RU2815171C1 - Способ изготовления электрических контактов из мелкозернистого плотного графита, пропитанных серебром и кадмием, электрический контакт, электромагнитное реле - Google Patents
Способ изготовления электрических контактов из мелкозернистого плотного графита, пропитанных серебром и кадмием, электрический контакт, электромагнитное реле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815171C1 RU2815171C1 RU2023109904A RU2023109904A RU2815171C1 RU 2815171 C1 RU2815171 C1 RU 2815171C1 RU 2023109904 A RU2023109904 A RU 2023109904A RU 2023109904 A RU2023109904 A RU 2023109904A RU 2815171 C1 RU2815171 C1 RU 2815171C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contacts
- silver
- contact
- graphite
- fine
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 title abstract description 52
- 239000004332 silver Substances 0.000 title abstract description 52
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 title description 8
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 84
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 28
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N cadmium nitrate Inorganic materials [Cd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XIEPJMXMMWZAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N phloretic acid Chemical compound OC(=O)CCC1=CC=C(O)C=C1 NMHMNPHRMNGLLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 15
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229940065285 cadmium compound Drugs 0.000 abstract description 2
- 150000001662 cadmium compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 229940100890 silver compound Drugs 0.000 abstract description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 229940009188 silver Drugs 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydropyrrolo[2,3-b]pyridin-2-one Chemical compound C1=CN=C2NC(=O)CC2=C1 ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910001958 silver carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L silver carbonate Substances [Ag].[O-]C([O-])=O LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- NSAODVHAXBZWGW-UHFFFAOYSA-N cadmium silver Chemical compound [Ag].[Cd] NSAODVHAXBZWGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления электрических контактов из плотного мелкозернистого графита, пропитанного серебром, а также к электромагнитному реле с такими контактами, и может быть использовано в электромеханических реле первого класса для устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте. Повышение надежности и ресурса работы электромеханического реле является техническим результатом, который обеспечивается тем, что контакты изготавливают из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,01% и объемной пористостью 20-29%, которые пропитывают водными растворами солей металлов в вакууме, после чего пропитанные контакты прокаливают при высоких температурах. Контакты выполнены в виде тела вращения, ограниченного боковой поверхностью с образующей, состоящей из прямолинейных и/или криволинейных отрезков, и двумя параллельными поверхностями оснований, изготовленными по предлагаемому способу. Электромагнитное реле содержит контактную систему из тыловых, фронтовых и перекидных контактов с контактирующим материалом для фронтовых контактов, изготовленных по предлагаемому способу. Стабильность переходного электрического сопротивления контактной пары - графито-серебряный или графито-серебряный-кадмиевый материал - серебряный контакт обеспечивается за счет высокой степени проникновения и заполнения пор мелкозернистого плотного графитового контакта серебром или соединениями серебра и кадмия. 3 н.п. ф-лы, 2 табл., 12 пр.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления электрических контактов, изготовленных из плотного мелкозернистого графита, пропитанных серебром. Может быть использовано в электромеханических реле первого класса, для устройств сигнализации, централизации и блокировки (устройства СЦБ) на железнодорожном транспорте, для которых необходимы высокая надежность и большой ресурс, более миллиона циклов замыкания и размыкания электрических контактов.
Отличительной особенностью условий работы низковольтных реле первого класса является наличие при замыкании контактов ударных нагрузок и больших коммутирующих токов. К материалам, из которых изготавливают электрические контакты, предъявляются высокие требования к прочности основы и особые требования к свойствам поверхностей. Так, контактные поверхности материала, входящие в соприкосновение с ответными контактами, должны иметь достаточную твердость и прочность, высокое сопротивление окислению и электрической эрозии в состоянии замыкания и размыкания контактов. Материал контактов должен иметь незначительную склонность к свариванию и прилипанию с ответными контактами, а также должен обладать хорошей теплопроводностью и электропроводностью при высокой стабильности переходного сопротивления в замкнутом состоянии контактов.
Известен способ изготовления шихты для контактов из серебро-графитовых композиций, заключающийся в том, что смешивают порошок, содержащий серебро, с порошком графита, и эту смесь нагревают в восстановительной атмосфере водорода при температуре 450-550°С до получения гранулированной шихты, отличающийся тем, что порошок, содержащий серебро, является порошком углекислого серебра или смеси серебра и углекислого серебра, который смешивают с порошком графита в вибромельнице, дополнительно измельчая при этом. Содержание углекислого серебра в порошке, содержащем серебро, должно быть не менее 30 мас. % в пересчете на серебро. Измельчение порошка, содержащего серебро, в вибромельнице осуществляют до линейного размера частиц углекислого серебра не более 1 мкм (Заявка на изобретение РФ RU 2002126595).
Недостатком известного способа недостаточные физико-механические свойствами контактов изготовленных способом порошковой металлургии, вследствие интенсивного изнашивания и высокой склонности к свариваемости. Уменьшение содержания графитовой и увеличение содержания металлической составляющей увеличивает вероятность сваривания контактов, уменьшает коммутационную стойкость и увеличивает их стоимость.
Известен способ изготовления электрического контакта заключающийся в том, что первоначально из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью 15-25% методом размерной механической обработки, изготавливают контакт-деталь, затем контакт-деталь пропитывают жидкостью, имеющей температуру кипения ниже температуры кипения воды, пропитанную контакт-деталь помещают в водный раствор нитрата серебра плотностью 1,4-1,17 г/см3, нагревают и выдерживают при температуре, на 10-40°С, превышающей температуру кипения пропиточной жидкости, в течение 10-15 мин, охлаждают в водном растворе нитрата серебра до температуры ниже температуры конденсации паров пропиточной жидкости, затем контакт-деталь вынимают из раствора и помещают в контейнер, засыпают древесным углем, нагревают и выдерживают при температуре ниже 0,95 температуры плавления серебра в течение 0,5-1,0 ч (Патент на изобретение РФ RU 2400852).
Недостатками этого способа является: нестабильная работа контакта и быстрая деградация его переходного электрического сопротивления, по причине того, что технология пропитки не обеспечивает равномерное распределение серебра в объеме контакта, в основном серебро концентрируется в поверхностных слоях. В результате эрозионного износа контакта поверхностный слой содержащий серебро выгорает, а внутренние слои контакта, содержащие в основном графит, не обеспечивают требуемые значения переходного электрического сопротивления. Температура термообработки контакта после пропитки ниже температуры плавления серебра, что приводит к образованию мелкодисперсных частиц серебра не сплавленных между собой, это существенно увеличивает реакционную способность серебра, в результате хранения и длительной эксплуатации происходит окисление серебра и увеличение его переходного электрического сопротивления.
Известен способ изготовления электрического контакта, включающий поочередную обработку мелкозернистого плотного графита жидкостью и серебросодержащей солью, отличающийся тем, что в качестве жидкости для пропитки графита применяется водный раствор, содержащий не более 5 мас. % сернокислого железа, после чего контакт прокаливают в печи при температуре не менее 900°С в восстановительной среде, далее графит прокаливают при температуре 450-500°С в воздушной среде в течение не более 24 часов, в результате каталитического окисления получается графитовая основа с транспортной пористостью 5-9%, объемной пористостью 9-14%, пределом прочности при сжатии не менее 80 МПа, зольностью не более 0,1%, которой методом механической обработки придается необходимая форма контакта, контакт нагревается до температуры плавления нитрата серебра и помещается в автоклав, в котором создается разрежение не менее -0,86 кгс/см2, после чего автоклав заполняется расплавов нитрата серебра, в автоклаве создается избыточное давление не более 50 кгс/см2, далее пропитанный нитратом серебра контакт помещается в печь и нагревается до температуры, превышающей температуру плавления серебра, в результате чего сначала происходит разложение нитрата серебра до мелкодисперсного серебра, а затем его сплавление в монолитную структуру на поверхности контакта (Патент на изобретение РФ 2735482). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Данный способ можно разбить на несколько последовательно выполняемых этапов. На первом этапе производится пропитка графита, водным раствором, содержащим не более 5 мас. % сернокислого железа, далее прокаливание пропитанного графита в печи при температуре не менее 900°С в восстановительной среде, далее прокаливание графита при температуре 450-500°С в воздушной среде в течение не более 24 часов. В результате каталитического окисления получается графитовая основа с транспортной пористостью 5-9%, объемной пористостью 9-14%, пределом прочности при сжатии не менее 80 МПа, зольностью не более 0,1%.
На второй стадии методом механической обработки придается необходимая форма контакта.
На третьей стадии контакт нагревается до температуры плавления нитрата серебра и помещается в автоклав, в котором создается разрежение не менее -0,86 кгс/см2, после чего автоклав заполняется расплавов нитрата серебра, в автоклаве создается избыточное давление не более 50 кгс/см2, далее пропитанный нитратом серебра контакт помещается в печь и нагревается до температуры, превышающей температуру плавления серебра, в результате чего сначала происходит разложение нитрата серебра до мелкодисперсного серебра, а затем его сплавление в монолитную структуру на поверхности контакта.
Недостатком данного способа является то, что на поверхности пропитанных контактов имеют монолитную структуру серебра на поверхности контакта. Образование на поверхности монолитной структуры серебра приводит к износу поверхности в результате эрозионного износа, так как данный контакт должен работать в паре с контактом, выполненным из чистого серебра. Контакты, изготовленные из данного материала, обладают высокой склонностью к свариванию, особенно в период приработки контактов, когда пятно контакта еще не сформировалось. В этот период работы также неустойчивы показания переходного кантатного электрического сопротивления. К существенному недостатку следует отнести механическую обработку графита после первой стадии пропитки. При выполнении размерной механической обработки, с заготовки снимется часть графита с наиболее благоприятной пористостью для пропитки. Если необходимо проведение механической обработки больших заготовок, с получением из одной заготовки нескольких контактов, то, в таком случае, возможно удаление всего пропитанного слоя.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение надежности и ресурса работы электромеханического реле первого класса, повышение технологичности изготовления контактов.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении стабильности переходного электрического сопротивления контактной пары: композиционный графито-серебряный или графито-серебряный-кадмиевый материал - серебряный контакт за счет высокой степени проникновения и заполнения пор мелкозернистого плотного графитового контакта серебром или соединениями серебра и кадмия, увеличении коммутационной стойкости контакт-детали.
Технический результат достигается способом изготовления электрических контактов электромагнитного реле, включающим операции: изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,01% и объемной пористостью 20-29%, пропитывание контактов водяными растворами солей металлов в вакууме, прокаливание пропитанных контактов при высоких температурах, при этом, изготовление электрических контактов включает следующие операции в такой последовательности:
- изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита,
- подготовка водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия,
- дегазация водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия и контактов из мелкозернистого плотного графита, в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение 20…25 мин,
- пропитывание контактов в 50% водном растворе нитрата серебра или в смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение не менее 40 мин,
- повторная пропитка контактов по режиму: вакуум - 7…10 мин, атмосфера - 1…2 мин, 2…4 раза,
- прокаливание контактов при температуре 460-500°С в течение 60-120 минут в графитовом контейнере, закрытом графитовой крышкой,
- увеличение массы контактов на (15-35)% путем повторения операций, начиная с операции дегазации водных 50% растворов и контактов,
- проведение восстановительного отжига контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин.
Технический результат также достигается электрическим контактом электромагнитных реле, выполненных в виде тела вращения, ограниченной боковой поверхностью с образующей, состоящей из прямолинейных и, или криволинейных отрезков, и двумя параллельными поверхностями оснований, изготовленных из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 50 МПа, зольностью не более 0,1% и объемной пористостью 15-25%, изготовление электрических контактов включает следующие операции в такой последовательности:
- изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита,
- подготовка водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия,
- дегазация водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия и контактов из мелкозернистого плотного графита, в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение 20…25 мин,
- пропитывание контактов в 50% водном растворе нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение не менее 40 мин,
- повторная пропитка контактов по режиму: вакуум - 7…10 мин, атмосфера - 1…2 мин, 2…4 раза,
- промывка контактов в дистиллированной воде, сушка обдувкой теплым воздухом (80…110°С),
- прокаливание контактов при температуре 460-500°С течение 60-120 минут в графитовом контейнере закрытом графитовой крышкой,
- увеличение массы контактов на (15-35)% путем повторения операций начиная с операции дегазации водных 50% растворов и контактов,
- проведение восстановительного отжига контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин.
Технический результат также достигается в электромагнитное реле, содержащим магнитную систему, контактную систему, состоящую из тыловых, фронтовых и перекидных контактов, с фронтовыми контактами, изготовленными из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 50 МПа, зольностью не более 0,01% и объемной пористостью 20-36%, изготовление электрических контактов включает следующие операции в такой последовательности:
- изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита,
- подготовка водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия,
- дегазация водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия и контактов из мелкозернистого плотного графита, в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение 20…25 мин,
- пропитывание контактов в 50% водном растворе нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение не менее 40 мин,
- повторная пропитка контактов по по режиму: вакуум - 7…10 мин, атмосфера - 1…2 мин, 2…4 раза,
- промывка контактов в дистиллированной воде, сушка обдувкой теплым воздухом (80…110°С),
- прокаливание контактов при температуре 460-500°С в течение 60-120 минут в графитовом контейнере, закрытом графитовой крышкой,
- контроль увеличения массы контактов, повторное проведение операций, начиная с операции дегазации водных 50% растворов, при увеличении массы, менее чем (15-35)%,
- проведение восстановительного отжига контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин.
Повышение стабильности переходного электрического сопротивления контактной пары: подвижный композиционный графито-серебряный контакт и неподвижный серебряный контакт реле достигается за счет повышения транспортной пористости между контактной поверхностью контакта и боковой поверхностью контакта, которая находится в физическом контакте с устройством удержания контакта на упругой пластине. Заполнением пор серебром и образованием максимально длинных металлических проводников, соединенных между собой имеющих выход на обе поверхности. Такое образование объемов расплавленного металла, позволяет производить при замыкании и размыкании в опорных точках контакта. Наличие пористости в поверхностном слое и основе материала, состоящего из графита, препятствует свариванию контактов в процессе всего периода работы контактов.
Авторами установлено, что в композиционных материалах на основе графита максимальное содержание концентрации металлов и их соединений в поверхностном слое необходимо только на толщине 2-3 мм. Наличие повышенного содержания металлических добавок в поверхностном слое способствует быстрому образованию оптимального пятна контакта, а наличие пористости не способствует накоплению продуктов износа, к которым следует отнести образующиеся окислы внесенных металлов, и образованию непроводящего слоя приводящего к нарушению проводимости контактов. Оптимальное содержание металлических включений в порах должно находиться в пределах (25-35)% объема.
Дегазация водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия и контактов из мелкозернистого плотного графита, в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение 20…25 мин, на начальном этапе пропитки контактов металлами, оказывает существенное влияние на количество осаждаемого металла в поры. За счет проведения одновременной дегазации, контактов из мелкозернистого плотного графита увеличивается транспортная пористость, увеличивается объемная пористость на 1-2%, степень проникновения и заполнения пор мелкозернистого плотного графитового контакта серебром. Каждый полный цикл пропитывания контактов водными растворами солей металлов в вакууме, с последующим прокаливанием пропитанных контактов при высоких температурах, по предлагаемому способу, увеличивает прирост массы контактов на 4-5%. Проведение 3-4 полных циклов пропитывания контактов, водными растворами солей металлов в вакууме с последующим прокаливанием, достаточно для получения в поверхностном слое на глубине 3-4 мм увеличения количества металлического серебра до 25-35 % мас. Такое количество серебра повышает стабильность переходного электрического сопротивления, а также приводит к снижению удельного электрического сопротивления контакта.
Предложенный способ позволяет получить контакт с удельным электрическим сопротивлением (8-10) мкОм⋅м, переходным электрическим сопротивлением не более 0,01 Ом, с количеством металлического серебра 20-35 % мас., в поверхностном слое толщиной (2-3) мм, увеличенным коммутационным ресурсом свыше 3 миллионов срабатываний.
Повышение стабильности переходного электрического сопротивления достигается также контактной парой: подвижный композиционный графито-серебряный-кадмиевый контакт и неподвижный серебряный контакт реле.
Проведение 3-4 полных циклов пропитывания контактов, водными растворами солей металлов серебра и кадмия в вакууме с последующим прокаливанием, достаточно для получения в поверхностном слое на глубине 3-4 мм увеличения количества соединений металлического серебра и кадмия до 20-35 % мас. Такое количество соединений серебра и кадмия повышает стабильность переходного электрического сопротивления, а также приводит к снижению удельного электрического сопротивления контакта, повышает износостойкость контактов.
Предложенный способ изготовления контактов пропитанных металлическими соединениями серебра и кадмия позволяет получить контакт с удельным электрическим сопротивлением (8-10) мкОм⋅м, переходным электрическим сопротивлением не более 0,01 Ом, с количеством соединений металлического серебра и кадмия 20-35 мас. %, в поверхностном слой толщиной (2-3) мм, увеличенным коммутационным ресурсом свыше 3,5 миллионов срабатываний.
Примеры осуществления способа получения контакта электрического композиционного.
Контакт-детали изготавливали из мелкозернистого плотного графита. Технология изготовления контакт-детали, разработанная авторами данного изобретения изложена в патенте на изобретение РФ 2420823.
Примеры 1-6.
Контакты пропитывались раствором нитрата серебра. Параметры пропитки, прокаливания и восстановительного отжига, изготовления контактов представлены в таблице №1. Также представлены полученные данные в зависимости от изменения указанных параметров и результаты испытаний на коммутационный ресурс. Коммутационный ресурс проводили на стендах, разработанных авторами. Стенды позволяли реализовать условия работы контактов соответствующих реальным условиям работы электромагнитным реле. Параметры коммутируемого тока: 24В, 2А.
| Таблица №1 | ||||||
| Характеристика процесса | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | Пример 6 |
| Исходный графит | ||||||
| Транспортная пористость,% | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 |
| Объемная пористость, % | 20-29 | 20-29 | 20-29 | 20-29 | 20-29 | 20-29 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 |
| Зольность, % | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| Процесс пропитки | ||||||
| Дегазация водного раствора нитрата серебра и контактов | да | да | нет | да | да | нет |
| Пропитывание контактов в 50% водном растворе нитрата серебра в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение времени не менее 40 мин | 40 мин | 50 мин | 35 мин | 40 мин | 40 мин | 40 мин |
| Промывка контактов в дистиллированной воде, сушка обдувкой теплым воздухом (80…110ºС) | да | да | да | да | да | да |
| Прокаливание контактов при температуре 460-500°С в течение 60-120 минут в графитовом контейнере, закрытом графитовой крышкой | 460°С -120 мин | 500°С - 60 мин | 440°С - 50 мин |
520°С - 120 мин | 500°С - 130 мин | 450°С - 55 мин |
| Восстановительный отжиг контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин | 860 | 890 | 850 | 900 | 950 | 1000 |
| Переходное электрическое соединение, Ом | 0,005-0,01 | 0,005-0,01 | 0,02-0,03 | 0,02-0,03 | 0,02-0,03 | 0,03-0,04 |
| Содержание металлического серебра, % | 25 | 35 | 15 | 19 | 17 | 18 |
| Коммутационный ресурс с содержанием металлического серебра | 3,3 млн | 3,5 млн | 900 тыс. | 1,2 млн | 1,3 | 950 тыс. |
Примеры 7-12
Контакты пропитывались смесью раствора нитрата серебра и нитрата кадмия. Параметры пропитки, прокаливания и восстановительного отжига, изготовления контактов представлены в таблице №21. Также представлены полученные данные в зависимости от изменения указанных параметров и результаты испытаний на коммутационный ресурс. Коммутационный ресурс проводили на стендах, разработанных авторами. Стенды позволяли реализовать условия работы контактов соответствующих реальным условиям работы электромагнитным реле. Параметры коммутируемого тока: 24В, 2А.
| Таблица №2 | ||||||
| Характеристика процесса | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | Пример 11 | Пример 12 |
| Исходный графит | ||||||
| Транспортная пористость, % | 11-17 | 11-17 | 11-17 | 11-17 | 11-17 | 11-17 |
| Объемная пористость, % | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 | 16-22 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 | ≥60 |
| Удельное электросопротивление, мкОм·м | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
| Зольность, % | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| Процесс пропитки | ||||||
| Дегазация смеси водного раствора нитрата серебра и нитрата кадмия, да/нет | да | да | нет | да | да | нет |
| Пропитывание контактов в 50% водном растворе нитрата серебра нитрата кадмия в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение времени не менее 40 мин | 40 мин | 50 мин | 35 мин | 40 мин | 40 мин | 40 мин |
| Промывка контактов в дистиллированной воде, сушка обдувкой теплым воздухом (80…110ºС). | да | да | да | да | да | да |
| Прокаливание контактов при температуре 460-500°С в течение 60-120 минут в графитовом контейнере, закрытом графитовой крышкой, | 460°С -120 мин | 500°С - 60 мин | 440°С - 50 мин | 520°С - 120 мин | 500°С - 130 мин | 450°С - 55 мин |
| Восстановительный отжиг контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин | 860 | 890 | 850 | 900 | 950 | 1000 |
| Содержание металлического серебра и кадмия, % | 25 | 35 | 15 | 18 | 16 | 17 |
| Удельное электросопротивление, мкОм⋅м, | 11 | 11 | 14 | 14 | 14 | 14 |
| Переходное электрическое соединение, Ом | 0,005-0,01 | 0,005-0,01 | 0,02-0,03 | 0,02-0,03 | 0,02-0,03 | 0,03-0,04 |
| Коммутационный ресурс с содержанием металлического серебра кадмия | 3,4 млн Превышение переходного электрического сопротивления |
3,6 млн Превышение переходного электрического сопротивления |
1,1 млн Превышение переходного электрического сопротивления |
1,2 млн Превышение переходного электрического сопротивления |
1,0 млн Превышение переходного электрического сопротивления |
700 тыс. Превышение переходного электрического сопротивления |
Результаты представленных испытаний по коммутационному ресурсу композиционных контактов электромагнитного реле на основе мелкозернистого плотного графита пропитанных серебром или соединением серебра с кадмием с контактной паре с контактом из чистого серебра изготовленные заявляемым способом, таблица №1, примеры 1 и 2, таблица №2, примеры 7 и 8 обладает ресурсом свыше 3,3 млн срабатываний.
Предложенный способ позволяет получить контакт с удельным электрическим сопротивлением не более 11 мкОм⋅м, переходным электрическим сопротивлением не более 0,01 Ом, с количеством металлического серебра 25-35 мас. %, с коммутационным ресурсом более 3,3 млн срабатываний. Такой ресурс достигается за счет высокого содержания металлов, в транспортных порах соединяющий контактную торцовую поверхность с боковой контактной поверхностью, находящейся в контакте с устройством крепления контакта и высокой стойкостью графитовой основы к контактному разрушению.
Использование графита мелкозернистого плотного зольностью не более 0,01% позволит значительно повысить ресурс работы контактов за счет снижения интенсивности износа. Это связано с тем, что основным механизмом износа коммутационных контактов является фреттинг, когда в зоне контакта накапливаются частицы износа и окислов, образуя непроводящий слой и способствуя нарушению проводимости контактов (см. Мышкин Н.К и др. Электрические контакты. Издательский Дом «Интеллект», стр. 248-250). Наличие металлов в поверхностном слое способствует образованию оптимального пятна контакта, а наличие металлов в порах способствует снижению удельного электрического сопротивления. Графитовая основа при наличии пористости не более 20% об. уменьшает вероятность схватывания (сваривания) с поверхностью ответного контакта, что приводит к уменьшению интенсивности изнашивания обоих контактирующих поверхностей деталей. По мере износа контактов содержание металлических продуктов износа в контактной зоне не увеличивается, что также стабилизирует переходное сопротивление между контактами.
Claims (3)
1. Способ изготовления электрических контактов для электромагнитного реле, включающий изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 50 МПа, зольностью не более 0,1% и объемной пористостью 15-25%, пропитку контактов водными растворами солей металлов в вакууме, прокаливание пропитанных контактов при высоких температурах, отличающийся тем, что изготовление электрических контактов включает следующие операции в такой последовательности: изготовление контактов из мелкозернистого плотного графита, подготовку водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия, дегазацию водных 50% растворов нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия и контактов из мелкозернистого плотного графита в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение 20…25 мин, пропитку контактов в 50% водном растворе нитрата серебра или смеси 50% растворов нитрата серебра и нитрата кадмия в вакууме ≤ -1,0 кгс/см2 в течение не менее 40 мин, повторную пропитку контактов по режиму: вакуум – 7…10 мин, атмосфера – 1…2 мин, 2…4 раза, промывку контактов в дистиллированной воде, сушку обдувкой воздухом при температуре 80-110°С, прокаливание контактов при температуре 460-500 °С в течение 60-120 минут в графитовом контейнере, закрытом графитовой крышкой, контроль увеличения массы контактов, повторное проведение операций, начиная с операции дегазации водных 50% растворов, при увеличении массы менее, чем 15-35%, проведение восстановительного отжига контактов при температуре 860-890°С в течение 30 мин.
2. Электрический контакт в виде тела вращения, ограниченного боковой поверхностью с образующей, состоящей из прямолинейных и/или криволинейных отрезков, и двумя параллельными поверхностями оснований, изготовленный способом по п.1.
3. Электромагнитное реле, содержащее магнитную систему, контактную систему, состоящую из тыловых, фронтовых и перекидных контактов с контактирующим материалом для фронтовых контактов, изготовленных способом по п.1.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815171C1 true RU2815171C1 (ru) | 2024-03-12 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009531540A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | ユミコア ソシエテ アノニム | 銀ベースの粒子及び電気接点材料の製造方法 |
| RU2400852C1 (ru) * | 2009-10-01 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Композиционный электрический контакт и способ его изготовления |
| RU2420823C2 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Контакт-деталь, способ и инструмент для ее изготовления |
| RU2451355C1 (ru) * | 2011-03-31 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" (НТЦ Информационные Технологии) | Контакт-деталь и способ ее изготовления |
| CN204242823U (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-01 | 瑞安市永明电工合金厂 | 银石墨合金电触头 |
| RU2716234C1 (ru) * | 2018-12-18 | 2020-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический центр углеродных и композиционных материалов" | Способ изготовления электрического контакта и композиционный электрический контакт |
| RU198536U1 (ru) * | 2019-11-01 | 2020-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационные Технологии На Железнодорожном Транспорте" (Ооо "Итжт") | Контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009531540A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | ユミコア ソシエテ アノニム | 銀ベースの粒子及び電気接点材料の製造方法 |
| RU2420823C2 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Контакт-деталь, способ и инструмент для ее изготовления |
| RU2400852C1 (ru) * | 2009-10-01 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Композиционный электрический контакт и способ его изготовления |
| RU2451355C1 (ru) * | 2011-03-31 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" (НТЦ Информационные Технологии) | Контакт-деталь и способ ее изготовления |
| CN204242823U (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-01 | 瑞安市永明电工合金厂 | 银石墨合金电触头 |
| RU2716234C1 (ru) * | 2018-12-18 | 2020-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический центр углеродных и композиционных материалов" | Способ изготовления электрического контакта и композиционный электрический контакт |
| RU198536U1 (ru) * | 2019-11-01 | 2020-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационные Технологии На Железнодорожном Транспорте" (Ооо "Итжт") | Контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105272254A (zh) | 一种受电弓碳滑板材料的制备方法 | |
| RU2815171C1 (ru) | Способ изготовления электрических контактов из мелкозернистого плотного графита, пропитанных серебром и кадмием, электрический контакт, электромагнитное реле | |
| US2377882A (en) | Bearing | |
| CN110923785A (zh) | 共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法 | |
| EP2489648A1 (en) | Carbon material and process for production thereof | |
| EP1091009B1 (en) | Alloy for electrical contacts and electrodes and method of making | |
| EP0364972B1 (en) | Carbon/metal composite | |
| CN111014696A (zh) | 一种TiB2/Cu复合材料制备受电弓碳滑条材料的方法 | |
| US3305324A (en) | Tungsten powder bodies infiltrated with copper-titanium-bismuth or copper-titanium-tin | |
| CN1022424C (zh) | 钨-铜-银-镍粉末冶金触头合金 | |
| JP2511660B2 (ja) | 耐ア−ク性導電材料 | |
| RU2451355C1 (ru) | Контакт-деталь и способ ее изготовления | |
| US1552184A (en) | Metal composition and method of manufacture | |
| RU90931U1 (ru) | Композиционный электрический контакт | |
| RU2769344C1 (ru) | Материал для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди и способ его изготовления | |
| US3508320A (en) | Electrical contact materials and method of making same | |
| CN112981168A (zh) | 一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法 | |
| RU2716234C1 (ru) | Способ изготовления электрического контакта и композиционный электрический контакт | |
| RU225625U1 (ru) | Электрический контакт композиционный электромагнитного реле | |
| RU2281341C2 (ru) | Спеченный композиционный материал | |
| RU223847U1 (ru) | Электрический контакт композиционный электромагнитного реле | |
| US2813808A (en) | Process for improving homogeneity of silver or copper refractory contact materials | |
| CN108893642A (zh) | 一种真空开关触头材料的制备方法 | |
| US3804599A (en) | SINTERED Ag-GRAPHITE-Ni METAL CERAMIC MATERIAL FOR MAKING ELECTRIC CONTACTS AND METHOD OF PRODUCING SAME | |
| US1381748A (en) | Manufacture of agglomerates of various materials and their utilization |