RU2769782C1

RU2769782C1 - METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS

Info

Publication number: RU2769782C1
Application number: RU2021131730A
Authority: RU
Inventors: Денис Анатольевич Романов; Василий Витальевич Почетуха; Кирилл Валерьевич Соснин; Станислав Владимирович Московский
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-04-06

Abstract

FIELD: erosion-resistant coatings production.

SUBSTANCE: invention relates to the formation of coatings based on silver, nickel, nickel nitrides Ni₃N, Ni₄N, nickel carbides NiC, NiC_0,33 and carbon on copper electrical contacts, which can be used in electrical engineering. The method includes an electric explosion of a three-layer composite electrically exploded conductor, one of the layers of which consists of silver foil weighing 60-360 mg, the second layer is made of nickel equal to 0.5-2.0 mass of the first layer, and the third layer is made of carbon-graphite fiber equal to 0 .5-1.0 masses of the first layer, formation of a pulsed multiphase plasma jet from the explosion products, melting the surface of a copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW/m², deposition on the surface of the explosion products and formation of a coating of the Ni-C-Ag system on it, nitriding during 3-5 hours at a temperature of 500-600°C and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the surface of the coating at an absorbed energy density of 40-60 J/cm², a pulse duration of 150-200 µs and a number of 10-30 pulses.

EFFECT: invention is aimed at obtaining electrical erosion-resistant coatings with high electrical conductivity, electrical erosion resistance and adhesion to the substrate at the level of cohesion.

1 cl, 2 ex, 3 dwg

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 системы Ni-C-Ag-N, образованной фазами серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода, 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 applying coatings to metal surfaces using concentrated energy flows, in particular, to a technology for producing coatings of the Ni-C-Ag-N system on copper electrical contacts, formed by phases of silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N , nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon, which can be used in electrical engineering as electroerosion-resistant 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. 05/20/2012], which includes the use of a concentrated energy flow for the evaporation of the source materials of molybdenum and copper and their condensation on the contact surface. First, a copper foil weighing 4 ... 5 mg with a sample of molybdenum powder weighing 0.8 ... 0.9 g is alternately used as starting materials, then one copper foil weighing 175 ... explosion, and condensation of the explosion products on the contact surface is carried out at the value of the absorbed power density on the hardened surface of 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 is melted, under the influence of sparking and the occurrence of an electric arc, local melting and spattering of the 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 over the entire temperature and concentration range, various types of defects appear on the coating surface during the interaction of a spark or arc during switching contacts. During 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 Polygraphist LLC, 2014. - 203 p.]. This can cause premature failure of the electrical contacts. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to electrical discharge resistance, high hardness is required.

Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе серебра, никеля и нитридов никеля на медные электрические контакты [RU №2750256, МПК С23С 4/126, С23С 4/10, H01H 1/023, опубл. 24.06.2021], включающий электрический взрыв двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника, один из слоев которого состоит из серебряной фольги массой 60-360 мг, а второй слой - из никелевой фольги, равной 0,5-2,0 массы первого слоя, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м², осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней покрытия системы Ni-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/см², длительности импульсов 150-200 мкс и количестве 10-30 импульсов.Closest to the claimed is a method of applying electroerosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides on copper electrical contacts [RU No. 2750256, IPC C23C 4/126, C23C 4/10, H01H 1/023, publ. 06/24/2021], which includes an electric explosion of a two-layer composite electrically exploded conductor, one of the layers of which consists of silver foil weighing 60-360 mg, and the second layer is made of nickel foil equal to 0.5-2.0 of the mass of the first layer, the formation of explosion products of a pulsed multiphase plasma jet, its melting of the surface of a copper electrical contact at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m ² , deposition on the surface of the explosion products and the formation of a coating of the Ni-Ag system on it, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600°C and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the surface of the coating at an absorbed energy density of 40-60 J/cm ² , pulse duration 150-200 μs and the number of 10-30 pulses.

Недостатком способа является низкая стабильность структуры в процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями, а также их низкая электропроводность вследствие образования нитридов никеля Ni₃N и Ni₄N. 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 на основе серебра, никеля и нитридов никеля возникают пары и дым. В процессе эксплуатации легкоплавкое серебро испаряется и основным элементом покрытия становятся нитриды никеля Ni₃N и Ni₄N, которые образуют матрицу с включениями серебра с размерами порядка нескольких микрометров [Структура и свойства покрытия на основе серебра, никеля и азота, сформированного комбинированным методом на меди / Ю.Ф. Иванов, В.В. Почетуха, Д.А. Романов, В.Е. Громов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2021. Т. 18 - №1. - С. 68-73]. 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 однородность структуры.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 due to the formation of nickel nitrides Ni ₃ N and Ni ₄ N. During the operation of electrical contacts with such coatings, their surface is melted, under the influence of sparking and the occurrence electric arc, local melting and spattering of the metal occurs, as a result of which the metal product violates its integrity, changes its size and shape. When switching contacts, fumes and smoke are generated on the surface of the coating based on silver, nickel and nickel nitrides. During operation, fusible silver evaporates and nickel nitrides Ni ₃ N and Ni ₄ N become the main element of the coating, which form a matrix with silver inclusions with sizes of the order of several micrometers [Structure and properties of a coating based on silver, nickel and nitrogen formed by a combined method on copper / Yu.F. Ivanov, V.V. Pochetuha, D.A. Romanov, V.E. Gromov // Fundamental problems of modern materials science. - 2021. Vol. 18 - No. 1. - S. 68-73]. This can cause premature failure of the electrical contacts. The low electrical conductivity of the coatings causes overheating of the electrical contacts during operation, as a result of which their service life is reduced. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to electroerosive resistance, a high uniformity of the structure is required.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является получение композиционных покрытий на основе серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода, с наполненной микрокристаллической структурой, обладающих высокой стабильностью структуры, когезией между серебряной матрицей и фазами никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода, высокой степенью гомогенизации структуры поверхностного слоя, зеркальным блеском поверхности, высокой электропроводностью и электроэрозионной стойкостью.The technical problem solved by the claimed invention is the production of composite coatings based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon, with a filled microcrystalline structure, having high structural stability, cohesion between silver matrix and nickel phases, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon, high degree of homogenization of the surface layer structure, mirror surface gloss, high electrical conductivity and electrical erosion resistance.

Сплавы серебра с 1-10% карбидов NiC, NiC_0,33 и углерода эффективны для относительно высокоскоростных скользящих контактов, а также пружинных, пальчиковых и других контактов благодаря их твердости, низкой скорости переноса, износостойкости и стабильному контактному сопротивлению при малых контактных нагрузках.Silver alloys with 1-10% NiC, NiC _0.33 and carbon carbides are effective for relatively high speed sliding contacts, as well as spring, finger and other contacts due to their hardness, low transfer rate, wear resistance and stable contact resistance at low contact loads.

Существующая техническая проблема реализуется способом нанесения электроэрозионностойких покрытий системы Ni-C-Ag-N на медные электрические контакты, включающем электрический взрыв трехслойного композиционного электрически взрываемого проводника, один из слоев которого состоит из серебряной фольги массой 60-360 мг, второй слой - из никелевой равной 0,5-2,0 массы первого слоя, а третий слой - из углеграфитового волокна равного 0,5-1,0 массы первого слоя, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м², осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней покрытия системы Ni-C-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/см², длительности импульсов 150-200 мкс и количестве 10-30 импульсов.The existing technical problem is implemented by the method of applying electroerosion-resistant coatings of the Ni-C-Ag-N system on copper electrical contacts, including the electric explosion of a three-layer composite electrically exploding conductor, one of the layers of which consists of silver foil weighing 60-360 mg, the second layer is made of nickel equal 0.5-2.0 of the mass of the first layer, and the third layer is made of carbon-graphite fiber equal to 0.5-1.0 of the mass of the first layer, the formation of a pulsed multi-phase plasma jet from the explosion products, melting the surface of the copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4 ,5-6.5 GW / m ² , deposition on the surface of the explosion products and the formation of a coating of the Ni-C-Ag system on it, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600 ° C and subsequent repetitively pulsed electron-beam surface treatment of the coating at an absorbed energy density of 40-60 J/cm ² , pulse duration 150-200 μs and the number of pulses 10-30.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что, при электрическом взрыве трехслойного композиционного электрически взрываемого проводника состава Ni-C-Ag продукты разрушения образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности медных электрических контактов покрытия на основе серебра, никеля, углерода, карбидов NiC и NiC_0,33. Электровзрывное напыление приводит к формированию покрытия с высокой адгезией с медной подложкой. Азотирование электровзрывных покрытий приводит к формированию в покрытии нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N. Фазы NiC, NiC_0,33, Ni₃N и Ni₄N обладают высокой электропроводностью, дугостойкостью и твердостью. Углерод в виде графита в составе покрытия обеспечивает высокую электропроводность и снижает коэффициент трения. Полученная композиция 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.The technical result obtained in the implementation of the invention is that, during an electric explosion of a three-layer composite electrically exploding conductor of the composition Ni-C-Ag, the destruction products form a plasma jet, which serves as a tool for forming a coating based on silver, nickel, carbon on the surface of copper electrical contacts , carbides NiC and NiC _0.33 . Electroexplosive spraying leads to the formation of a coating with high adhesion to the copper substrate. Nitriding of electroexplosive coatings leads to the formation of nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N in the coating. NiC, NiC _0.33 , Ni ₃ N and Ni ₄ N phases have high electrical conductivity, arc resistance and hardness. Carbon in the form of graphite in the composition of the coating provides high electrical conductivity and reduces the coefficient of friction. The resulting composition provides high electrical conductivity of the formed coatings. The repetitively pulsed 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 finish. The advantage of the proposed method in comparison with the prototype is the formation of a surface layer with increased electrical conductivity and electrical erosion resistance, which increases the service life and expands the field of practical application of electrical contacts in electrical equipment.

Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при электровзрывном напылении на медных электрических контактах путем электрического трехслойного композиционного электрически взрываемого проводника при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м² происходит формирование покрытия на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33. Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 4,5-6,5 ГВт/м², установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 4,5 ГВт/м² не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из меди, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 6,5 ГВт/м² происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы серебряной фольги менее 60 мг становится невозможным изготовление из нее трехслойного композиционного электрически взрываемого проводника. При значении массы серебряной фольги более 360 мг покрытие на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33 на медных электрических контактах обладает большим количеством дефектов. При значении массы никеля менее 0,5 или более 2,0 массы фольги покрытие на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33 на медных электрических контактах также обладает дефектной структурой. При значении массы углеграфитового волокна менее 0,5 или более 1,0 массы фольги покрытие на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33 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 during electroexplosive deposition on copper electrical contacts by means of an electric three-layer composite electrically explosive conductor at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW/m ² , a coating is formed based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 . The specified mode, in which the absorbed power density is 4.5-6.5 GW/m ² , is established empirically and is optimal, since at an exposure intensity below 4.5 GW/m ² there is no relief formation between the coating and the copper substrate, as a result, peeling of the coating is possible, and above 6.5 GW/m ² a developed relief of the surface of the sprayed coating is formed. When the mass of silver foil is less than 60 mg, it becomes impossible to manufacture a three-layer composite electrically exploding conductor from it. With a silver foil mass value of more than 360 mg, the coating based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 on copper electrical contacts has a large number of defects. When the weight of nickel is less than 0.5 or more than 2.0 of the weight of the foil, the coating based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 on copper electrical contacts also has a defective structure. When the value of the mass of carbon-graphite fiber is less than 0.5 or more than 1.0 mass of the foil, the coating based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 on copper electrical contacts also has a defective structure. The boundary of the electroexplosive coating with the copper substrate is not even, which allows increasing the adhesion of the coating to the substrate.

При времени азотирования менее 3 часов и температуре ниже 500°С поверхностный слой электровзрывных покрытий на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33 слабо насыщается ионами азота, что не обеспечивает формирование нитридов никеля Ni₃N и Ni₄N. При времени азотирования более 5 часов и температуре выше 600°С в поверхностном слое электровзрывных покрытий на основе серебра, никеля, углерода, карбидов никеля NiC и NiC_0,33 насыщение покрытия азотом прекращается.When the nitriding time is less than 3 hours and the temperature is below 500°C, the surface layer of electroexplosive coatings based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 is slightly saturated with nitrogen ions, which does not ensure the formation of nickel nitrides Ni ₃ N and Ni ₄ N When the nitriding time is more than 5 hours and the temperature is above 600°C in the surface layer of electroexplosive coatings based on silver, nickel, carbon, nickel carbides NiC and NiC _0.33 , saturation of the coating with nitrogen stops.

Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработкаPulse-periodic electron-beam processing

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. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка, сопровождающаяся переплавлением слоя покрытия приводит к формированию в нем более дисперсной и однородной композиционной наполненной структуры [Мэттьюз М., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.] на основе серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода. Указанный режим является оптимальным, поскольку при поверхностной плотности энергии меньше 40 Дж/см², длительности импульсов короче 150 мкс, количестве импульсов менее 10 имп. не происходит образования однородной структуры на основе серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода. При поверхностной плотности энергии больше 60 Дж/см², длительности импульсов длиннее 200 мкс, количестве импульсов более 30 имп. происходит формирование рельефа поверхности.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, and a number of pulses of 10-30 leads to a smoothing of the surface topography until a mirror shine is formed. The thickness of the modified layers after electron beam processing varies from 20 to 40 μm and slightly increases with increasing electron beam energy density. Pulse-periodic electron-beam processing, accompanied by remelting of the coating layer leads to the formation of a more dispersed and homogeneous composite filled structure [Matthews M., Rawlings R. Composite materials. Mechanics and technology. - M.: Tekhnosfera, 2004. - 408 p.] based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon. This mode is optimal, since at a surface energy density of less than 40 J/cm ² , pulse duration shorter than 150 μs, the number of pulses is less than 10 pulses. there is no formation of a homogeneous structure based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon. 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. surface relief is formed.

Электроэрозионную стойкость 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 ~ 11000-12000. Это превышает требования ГОСТа, согласно которому число циклов включений-отключений до полного разрушения для таких контактов должно составлять 10000.The electroerosion resistance of the coatings obtained by the claimed method, under arc erosion conditions, was measured on the contacts of electromagnetic starters of the PMA 4100 brand. Tests for switching wear resistance in AC-4 mode according to GOST [GOST 2933-83. Test for mechanical and switching wear resistance. Apparatus electrical low-voltage test methods. - M.: Publishing House of Standards, 1983. - 26 p.] were carried out on the test complex of the Siberian State Industrial University (Novokuznetsk) at a switching current of 378 A, which was 6 times higher than the nominal one, and cosϕ = 0 .35. The number of on-off cycles until complete destruction was ~ 11000-12000. 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 3 А и напряжение - 220 В. После 10000 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 m_э/m составляет 9,79, где m_э - потеря массы меди марки М00, принятой за эталон при 10000 циклов включений-отключений.Coatings were tested for electroerosive resistance under spark erosion conditions with point contact. The current was 3 A and the voltage was 220 V. After 10,000 on-off, the mass loss of the sample was measured. The coatings formed in the proposed method have a greater electroerosive resistance under spark discharge conditions compared to electrical copper grade M00. The relative change in the electrical erosion resistance under conditions of spark erosion of coatings with a composite filled structure m _e /m is 9.79, where m _e 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, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода совпадает с удельной электропроводностью покрытий, полученных в прототипе.The specific electrical conductivity of the coatings was measured using a Constant K6 electrical conductivity meter. The value of the electrical conductivity of coatings based on silver, Nickel, Nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, Nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon coincides with 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, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода, - покрытие получено на электротехнической меди марки М00;in fig. 1 shows the cross-sectional structure of the surface layer of a composite coating based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon, - the coating was obtained on electrical copper grade M00;

на фиг. 2 - структура поперечного сечения поверхностного слоя композиционного покрытия на основе серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода с медной подложкой (марка меди М00);in fig. 2 - cross-sectional structure of the surface layer of a composite coating based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon with a copper substrate (copper grade M00);

на фиг. 3 - структура композиционного покрытия на основе серебра, никеля, нитридов никеля Ni₃N, Ni₄N, карбидов никеля NiC, NiC_0,33 и углерода.in fig. 3 - structure of a composite coating based on silver, nickel, nickel nitrides Ni ₃ N, Ni ₄ N, nickel carbides NiC, NiC _0.33 and carbon.

Примеры конкретного осуществления способаExamples of specific implementation of the method

Пример 1Example 1

Обработке подвергали контактную поверхность медного электрического контакта командоконтроллера ККТ 61 площадью 1,5 см². Использовали трехслойный композиционный электрически взрываемый проводник, один из слоев которого состоял из серебряной фольги массой 60 мг, второй слой - из никелевой фольги массой 30 мг, а третий слой - из углеграфитового волокна массой 30 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5 ГВт/м² и формировали на ней электровзрывное покрытие системы Ni-C-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 имп. 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).Processing was subjected to the contact surface of the copper electrical contact controller KKT 61 area of 1.5 cm ² . A three-layer composite electrically exploding conductor was used, one of the layers of which consisted of 60 mg silver foil, the second layer of 30 mg nickel foil, and the third layer of 30 mg carbon-graphite fiber. The formed plasma jet melted the surface of a copper electrical contact at an absorbed power density of 4.5 GW/m ² and formed an electroexplosive coating of the Ni-C-Ag system on it. 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 , pulse duration - 150 μs, number of pulses - 10 pulses. Nitriding and subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment were carried out at the COMPLEX facility (the infrastructure facility 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 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 2,0…2,3 раза по сравнению с серийными контактами.Received electroerosive coating with high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion. At LLC "Myskovsky plant of electrical products" (Kemerovo region - Kuzbass, Myski) copper contacts, hardened by the claimed method, showed an increased switching wear life of 2.0 ... 2.3 times compared with serial contacts.

Пример 2Example 2

Обработке подвергали медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марок ПВИ-320А площадью 0,8 см². Использовали трехслойный композиционный электрически взрываемый проводник, один из слоев которого состоял из серебряной фольги массой 360 мг, второй слой -из никелевой фольги массой 720 мг, а третий слой - из углеграфитового волокна массой 360 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марки ПВИ-320А при поглощаемой плотности мощности 6,5 ГВт/м² и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы Ni-C-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 имп. 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).The copper electrocontact surface of the contacts of the PVI-320A starters with an area of 0.8 cm ² was subjected to processing. A three-layer composite electrically exploding conductor was used, one of the layers of which consisted of silver foil weighing 360 mg, the second layer was made of nickel foil weighing 720 mg, and the third layer was made of carbon-graphite fiber weighing 360 mg. The formed plasma jet melted the copper electrical contact surface of the contacts of PVI-320A starters at an absorbed power density of 6.5 GW/m ² and formed a composite electroexplosive coating of the Ni-C-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 , pulse duration - 200 μs, number of pulses - 30 pulses. Nitriding and subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment were carried out at the COMPLEX facility (the infrastructure facility 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 подложкой на уровне когезии. На ООО «Ремкомплект», г. Новокузнецк медные контакты, упрочненные заявляемым способом, показали ресурс коммутационного износа на уровне в 2,42 раза выше контактов пускателей марки ПВИ-320А.Received electroerosive coating with high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion. At Remkomplekt LLC, Novokuznetsk, copper contacts hardened by the claimed method showed a switching wear resource at a level 2.42 times higher than the contacts of starters of the PVI-320A brand.

Claims

A method for applying electroerosion-resistant coatings of the Ni-C-Ag-N system on copper electrical contacts, including an electric explosion of a three-layer composite electrically exploding conductor, one of the layers of which consists of silver foil weighing 60-360 mg, the second layer is made of nickel equal to 0.5- 2.0 of the mass of the first layer, and the third layer is made of carbon-graphite fiber equal to 0.5-1.0 of the mass of the first layer, the formation of a pulsed multi-phase plasma jet from the explosion products, melting the surface of the copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4.5-6 ,5 GW/m ² , deposition on the surface of the explosion products and the formation of a coating of the Ni-C-Ag system on it, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600 ° C and subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment of the surface of the coating at absorbed energy density 40-60 J/cm ² , pulse duration 150-200 μs and the number of 10-30 pulses.