RU2366756C1 - Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices - Google Patents

Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices Download PDF

Info

Publication number
RU2366756C1
RU2366756C1 RU2007148722/02A RU2007148722A RU2366756C1 RU 2366756 C1 RU2366756 C1 RU 2366756C1 RU 2007148722/02 A RU2007148722/02 A RU 2007148722/02A RU 2007148722 A RU2007148722 A RU 2007148722A RU 2366756 C1 RU2366756 C1 RU 2366756C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
sputtering
voltage
electric
yttrium
Prior art date
Application number
RU2007148722/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007148722A (en
Inventor
Ирина Николаевна Нестерова (RU)
Ирина Николаевна Нестерова
Владимир Васильевич Измайлов (RU)
Владимир Васильевич Измайлов
Александр Федорович Гусев (RU)
Александр Федорович Гусев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2007148722/02A priority Critical patent/RU2366756C1/en
Publication of RU2007148722A publication Critical patent/RU2007148722A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366756C1 publication Critical patent/RU2366756C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention refers to electric apparatus building and to systems of electric power supply, particularly to methods of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices. The method consists in ion-plasma sputtering of chromium copper on a treated contact at reference voltage on it of 90-120 V and at multiple changes of voltage during sputtering up to 1000-1200 V and back to a reference one and at frequency 1-2 times per each micrometer of sputtered coating thickness. At voltage 1000-1200 V duration of sputtering is 0.2-0.4 from time of coating sputtering of a micron thickness. Chromium copper alloyed with yttrium at amount of 0.2-0.6 wt % is used for sputtering.
EFFECT: increased operation life of aluminium current conducting parts of electric commutating devices.
1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к электроаппаратостроению и системам электроснабжения и может быть использовано для обработки поверхностей контактных соединений, в частности разрывных алюминиевых контактов электрокоммутационных устройств.The invention relates to electrical equipment and power supply systems and can be used for surface treatment of contact joints, in particular explosive aluminum contacts of electrical switching devices.

Известен способ получения электрических контактов и сварочных электродов из смеси, содержащей от 20 до 90% тугоплавкого металлического компонента (вольфрам, молибден, карбид вольфрама, карбид молибдена), от 0,1 до 1,0% иттрия и медь остальное, включающий образование порошковой формовки из тугоплавкого металлического компонента, ее спекания, после которого она будет содержать взаимосвязанные (сквозные) поры, заполнение этих пор медно-иттриевым сплавом путем просачивания (инфильтрации) или пропитывания (импрегнирования). Инфильтрационный процесс выполняется путем размещения твердого медно-иттриевого сплава на основу из тугоплавкого металла в контакте с его порами и нагревания в восстановительной атмосфере или вакууме до температуры плавления меди. Плавящийся медно-иттриевый сплав абсорбируется порами тугоплавкой металлической основы за счет капиллярного притяжения. Одним из вариантов указанного способа является смешивание порошка медно-иттриевого сплава и порошка тугоплавкого металла вместе, сжатие смеси и затем спекание ее при температуре либо около, либо ниже температуры плавления меди. Причем в обоих вариантах способа медно-иттриевый сплав может быть образован или до введения в тугоплавкую металлическую матрицу, или может образовываться во время процедуры инфильтрации (US №3272603, кл. 29-191, 1966).A known method of producing electrical contacts and welding electrodes from a mixture containing from 20 to 90% of a refractory metal component (tungsten, molybdenum, tungsten carbide, molybdenum carbide), from 0.1 to 1.0% yttrium and the rest, including the formation of powder molding from a refractory metal component, its sintering, after which it will contain interconnected (through) pores, filling these pores with a copper-yttrium alloy by percolation (infiltration) or impregnation (impregnation). The infiltration process is carried out by placing a solid copper-yttrium alloy on a base of refractory metal in contact with its pores and heating in a reducing atmosphere or vacuum to the melting temperature of copper. The melting copper-yttrium alloy is absorbed by the pores of the refractory metal base due to capillary attraction. One of the options of this method is mixing the powder of copper-yttrium alloy and powder of refractory metal together, compressing the mixture and then sintering it at a temperature either near or below the melting temperature of copper. Moreover, in both versions of the method, a copper-yttrium alloy can be formed either before introduction into the refractory metal matrix, or it can be formed during the infiltration procedure (US No. 3272603, CL 29-191, 1966).

Недостатком известного способа является невозможность его использования для защиты поверхности алюминиевых контактов, так как используемые в нем операции предполагают получение электродов, однородных по составу и свойствам материала по всему объему электрода.The disadvantage of this method is the impossibility of using it to protect the surface of aluminum contacts, since the operations used in it involve the production of electrodes that are homogeneous in composition and material properties throughout the electrode volume.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения покрытия для электрического контакта, заключающийся в ионно-плазменном напылении покрытия из двойного сплава медь-хром с содержанием 0,4-1,0% хрома по режиму, обеспечивающему многократное скачкообразное изменение напряжения от 90-120 до 1000-1200 В и обратно, причем частота изменения напряжения составляет 1-2 раза на каждый микрометр толщины покрытия, а продолжительность напыления при 1000-1200 В равна 0,2-0,4 от времени напыления покрытия толщиной в 1 микрометр (SU №1628564, кл. C23C 14/54, 1989).Closest to the claimed is a method of obtaining a coating for electrical contact, which consists in ion-plasma sputtering of a coating of a double copper-chromium alloy with a content of 0.4-1.0% chromium according to a regime that provides multiple stepwise voltage changes from 90-120 to 1000 -1200 V and vice versa, the frequency of voltage changes being 1-2 times per micrometer of the coating thickness, and the duration of spraying at 1000-1200 V is 0.2-0.4 of the time of coating spraying with a thickness of 1 micrometer (SU No. 1628564, C. C23C 14/54, 1989).

Недостатком известного способа является то, что получаемое покрытие при применении его для разрывных алюминиевых контактов электрокоммутационных устройств, работающих при возникновении электрического разряда в процессе многократной коммутации (реле, пускатели, регуляторы), не обеспечивает защиту рабочих поверхностей контактов от электроэрозионного изнашивания.The disadvantage of this method is that the resulting coating, when applied to rupture aluminum contacts of electrical switching devices operating when an electric discharge occurs during repeated switching (relays, starters, regulators), does not protect the contact working surfaces from electrical discharge erosion.

Задачей изобретения является увеличение износостойкости поверхности разрывных алюминиевых контактов электрокоммутационных устройств.The objective of the invention is to increase the wear resistance of the surface of explosive aluminum contacts of electrical switching devices.

Техническим результатом является повышение ресурса работы алюминиевых токопроводящих деталей электрокоммутационных устройств.The technical result is to increase the service life of aluminum conductive parts of electrical switching devices.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе нанесения покрытия на разрывные алюминиевые контакты электрокоммутирующих устройств, включающем ионно-плазменное напыление хромистой бронзы на обрабатываемый контакт при опорном напряжении на нем 90-120 В, многократное изменение напряжения в процессе напыления до 1000-1200 В и обратно к опорному с частотой 1-2 раза на каждый микрометр толщины напыляемого покрытия и с продолжительностью напыления при напряжении 1000-1200 В, равной 0,2-0,4 от времени напыления покрытия микронной толщины, согласно изобретению напыляют хромистую бронзу, легированную иттрием в количестве 0,2-0,6% масс.The task and the specified technical result are achieved by the fact that in the method of coating rupture aluminum contacts of electrical switching devices, including ion-plasma deposition of chromium bronze on the contact being processed at a reference voltage of 90-120 V on it, multiple voltage changes during deposition up to 1000- 1200 V and back to the reference one with a frequency of 1-2 times per micrometer of the thickness of the sprayed coating and with a duration of spraying at a voltage of 1000-1200 V equal to 0.2-0.4 of the spraying time I micron thickness, according to the invention is sprayed chromium bronze doped yttrium in an amount of 0.2-0.6% by weight.

Применение на алюминиевых токопроводящих деталях ионно-плазменного покрытия из хромистой бронзы, легированной иттрием, позволяет уменьшить число образующихся мостиков за счет повышения температуры плавления материала поверхности контактов, а также уменьшить выгорание поверхности алюминиевых деталей в зонах микродуг за счет большей стойкости легированной хромистой бронзы к окислению.The use of an ion-plasma coating of chrome-plated bronze doped with yttrium on aluminum conductive parts can reduce the number of bridges formed by increasing the melting temperature of the contact surface material, as well as reduce the burn-out of the surface of aluminum parts in microarc zones due to the higher oxidation resistance of the doped chromium bronze.

Содержание легирующего элемента обусловлено следующим. Уменьшение содержания иттрия менее 0,2% масс не приводит к увеличению жаростойкости, следовательно, электроэрозионной стойкости покрытия, а повышение содержания иттрия больше 0,6% масс приводит к потере покрытием пластичности, что снижает его усталостную износостойкость.The content of the alloying element is due to the following. A decrease in the yttrium content of less than 0.2% of the mass does not lead to an increase in heat resistance, therefore, the electroerosion resistance of the coating, and an increase in the yttrium content of more than 0.6% of the mass leads to a loss of plasticity of the coating, which reduces its fatigue resistance.

Способ осуществляют следующим образом. На распыляемую торцевую поверхность катода из меди марки Ml размещают хромистую бронзу, легированную иттрием в количестве 0,2-0,6% масс. Катод помещают в катодный узел электродугового испарителя установки для ионно-плазменного напыления. Подают опорное напряжение и в вакууме распыляют поверхность катода при токе дуги 90-95 А с получением слоя покрытия на обрабатываемых деталях. После нанесения покрытия толщиной 0,3-0,5 мкм скачком изменяют величину напряжения до 1000-1200 В, при этом происходит усиление процесса ионной бомбардировки при снижении процесса ионного осаждения. Высокое напряжение сохраняют в течение 0,2-0,4 от времени подачи опорного напряжения. За это время происходит механотермическое воздействие на напыленный слой с его упрочнением. После указанного времени высокое напряжение снижают до опорного и указанный цикл повторяют неоднократно таким образом, чтобы число скачков напряжения составляло 1-2 на каждый микрометр толщины напыленного покрытия.The method is as follows. Chromium bronze doped with yttrium in an amount of 0.2-0.6% of the mass is placed on the sprayed end surface of the cathode made of Ml copper. The cathode is placed in the cathode assembly of an electric arc evaporator of an ion-plasma spraying apparatus. The reference voltage is applied and the cathode surface is sprayed in vacuum at an arc current of 90-95 A to obtain a coating layer on the workpieces. After coating with a thickness of 0.3-0.5 microns, the voltage value is abruptly changed to 1000-1200 V, while the ion bombardment process is strengthened while the ion deposition process is reduced. High voltage is maintained for 0.2-0.4 of the time of supply of the reference voltage. During this time, a mechanothermal effect on the sprayed layer with its hardening occurs. After the indicated time, the high voltage is reduced to the reference one and the indicated cycle is repeated repeatedly so that the number of voltage surges is 1-2 for each micrometer of the thickness of the sprayed coating.

Изобретение реализовано в лабораторных условиях на модернизированной установке ионно-плазменного напыления ВУ-1Б. Проведено легирование стружки хромистой бронзы БрХ0,5 путем сплавления ее в индукционных печах с порошком иттрия марки «YM-1» с содержанием иттрия 98,74% и последующее изготовление из сплавов пластин, которые затем закреплялись на распыляемой торцевой поверхности медного катода.The invention is implemented in laboratory conditions on a modernized installation of ion-plasma spraying VU-1B. The alloys of chromium bronze BrX0.5 were alloyed by fusing it in induction furnaces with yttrium powder of the grade “Y M -1” with a yttrium content of 98.74% and subsequent manufacture of alloys from the alloys, which were then fixed on the sprayed end surface of the copper cathode.

Пример 1. Для приготовления сплава с содержанием иттрия 0,1% масс брали навески из стружки хромистой бронзы БрХ0,5 в количестве 799,19 г и порошка иттрия 0,81 г. Шихту перемешивали, загружали в циркониевый тигель и помещали в индукционную печь с продувкой аргоном. Время плавки составляло 30-40 мин при температуре ~1600°С по шкале оптического пирометра. Полученный слиток обтачивали по размерам катода электродугового испарителя установки, от него отрезали пластину, которую механическим способом закрепляли на торцевой поверхности медного катода из меди марки Ml.Example 1. To prepare the alloy with a yttrium content of 0.1% of the mass, weighed samples of BrX0.5 chromium bronze shavings in an amount of 799.19 g and yttrium powder 0.81 g. The mixture was mixed, loaded into a zirconium crucible and placed in an induction furnace with argon purge. The melting time was 30–40 min at a temperature of ~ 1600 ° C on the scale of an optical pyrometer. The obtained ingot was machined according to the dimensions of the cathode of the electric arc evaporator of the installation, a plate was cut from it, which was mechanically fixed on the end surface of the copper cathode made of Ml copper.

Другие примеры расчета сплавов с иттрием приведены в таблице 1.Other examples of the calculation of yttrium alloys are given in table 1.

Таблица 1Table 1 Содержание компонентов в шихтеThe content of components in the charge % содержания Y в сплаве% Y content in the alloy 0,20.2 0,30.3 0,40.4 0,50.5 0,60.6 0,70.7 0,80.8 0,90.9 Масса порошка YM-1The mass of the powder Y M -1 1,621,62 2,432.43 3,523.52 4,054.05 4,864.86 5,675.67 6,486.48 7,37.3 Масса бронзовой стружкиWeight of bronze shavings 798,38798.38 797,57797.57 796,48796.48 795,95795.95 795,14795.14 794,33794.33 793,52793.52 792,7792.7

Испытания образцов с нанесенными покрытиями проводили на оригинальном стенде (Измайлов В.В., Новоселова М.В. К разработке методики ускоренной оценки электроэрозионной износостойкости электроконтактных материалов. - Вестник Тверского государственного технического университета - Тверь: ТГТУ, 2003, вып.3. - С.14-20; Измайлов В.В., Новоселова М.В. Способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов. RU 2265862, кл. G01R 31/333, 2005).Testing of the samples with the coatings was carried out on the original bench (Izmailov V.V., Novoselova M.V. To the development of methods for accelerated assessment of the electrical discharge erosion resistance of electrical contact materials. - Bulletin of the Tver State Technical University - Tver: TSTU, 2003, issue 3. - С .14-20; Izmailov V.V., Novoselova M.V. Method for assessing the electrical discharge erosion resistance of materials for electrical contacts. RU 2265862, class G01R 31/333, 2005).

Схема рабочего узла стенда приведена на чертеже. Электрод 1 из вольфрамовой проволоки диаметром 1 мм циклически контактирует с алюминиевым образцом 2, на поверхность которого нанесено покрытие. Образец помещен в латунную втулку 3, в которой закреплен прижимной пластиной 4, имеющей центральное отверстие. Втулка 3 закреплена на микрометрическом винте 5, с помощью которого можно регулировать как расстояние между контактами, так и усилие в контакте. Наличие проводимости в контакте регистрируется быстродействующим самопишущим вольтметром.A diagram of the working node of the stand is shown in the drawing. An electrode 1 made of a tungsten wire with a diameter of 1 mm is cyclically contacted with an aluminum sample 2, the surface of which is coated. The sample is placed in a brass sleeve 3, in which is fixed a pressure plate 4 having a central hole. The sleeve 3 is mounted on a micrometer screw 5, with which you can adjust both the distance between the contacts and the force in the contact. The presence of conductivity in the contact is recorded by a high-speed self-recording voltmeter.

Испытания проводили в нормальном (не в форсированном) режиме. При этом частота коммутаций была принята в соответствии с ГОСТ 24606.6-83 равной 1 Гц, расстояние между контактами 5 мм, напряжение 220 В, сила тока составляла 1 и 5 А. За отказ принималось отсутствие проводимости в контакте в течение десяти коммутаций подряд.The tests were carried out in the normal (not forced) mode. In this case, the switching frequency was adopted in accordance with GOST 24606.6-83 equal to 1 Hz, the distance between the contacts is 5 mm, the voltage is 220 V, the current strength was 1 and 5 A. The failure was assumed to be the absence of conductivity in the contact for ten consecutive switching operations.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.The test results are shown in table 2.

Таблица 2table 2 Сила токаAmperage Содержание иттрия в материале покрытия, % масс.The yttrium content in the coating material,% mass. 00 0,10.1 0,20.2 0,30.3 0,50.5 0,60.6 0,70.7 0,80.8 1A 2222 30thirty 5454 6363 8787 116116 3232 2525 5A 1010 1212 3535 4242 6161 5656 1717 99 видимый износ покрытияvisible coating wear

В настоящее время изобретение находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.Currently, the invention is at the stage of experimental laboratory testing.

Claims (1)

Способ нанесения покрытия на разрывные алюминиевые контакты электрокоммутирующих устройств, включающий ионно-плазменное напыление хромистой бронзы на обрабатываемый контакт при опорном напряжении на нем 90-120 В, многократное изменение напряжения в процессе напыления до 1000-1200 В и обратно к опорному с частотой 1-2 раза на каждый микрометр толщины напыляемого покрытия и с продолжительностью напыления при напряжении 1000-1200 В, равной 0,2-0,4 от времени напыления покрытия микронной толщины, отличающийся тем, что напыляют хромистую бронзу, легированную иттрием в количестве 0,2-0,6 мас.%. The method of coating rupture aluminum contacts of electrical switching devices, including ion-plasma deposition of chromium bronze on the contact being processed at a voltage reference of 90-120 V, multiple voltage changes during deposition to 1000-1200 V and back to the reference voltage with a frequency of 1-2 times for each micrometer of the thickness of the sprayed coating and with a duration of spraying at a voltage of 1000-1200 V equal to 0.2-0.4 of the time of spraying of the coating of micron thickness, characterized in that they spray chromium bronze, doped yttrium in an amount of 0.2-0.6 wt.%.
RU2007148722/02A 2007-12-24 2007-12-24 Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices RU2366756C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007148722/02A RU2366756C1 (en) 2007-12-24 2007-12-24 Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007148722/02A RU2366756C1 (en) 2007-12-24 2007-12-24 Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007148722A RU2007148722A (en) 2009-07-10
RU2366756C1 true RU2366756C1 (en) 2009-09-10

Family

ID=41045223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007148722/02A RU2366756C1 (en) 2007-12-24 2007-12-24 Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366756C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509825C1 (en) * 2013-02-12 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Method of coat application on copper contacts of electric switching devices
RU2598729C2 (en) * 2014-09-08 2016-09-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method of coating for electric contact

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509825C1 (en) * 2013-02-12 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Method of coat application on copper contacts of electric switching devices
RU2598729C2 (en) * 2014-09-08 2016-09-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method of coating for electric contact

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007148722A (en) 2009-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Infiltration sintering of WCu alloys from copper-coated tungsten composite powders for superior mechanical properties and arc-ablation resistance
Li et al. Material transfer behavior of AgTiB2 and AgSnO2 electrical contact materials under different currents
KR930004069B1 (en) Coated gas turbine engine compressor components
Ding et al. Preparation and arc erosion properties of Ag/Ti 2 SnC composites under electric arc discharging
Frey et al. Metallurgical aspects of contact materials for vacuum switching devices
EP2454788B1 (en) Spark plug including high temperature performance electrode
RU2366756C1 (en) Method of application of coating on interrupting aluminium contacts of electric commutating devices
CN105895418A (en) Preparation method of silver based electric contact material
US6765167B2 (en) Electric contact member and production method thereof
Zhu et al. Preparation and study of nano-Ag/SnO2 electrical contact material doped with titanium element
JP3663038B2 (en) Vacuum valve
RU161492U1 (en) CONTROLLED VACUUM DISCHARGE
EP0929088A2 (en) Contact material
EP3062327A1 (en) Electrical contact for vacuum valve and process for producing same
EP0530437B1 (en) Contact material for vacuum circuit breakers and method of manufacturing the same
Li et al. Polarity effect of impulse conditioning characteristics under a uniform electric field in vacuum
Bodrova et al. Synthesis of arc-resistant W70Cu30 composite alloy with frameless placing of thin-dispersed tungsten phase
CN104561718A (en) High-temperature niobium-based alloy as well as preparation method and application thereof
JP6669327B1 (en) Electrical contacts, vacuum valves with electrical contacts
Li et al. Cathode: the key factor in vacuum breakdown
Leung et al. Contact erosion of Ag/SnO/sub 2//In/sub 2/O/sub 3/made by internal oxidation and powder metallurgy
Yong et al. Material transfer behavior of AgTiB2 contact under different contact forces and electrode gaps
RU2215342C2 (en) Surface coating of high-power ferreed contacts (alternatives)
Frydman et al. Physical and Electrical Properties of Silver-Matrix Composites Reinforced with Various Forms of Refractory Phases
JPH10199379A (en) Contact material for vacuum breaker

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091225