RU2750255C1 - Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts - Google Patents
Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750255C1 RU2750255C1 RU2020135398A RU2020135398A RU2750255C1 RU 2750255 C1 RU2750255 C1 RU 2750255C1 RU 2020135398 A RU2020135398 A RU 2020135398A RU 2020135398 A RU2020135398 A RU 2020135398A RU 2750255 C1 RU2750255 C1 RU 2750255C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tungsten
- silver
- coating
- mononitride
- copper
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/021—Composite material
- H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
- H01H1/0233—Composite material having a noble metal as the basic material and containing carbides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Contacts (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к технологии получения на медных электрических контактах покрытий на основе карбидов вольфрама WC и W2C0,84, мононитрида вольфрама и серебра, которые могут быть использованы в электротехнике как электроэрозионностойкие покрытия с высокой электропроводностью и адгезией с подложкой на уровне когезии.The invention relates to a technology for coating metal surfaces using concentrated energy fluxes, in particular to a technology for obtaining coatings on copper electrical contacts based on tungsten carbides WC and W2C0.84, tungsten and silver mononitride, which can be used in electrical engineering as electroerosive coatings with high electrical conductivity and adhesion to the substrate at the level of cohesion.
Известен способ нанесения на контактные поверхности электроэрозионностойких молибден-медных композиционных покрытий с наполненной структурой [RU №2451111, МПК С23С 14/32, С23С 14/16, опубл. 20.05.2012], включающий использование концентрированного потока энергии для испарения исходных материалов молибдена и меди и конденсацию их на контактную поверхность. В качестве исходных материалов попеременно используют сначала фольгу меди массой 4…5 мг с навеской порошка молибдена массой 0,8…0,9 г, затем одну фольгу меди массой 175…185 мг, испарение осуществляют при пропускании по фольге электрического тока, вызывающего ее электрический взрыв, а конденсацию продуктов взрыва на контактную поверхность осуществляют при значении поглощаемой плотности мощности на упрочняемой поверхности 4,5…5,0 и 7,6…8,1 ГВт/м2 соответственно.A known method of applying to the contact surfaces of electroerosion-resistant molybdenum-copper composite coatings with a filled structure [RU No. 2451111, IPC C23C 14/32, C23C 14/16, publ. 20.05.2012], including the use of a concentrated energy flow for the evaporation of the starting materials of molybdenum and copper and their condensation on the contact surface. As starting materials, first copper foil weighing 4 ... 5 mg is used alternately with a sample of molybdenum powder weighing 0.8 ... 0.9 g, then one copper foil weighing 175 ... 185 mg, evaporation is carried out by passing an electric current through the foil, causing its electric explosion, and the condensation of explosion products on the contact surface is carried out at a value of the absorbed power density on the surface to be hardened 4.5 ... 5.0 and 7.6 ... 8.1 GW / m 2, respectively.
Недостатком способа является низкая стабильность структуры в процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями. В процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями происходит оплавление их поверхности, под воздействием искрообразования и возникновения электрической дуги возникает локальное оплавление и разбрызгивание металла, в результате чего металлическое изделие нарушает свою целостность, изменяет размеры и форму. Поскольку вольфрам и медь являются несмешивающимися компонентами во всем температурном и концентрационном интервале, при взаимодействии искры или дуги при коммутации контактов на поверхности покрытия возникают различного вида дефекты. В процессе испытаний легкоплавкая медь испаряется и основным элементом покрытия становится вольфрам, который образует матрицу с включениями меди с размерами порядка нескольких микрометров [Электровзрывное напыление износо- и электроэрозионностойких покрытий / Д. А. Романов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов. - Новокузнецк: Изд-во ООО «Полиграфист», 2014. - 203 с]. Это может стать причиной преждевременного отказа в работе электрических контактов. Кроме того, для ряда практических применений электрических контактов, помимо электроэрозионной стойкости необходима высокая твердость.The disadvantage of this method is the low stability of the structure during the operation of electrical contacts with such coatings. During the operation of electrical contacts with such coatings, their surface melts, under the influence of sparking and the occurrence of an electric arc, local melting and splashing of metal occurs, as a result of which the metal product violates its integrity, changes its size and shape. Since tungsten and copper are immiscible components in the entire temperature and concentration range, during the interaction of a spark or arc during the switching of contacts, various types of defects appear on the coating surface. In the process of testing low-melting copper evaporates and tungsten becomes the main element of the coating, which forms a matrix with copper inclusions with sizes of the order of several micrometers [Electroexplosive spraying of wear and electroerosion resistant coatings / D. A. Romanov, E. A. Budovskikh, V. E. Gromov , Yu. F. Ivanov. - Novokuznetsk: Publishing house of LLC "Polygraphist", 2014. - 203 p]. This can cause premature failure of electrical contacts. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to EDM resistance, high hardness is required.
Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе оксида кадмия и серебра на медные электрические контакты [RU №2663022, МПК С23С 4/10, С23С 4/12, H01H 1/02, опубл. 01.08.2018], включающий электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка оксида кадмия массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы CdO-Ag и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.Closest to the claimed is a method of applying electroerosion-resistant coatings based on cadmium oxide and silver on copper electrical contacts [RU No. 2663022, IPC C23C 4/10, C23C 4/12, H01H 1/02, publ. 08/01/2018], including an electric explosion of a composite electrically explosive conductor, consisting of a two-layer flat silver shell weighing 60-360 mg and a core in the form of cadmium oxide powder weighing 0.5-2.0 shell mass, the formation of a pulsed multiphase plasma jet, melting the surface of a copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m, deposition of explosion products on the surface with the formation of a composite coating of the CdO-Ag system on it and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the coating surface when the absorbed energy density is 40-60 J / cm 2 , the pulse duration is 150-200 μs and the number of pulses is 10-30.
Недостатком способа является низкая стабильность структуры в процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями, а также их низкая электропроводность. В процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями происходит оплавление их поверхности, под воздействием искрообразования и возникновения электрической дуги возникает локальное оплавление и разбрызгивание металла, в результате чего металлическое изделие нарушает свою целостность, изменяет размеры и форму. При коммутации контактов на поверхности покрытия CdO-Ag возникают пары и дым. Образующиеся в результате оплавления монооксида кадмия электрической дугой, пары и дым являются токсичными и ядовитыми для человека. В процессе испытаний легкоплавкое серебро испаряется и основным элементом покрытия становится монооксид кадмия, который образует матрицу с включениями серебра с размерами порядка нескольких микрометров [Структура и электроэрозионная стойкость медных электрических контактов, модифицированных электровзрывным методом / Д.А. Романов, СВ. Московский, В.Е. Громов и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2019. - Т 16. - №1. С. 62-70]. Это может стать причиной преждевременного отказа в работе электрических контактов. Низкая электропроводность покрытий вызывает перегрев электрических контактов в процессе эксплуатации, в результате чего уменьшается ресурс их работы. Кроме того для ряда практических применений электрических контактов помимо электроэрозионной стойкости необходима высокая твердость.The disadvantage of this method is the low stability of the structure during the operation of electrical contacts with such coatings, as well as their low electrical conductivity. During the operation of electrical contacts with such coatings, their surface melts, under the influence of sparking and the occurrence of an electric arc, local melting and splashing of metal occurs, as a result of which the metal product violates its integrity, changes its size and shape. When the contacts are switched, vapors and smoke appear on the surface of the CdO-Ag coating. Vapors and fumes resulting from the reflow of cadmium monoxide by an electric arc are toxic and poisonous to humans. In the process of testing low-melting silver evaporates and the main element of the coating becomes cadmium monoxide, which forms a matrix with silver inclusions with sizes of the order of several micrometers [Structure and electroerosion resistance of copper electrical contacts modified by the electroexplosive method / D.А. Romanov, SV. Moskovsky, V.E. Gromov et al. // Fundamental problems of modern materials science. - 2019. - T 16. - No. 1. S. 62-70]. This can cause premature failure of electrical contacts. Low electrical conductivity of coatings causes overheating of electrical contacts during operation, as a result of which their service life decreases. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to EDM resistance, high hardness is required.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является получение композиционных покрытий на основе серебра, карбидов вольфрама и мононитрида вольфрама с наполненной микрокристаллической структурой, обладающих высокой стабильностью структуры, когезией между серебряной матрицей и фазами карбидов вольфрама и мононитрида вольфрама, высокой степенью гомогенизации структуры поверхностного слоя, зеркальным блеском поверхности, высокой электропроводностью и электроэрозионной стойкостью.The technical problem solved by the claimed invention is to obtain composite coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride with a filled microcrystalline structure, which have high structural stability, cohesion between the silver matrix and the phases of tungsten carbides and tungsten mononitride, a high degree of homogenization of the surface layer structure, mirror surface gloss, high electrical conductivity and EDM resistance.
Существующая техническая проблема реализуется способом нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе серебра, карбидов вольфрама и мононитрида вольфрама на медные электрические кон такты, включающем электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка карбида вольфрама массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней композиционного покрытия системы WC-Ag, азотирование в течение 3-5 часов при температуре 500-600°С и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве 10-30 импульсов.The existing technical problem is realized by the method of applying electroerosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on copper electrical contacts, including an electric explosion of a composite electrically explosive conductor consisting of a two-layer flat silver shell weighing 60-360 mg and a core in the form of tungsten carbide powder weighing equal to 0.5-2.0 shell mass, the formation of a pulsed multiphase plasma jet from the explosion products, its melting of the surface of a copper electrical contact at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m, the deposition of explosion products on the surface and formation on her composite coating of the WC-Ag system, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600 ° C and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the coating surface at an absorbed energy density of 40-60 J / cm, pulse duration 150-200 μs and the number of 10-30 pulses.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что, при электрическом взрыве композиционного электрически взрываемого проводника состава WC-Ag продукты разрушения образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности медных электрических контактов композиционного покрытия с наполненной структурой, образованного сплавом серебра и карбида вольфрама [Мэттьюз М., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с]. Электровзрывное напыление приводит к формированию композиционного покрытия с высокой адгезией с медной подложкой. Азотирование электровзрывных композиционных покрытий приводит к формированию в покрытии мононитрида вольфрама WN и карбида вольфрама W2C0,84 (установлено методом рентгенофазового анализа), которые обладают высокой электропроводностью, дугостойкостью и твердостью. Также в составе покрытия сохраняется соединение WC. Применение серебра и мононитрида вольфрама обеспечивает высокую электропроводность формируемых покрытий. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка приводит к формированию в покрытии высокодисперсной и однородной структуры. Поверхность покрытия приобретает зеркальный блеск. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании поверхностного слоя с повышенной электропроводностью и электроэрозионной стойкостью, что увеличивает срок службы и расширяет область практического применения электрических контактов в электротехнической аппаратуре. Кроме того, повышается безопасность обслуживающего электрические устройства персонала вследствие применения экологически чистых нетоксичных материалов.The technical result obtained in the implementation of the invention consists in the fact that, with an electric explosion of a composite electrically explosive conductor of the WC-Ag composition, the destruction products form a plasma jet, which serves as a tool for the formation of a composite coating with a filled structure formed by an alloy of silver and carbide on the surface of copper electrical contacts tungsten [Matthews M., Rawlings R. Composite materials. Mechanics and technology. - M .: Technosphere, 2004. - 408 s]. Electroexplosive spraying leads to the formation of a composite coating with high adhesion to the copper substrate. Nitriding of electroexplosive composite coatings leads to the formation in the coating of tungsten mononitride WN and tungsten carbide W 2 C 0.84 (established by X-ray phase analysis), which have high electrical conductivity, arc resistance and hardness. The WC compound is also retained in the coating. The use of silver and tungsten mononitride ensures high electrical conductivity of the formed coatings. Pulsed-periodic electron-beam treatment leads to the formation of a highly dispersed and homogeneous structure in the coating. The surface of the coating acquires a mirror-like shine. The advantage of the proposed method in comparison with the prototype is the formation of a surface layer with increased electrical conductivity and electrical discharge resistance, which increases the service life and expands the field of practical application of electrical contacts in electrical equipment. In addition, the safety of personnel operating electrical devices is increased due to the use of environmentally friendly non-toxic materials.
Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при электровзрывном напылении на медных электрических контактах путем электрического взрыва композиционного электрически взрываемого проводника при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м происходит формирование покрытия с композиционной наполненной структурой, когда в серебряной матрице, располагаются включения WC. Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 4,5-6,5 ГВт/м, установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 4,5 ГВт/м не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из меди, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 6,5 ГВт/м происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы серебряной фольги менее 60 мг становится невозможным изготовление из нее композиционного электрически взрываемого проводника. При значении массы серебряной фольги более 360 мг покрытие с композиционной наполненной структурой на медных электрических контактах обладает большим количеством дефектов. При значении массы сердечника композиционного электрически взрываемого материала менее 0,5 или более 2,0 массы фольги покрытие с композиционной наполненной структурой на медных электрических контактах также обладает дефектной структурой. Граница электровзрывного покрытия с медной подложкой не является ровной, что позволяет увеличить адгезию покрытия с подложкой.Studies by scanning electron microscopy have shown that when electroexplosive spraying on copper electrical contacts by means of an electric explosion of a composite electrically explosive conductor at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m, a coating with a composite filled structure is formed, when they are located in a silver matrix. including WC. The specified mode, in which the absorbed power density is 4.5-6.5 GW / m, is established empirically and is optimal, since at an exposure intensity below 4.5 GW / m, no relief is formed between the coating and the copper substrate, as a result of which peeling of the coating is possible, and above 6.5 GW / m, a developed surface relief of the sprayed coating is formed. When the mass of the silver foil is less than 60 mg, it becomes impossible to manufacture a composite electrically explosive conductor from it. When the weight of the silver foil is more than 360 mg, the coating with a composite filled structure on copper electrical contacts has a large number of defects. When the mass of the core of the composite electrically explosive material is less than 0.5 or more than 2.0 mass of the foil, the coating with a composite filled structure on copper electrical contacts also has a defect structure. The boundary of the electroexplosive coating with the copper substrate is not even, which makes it possible to increase the adhesion of the coating to the substrate.
При времени азотирования менее 3 часов и температуре ниже 500°С поверхностный слой электровзрывных покрытий «серебряная матрица-включения WC» слабо насыщается ионами азота, что не обеспечивает формирование мононитрида вольфрама. При времени азотирования более 5 часов и температуре выше 600°С в поверхностном слое электровзрывных покрытий «серебряная матрица - включения WC» насыщение покрытия азотом прекращается.At a nitriding time of less than 3 hours and a temperature below 500 ° C, the surface layer of electroexplosive coatings "silver matrix-WC inclusions" is weakly saturated with nitrogen ions, which does not ensure the formation of tungsten mononitride. At a nitriding time of more than 5 hours and a temperature above 600 ° C in the surface layer of electroexplosive coatings "silver matrix - WC inclusions", the saturation of the coating with nitrogen stops.
Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка поверхности электровзрывного покрытия с поверхностной плотностью поглощаемой энергии 40-60 Дж/см2, длительностью импульсов 150-200 мкс, количеством импульсов 10-30 приводит к выглаживанию рельефа поверхности до образования зеркального блеска. Толщина модифицированных слоев после электронно-пучковой обработки изменяется в пределах от 20 до 40 мкм и незначительно увеличивается с ростом плотности энергии пучка электронов. Электронно-пучковая обработка, сопровождающаяся переплавлением слоя покрытия приводит к формированию композиционной наполненной структуры [Мэтьюз М., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с]. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка поверхностного слоя приводит к формированию в нем более дисперсной и однородной структуры. Указанный режим является оптимальным, поскольку при поверхностной плотности энергии меньше 40 Дж/см, длительности импульсов короче 150 мкс, количестве импульсов менее 10 имп. не происходит образования однородной структуры на основе серебра, карбидов вольфрама и мононитрида вольфрама. При поверхностной плотности энергии больше 60 Дж/см2, длительности импульсов длиннее 200 мкс, количестве импульсов более 30 имп. происходит формирование рельефа поверхности.Pulse-periodic electron-beam treatment of the surface of an electroexplosive coating with a surface density of absorbed energy of 40-60 J / cm 2 , a pulse duration of 150-200 μs, a number of pulses of 10-30 leads to smoothing of the surface relief until a specular sheen is formed. The thickness of the modified layers after electron-beam processing varies in the range from 20 to 40 μm and slightly increases with an increase in the energy density of the electron beam. Electron-beam processing, accompanied by remelting of the coating layer, leads to the formation of a composite filled structure [Matthews M., Rawlings R. Composite materials. Mechanics and technology. - M .: Technosphere, 2004. - 408 s]. Pulsed-periodic electron-beam treatment of the surface layer leads to the formation of a more dispersed and homogeneous structure in it. This mode is optimal, since at a surface energy density of less than 40 J / cm, pulse durations are shorter than 150 μs, and the number of pulses is less than 10 pulses. there is no formation of a homogeneous structure based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride. When the surface energy density is more than 60 J / cm 2 , the pulse duration is longer than 200 μs, the number of pulses is more than 30 pulses. the formation of the surface relief occurs.
Электроэрозиоинуюстойкость покрытий, полученных заявленным способом, в условиях дуговой эрозии измеряли на контактах электромагнитных пускателей марки ПМА 4100. Испытания на коммутационную износостойкость в режиме АС-4 согласно ГОСТу [ГОСТ 2933-83. Испытание на механическую и коммутационную износостойкость. Аппараты электрические низковольтные методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 26 с] проводили на испытательном комплексе ФГБОУ ВО Сибирский государственный индустриальный университет (г.Новокузнецк) при токе коммутирования 378 А, который в 6 раз превышал номинальный, и cosϕ=0,35. Число циклов включений-отключений до полного разрушения составило - 11 000-12 000. Это превышает требования ГОСТа, согласно которому число циклов включений-отключений до полного разрушения для таких контактов должно составлять 10 000.Electrical erosion resistance of the coatings obtained by the claimed method under conditions of arc erosion was measured on the contacts of electromagnetic starters of the PMA 4100 brand. Tests for switching wear resistance in the AC-4 mode in accordance with GOST [GOST 2933-83. Test for mechanical and switching endurance. Electrical low-voltage test methods. - M .: Publishing house of standards, 1983. - 26 s] was carried out at the testing complex of the Siberian State Industrial University (Novokuznetsk) at a switching current of 378 A, which was 6 times higher than the nominal, and cosϕ = 0.35. The number of on-off cycles until complete destruction was 11,000-12,000. This exceeds the requirements of GOST, according to which the number of on-off cycles until complete destruction for such contacts should be 10,000.
Испытания покрытий на электроэрозионную стойкость в условиях искровой эрозии проводили при точечном контакте. Ток составлял 3А и напряжение - 220 В. После 10 000 включений-отключений измеряли потерю массы образца. Формирующиеся в предлагаемом способе покрытия обладают большей электроэрозионной стойкостью в условиях искрового разряда по сравнению с электротехнической медью марки М00. Относительное изменение электроэрозионной стойкости в условиях искровой эрозии покрытий с композиционной наполненной структурой mэ/m составляет 9,8, где mэ - потеря массы меди марки М00, принятой за эталон при 10 000 циклов включений-отключений.Tests of coatings for electrical discharge resistance under spark erosion conditions were carried out at point contact. The current was 3A and the voltage was 220 V. After 10,000 switching-ons-off, the weight loss of the sample was measured. The coatings formed in the proposed method have a higher electrical discharge resistance under spark discharge conditions in comparison with electrical copper grade M00. The relative change in electroerosion resistance under spark erosion of coatings with a composite filled structure me / m is 9.8, where me is the mass loss of copper grade M00, taken as a standard at 10,000 on-off cycles.
Измерение удельной электропроводности покрытий производили с использованием измерителя электропроводности Константа К6. Значение удельной электропроводности покрытий на основе серебра, карбидов вольфрама WC и W2C0,84 и мононитрида вольфрама превышает на 5% удельную электропроводность покрытий, полученных в прототипе.The measurement of the specific electrical conductivity of the coatings was carried out using a constant K6 electrical conductivity meter. The value of the specific electrical conductivity of coatings based on silver, tungsten carbides WC and W 2 C 0.84 and tungsten mononitride exceeds by 5% the electrical conductivity of the coatings obtained in the prototype.
Способ иллюстрируется рисунками, где:The method is illustrated in the figures, where:
на фиг. 1 представлена структура поперечного сечения поверхностного слоя композиционного покрытия на основе серебра, карбидов вольфрама WC и W2C0,84 и мононитрида вольфрама, - покрытие получено на электротехнической меди марки М00;in fig. 1 shows the structure of the cross-section of the surface layer of a composite coating based on silver, tungsten carbides WC and W2C0.84 and tungsten mononitride, - the coating is obtained on M00 electrical copper;
на фиг. 2 - структура поперечного сечения поверхностного слоя композиционного покрытия на основе серебра, карбидов вольфрама WC и W2C0,84 и мононитрида вольфрама с медной подложкой (марка меди М00);in fig. 2 - the structure of the cross-section of the surface layer of the composite coating based on silver, tungsten carbides WC and W 2 C 0.84 and tungsten mononitride with a copper substrate (copper grade M00);
на фиг. 3 - структура композиционного покрытия на основе серебра, карбидов вольфрама и мононитрида вольфрама.in fig. 3 - structure of a composite coating based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride.
Примеры конкретного осуществления способа:Examples of specific implementation of the method:
Пример 1.Example 1.
Обработке подвергали контактную поверхность медного электрического контакта командоконтроллера ККТ 61 площадью 1,5 см. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник, состоящий из оболочки и сердечника в виде порошка WC, при этом оболочка состояла из двух слоев электрически взрываемой плоской серебряной фольги массой 60 мг, а масса сердечника составляла 30 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5 ГВт/м2 и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы WC-Ag. Азотирование проводили в течение 3 часов при температуре 500°С. Последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия проводили при поверхностной плотности энергии 40 Дж/см2, длительности импульсов - 150 мкс, количестве импульсов - 10 ими. Азотирование и последующую импульсно-периодическуго электронно-пучковую обработку проводили на установке «КОМПЛЕКС» (объект инфраструктуры зарегистрирован на сайте http://www.ckp-rf.ruThe contact surface of a copper electrical contact of the KKT 61 controller with an area of 1.5 cm was subjected to processing.A composite electrically explosive conductor was used, consisting of a shell and a core in the form of WC powder, while the shell consisted of two layers of electrically exploded flat silver foil weighing 60 mg, and the mass the core was 30 mg. Formed plasma jet melts the surface of the copper electric contact when the absorbed power density of 4.5 GW / m 2 and formed thereon a composite coating electroexplosive WC-Ag system. Nitriding was carried out for 3 hours at a temperature of 500 ° C. Subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment of the coating surface was carried out at a surface energy density of 40 J / cm 2 , a pulse duration of 150 μs, and a number of pulses of 10. Nitriding and subsequent pulse-periodic electron-beam processing were carried out on the "COMPLEX" installation (the infrastructure object is registered on the website http://www.ckp-rf.ru
https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/03_06.html).https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/03_06.html).
Получили электроэрозионностойкое покрытие с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии. На ООО «Мысковский завод электромонтажных изделий» (Кемеровская область - Кузбасс, г. Мыски) медные контакты, упрочненные заявляемым способом, показали увеличенный ресурс коммутационного износа в 1,9…2,3 раза по сравнению с серийными контактами.Received an electroerosion-resistant coating with high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion. At LLC Myskovsky Plant of Electrical Installation Products (Kemerovo Region - Kuzbass, Myski), copper contacts, strengthened by the claimed method, showed an increased switching wear resource by 1.9 ... 2.3 times compared to serial contacts.
Пример 2.Example 2.
Обработке подвергали медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марок ПВИ-320А площадью 0,8 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник, состоящий из оболочки и сердечника в виде порошка WC, при этом оболочка состояла из двух слоев электрически взрываемой плоской серебряной фольги массой 360 мг, а масса сердечника составляла 720 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марок ПВИ-320А при поглощаемой плотности мощности 6,5 ГВт/м и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы WC-Ag. Азотирование проводили в течение 5 часов при температуре 600°С. Последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия проводили при поверхностной плотности энергии 60 Дж/см2, длительности импульсов - 200 мкс, количестве импульсов - 30 ими. Азотирование и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку проводили на установке «КОМПЛЕКС» (объект инфраструктуры зарегистрирован на сайте http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/03_06.html).Copper electrical contact surface of contacts of starters of PVI-320A brands with an area of 0.8 cm 2 was subjected to processing. A composite electrically explosive conductor was used, consisting of a shell and a core in the form of WC powder, the shell consisted of two layers of electrically explosive flat silver foil with a mass of 360 mg, and the mass of the core was 720 mg. The formed plasma jet was used to melt the copper electrical contact surface of the contacts of starters of PVI-320A brands at an absorbed power density of 6.5 GW / m and formed a composite electroexplosive coating of the WC-Ag system on it. Nitriding was carried out for 5 hours at a temperature of 600 ° C. Subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment of the coating surface was carried out at a surface energy density of 60 J / cm 2 , a pulse duration of 200 μs, and a number of pulses of 30. Nitriding and subsequent pulse-periodic electron-beam processing were carried out on the COMPLEX installation (the infrastructure object is registered on the website http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu /unikuum/03_06.html).
Получили электроэрозионностойкое покрытие с высокой адгезией покрытия с основой на уровне когезии. На ООО «Ремкомплект», г. Новокузнецк медные контакты, упрочненные заявляемым способом, показали ресурс коммутационного износа на уровне в 2,4 раза выше контактов пускателей марок ПВИ-320А.Received an electroerosion-resistant coating with high adhesion of the coating to the base at the level of cohesion. At OOO Remkomplekt, Novokuznetsk, copper contacts, hardened by the claimed method, showed a switching wear resource at a level 2.4 times higher than the contacts of PVI-320A starters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135398A RU2750255C1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135398A RU2750255C1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2750255C1 true RU2750255C1 (en) | 2021-06-24 |
Family
ID=76504780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135398A RU2750255C1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2750255C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113699491A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-infiltrated composite coating |
| RU2767326C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts |
| RU2768068C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts |
| RU2768808C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS |
| RU2769782C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS |
| RU210560U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВО "СИбГИУ" | VACUUM CONTACTOR |
| RU210556U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | CONTACT BRIDGE OF ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102828059A (en) * | 2012-09-27 | 2012-12-19 | 北京科技大学 | Preparation method of contact alloy for nano particle filled tungsten skeleton special structure |
| RU2546940C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-04-10 | Денис Анатольевич Романов | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts |
| RU2617190C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of tungsten, nickel and copper-based electro-erosion resistant coatings application onto copper electric contacts |
| RU2663022C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts |
-
2020
- 2020-10-27 RU RU2020135398A patent/RU2750255C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102828059A (en) * | 2012-09-27 | 2012-12-19 | 北京科技大学 | Preparation method of contact alloy for nano particle filled tungsten skeleton special structure |
| RU2546940C1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-04-10 | Денис Анатольевич Романов | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts |
| RU2617190C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of tungsten, nickel and copper-based electro-erosion resistant coatings application onto copper electric contacts |
| RU2663022C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113699491A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-infiltrated composite coating |
| CN113699491B (en) * | 2021-08-31 | 2023-09-12 | 江西省科学院应用物理研究所 | Method for preparing tungsten-doped composite coating |
| RU2767326C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts |
| RU2768068C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts |
| RU2768808C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS |
| RU2769782C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-04-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS |
| RU210560U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВО "СИбГИУ" | VACUUM CONTACTOR |
| RU210556U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | CONTACT BRIDGE OF ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2750255C1 (en) | Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts | |
| RU2750256C1 (en) | Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts | |
| RU2623546C2 (en) | Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper to electric copper contacts | |
| RU2546939C1 (en) | Method for application of wolfram- and copper-based electroerosion-resistant coatings based to copper electric contacts | |
| RU2663022C1 (en) | Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts | |
| Liang et al. | Electrochemical corrosion behaviour of plasma electrolytic oxidation coatings on AM50 magnesium alloy formed in silicate and phosphate based electrolytes | |
| RU2663023C1 (en) | Method of application of electric erosion-resistant coatings based on tin and silver oxides onto the copper electric contacts | |
| Romanov et al. | Structure and Electrical Erosion Resistance of An Electro-Explosive Coating of the ZnO-Ag System | |
| SU1069611A3 (en) | Tool electrode for electrical discharge cutting | |
| RU2545852C1 (en) | Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper on copper electric contacts | |
| RU2699487C1 (en) | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on zinc oxide and silver on copper electric contacts | |
| RU2546940C1 (en) | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts | |
| RU2537687C1 (en) | Method for application of erosion-resistant coatings based on carbonaceous molybdenum, molybdenum and copper to copper electric contacts | |
| RU2665689C1 (en) | Method of manufacture of reed switch with nitrogen contact sites | |
| Kashapov et al. | Investigation of the process of plasma-electrolyte formation surface microrelief of cobalt chromium alloy | |
| Tang et al. | High‐performance infrared emissivity of micro‐arc oxidation coatings formed on titanium alloy for aerospace applications | |
| RU2617190C2 (en) | Method of tungsten, nickel and copper-based electro-erosion resistant coatings application onto copper electric contacts | |
| RU2768068C1 (en) | Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts | |
| RU2768806C1 (en) | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on silver, cobalt and cobalt nitrides on copper electrical contacts | |
| RU2769782C1 (en) | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS | |
| RU2767326C1 (en) | Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts | |
| RU2768808C1 (en) | METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS | |
| RU2699486C1 (en) | Method for application of electroerosion-resistant coatings based on copper and silver oxide on copper electric contacts | |
| RU2539138C1 (en) | Method for application of erosion-resistant coatings based on diboride titanium and copper to copper electric contacts | |
| RU2451110C1 (en) | Application method of electroerosion resistant tungsten-copper composition coatings with filled structure to contact surfaces |