanyagból. Az érintkezők súrlódási tulajdonságainak a megjavítására adalékanyagként a főalkotóhoz hozzákeverünk kb. azonos szemcseméretű 5...10 % Ni port, vagy Ni-garafit port (nikkellel bevont grafit por). A két poranyagból homogén keveréket kéSzünk, és együtt adagoljuk a plazmasugárba. A kéte poranyagot külön-külön adagoló készülékkel is adagolhatjuk a kívánt arányban, azonban a port szállító csővezetékeket a plazmagenerátor előtt egyesíteni kell. Ebben az esetben lehetőség van a főalkotó és az érintkezőtartóra először egy 70...80 μ vastagságú Ni réteget készítünk úgy, hogy csak Ni-t adagolunk a plazmasugárba, majd az adagolt Ni mennyiségét folyamatosan csökkentjük, és az Ag vagy Cu főalkotó adagolását folyamatosan növeljük. így létrehozható az érintkező tapadását javító közbenső rétegen a porkohászati jellegű Ag-Ni vagy Cu-Ni éritnkező.

3. példa

Ni-Ag-CdO-giafit érintkező állítunk elő, a találmány szerinti 3. ábrán látható megoldás alapján Ag huzal főalkotóból és CdO-grafit adalékanyagból. Az érintkezőt Ni közbenső réteggel látjuk el. Először az érintkezőtartóra Ni alapréteget viszünk fel úgy, hogy az Xj helyen (lásd 3. ábrát) Ni huzalt, vagy port vezetünk a plazmasugárba és létrehozzuk a tapadást javító közbenső réteget. Ezután az Xj helyen Ag huzalt, az X₂ helyen pedig CdO-grafit keveréket vezetünk a plazmasugárba és a Ni közbenső rétegen létrehozzuk a porkohászati jellegű érintkezőt.

A leírt példák analógiájára, a találmány szerinti eljárás különböző változataival az érintkezők széles skálája állítható elő.

Claims (11)

1. Eljárás porkohászati jellegű villamos érintkező előállítására, azzal jellemezve, hogy az érintkezőt (4) közvetlenül érintkezőtartón (2) hozzuk létre oly módon, hogy az érintkezőtartóra nagyhőméisékletű plazmasugarat (1) irányítunk, és a plazmasugárba a kialakítandó érintkező (4) összetételének megfelelő villamosán vezető anyagot, mint főalkotót (3, 3a), és az érintkező tulajdonságait javító adalékanyagot, ileltve adalékanyagokat (5) adagolunk huzal, vagy/és por alakban.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jelle nezve, hogy az érintkező (4) fő alkotóját (3) huzal alakban, az adalékanyagot, illetve adalékanyagokat (5) por alakban juttatjuk a plazmasugárba (1).

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az érintkező (4) előállításához a fő alkotót (3a) és az adalékanyagot, illetve adalékanyagokat (5) por alakban együtt juttatjuk a plazmasugárba (1).

4. Az 1—3. igénypontok bánnelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a főalkotót (3a, 3a) és az adalékanyagot (5), illetve adalékanyagokat (5) egy plazmaégő nyílásától (6) az érintkező felé mérve különböző távolságokban (x,, x₂) juttatjuk a plazmasugárba (1).

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kialakítandó érintkező struktúrájának megfelelően, meghatározott program szerint, időben változó mennyiségű fő alkotót (3, 3a) és adalékanyagot (5), illetve adalékanyagokat (5) adagolunk a plazmasugárba (1).

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy főalkotóként (3, 3a) Ag-t, adalékanyagként (5)Cu, Ni, Mo, W, WC, CdO, grafit, MoS₂, SnO, ZnO, TiO₂, Zr, O₂, HfO, A1₂O₃ anyagok bármelyikét, vagy ezekből legalább kettőnek a keverékét alkalmazzuk.

7. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljá rás, azzal jellemezve, hogy fő alkotóként (3, 3a) Cu-t, adalékanyagként (5) Ag, Ni, Mo, W, WC, grafit, MoS_2> CdO, SnO, ZnO, TiO₂, ZrO₂, HfO, A1₂O₃ anyagok bármelyikét, vagy ezekből legalább kettőnek a keverékét alkalmazzuk.

8. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fő alkotóként (3, 3a) Ni-t, adalékanyagként (5) Ag, Cu, W, WC, Mo, MoS₂, grafit, CdO, SnO, ZnO', TiO₂, ZrO₂, HfO, A1₂O₃ anyagok bármelyikét, vagy ezekből legalább kettőnek a keverékét alkalmazzuk.

9. Az 1-5, igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve,, hogy fő alkotóként (3, 3a) Mo-t, adalékanyagként Ag, Cu, Ni, W, WC, MoS₂, grafit, CdO, SnO, ZnO, TiO₂, ZrO₂, HfO, Al₂O₃, anyagok (5) bármelyikét, vagy ezekből legalább kettőnek a keverékét alkalmazzuk.

10. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzaljellemezve , hogy fő alkotóként (3, 3a) W-ot, adalékanyagként (5) Ag, Cu, Ni, WC,

189.863

MoSj, grafit, CdO, SnO, ZnO, TiOj, Zrój, HfO, AI3O3 anyagok bármelyikét, vagy ezekből legalább kettőnek a keverékét alkalmazzuk.

11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az érintkezőket (4) készremunkálás előtt konóziógátló anyaggal célszerűen benzol szénhidrogénekben oldódó fenolg gyantával itatjuk át.