SU1108522A1 - Способ изготовлени электрического контакта - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающийс  в формировании у контактного элемента рабочего сло  и сло , обеспечирающего его соединение с контактодержателем, отличающийс  тем, что, с целью повьппени  надежности соединени  контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановлени  окиси металла в прверхностном слое до образовани  легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного металла. 2. Способ по п. 1, отли чающийс  тем, что электрохимическое восстановление окиси металла провод т в раствсфе гидрата окиси щелочного металла с концентра-j цией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение с.

Description

О 00

ел ю Изобретение относитс  к электротехнике , а именно технологии изготовлени  электрических контактов и контактных узлов аппаратов, и может быть использовано в производстве электрических контактов, контакт ный элемент которых выполнен из серебра и окиси металла. В сильноточных низковольтных аппаратах современных конструкций наход т массовое применение электрические контакты, при изготовлении которых используютс  композиционные материалы из серебра и окислов таки металлов как кадмий, медь, олово, индий и т.п. Добавки окислов металлов до 10-20 вес. % улучшают эксплу тационные характеристики электрокон тактного материала на основе серебр но при этом возникают трудности в п лучении качественного соединени  ко тактного элемента с контактодержате лем путем пайки и сварки. Известны способы изготовлени  электрических контактов такого типа которые предусматривают получение контактного элемента, состо щего из основного рабочего сло  и специального металлического сло  под пай ку или сварку ft. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  спо соб изготовлени  электрического кон такта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла заключающийс  в формировании у контактного элемента рабочего сло  и сло , обеспечивающего его соедине ние с контактодержателем. Согласно этому способу слой, обес печивающий соединение с контактодер жателем, выполнен из чистого серебра толщиной 0,05-0,4 мм . К недостаткам этого способа относитс  повышенный расход остродефицит ного металла (серебра) при получении специального сло  под пайку или свар ку, без которого не обеспечиваетс  удовлетворительное качество соединени  контактного элемента с контактодержателем . Цель изобретени  - повышение надежности соединени  контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу изготовлени  электрического контакта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающемус  в формировании у контактного элемента рабочего сло  и елс , обеспечивающего его соединение с контактодержателем , слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем формируют путем электрохимического восстановлени  окиси металла в поверхiHOCTHOM слое до образовани  легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного металла. При этом электрохимическое восстановление окиси металла провод т в растворе гидрата окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение 10-60 с. Операци  электрохимического восстановлени  обеспечивает формирование поверхностного сло , отличающегос  по составу и свойствам от основной рабочей части контактного элемента и от чистого серебра. Принципиальное отличие состоит в том, что в результате электрохимического восстановлени  в поверхностном слое по вл етс  новый компонент в виде восстановленного металла, который при взаимодействии с серебром образует систему эвтектического типа. Образование низкоплавких эвтектик с серебром характерно дл  таких металлов как медь, кадмий,цинк,индий,олово,свинец,т.е. тех элементов,окислы которых используютс  в качестве компонентов известных серебросодержащих электроконтактных материалов. В итоге в поверхностном слое контактного элемента возникает зона с пониженной температурой плавлени , котора  может быть уподоблена серебросодержащему припою. Это облегчает проведение пайки и сварки, способствует получению надежного соединени  с контактодержателем с одновременным снижением расхода драгоценного металла по сравнению с известным cnocd6oM. Применение в качестве электролита раствора гидрата окиси щелочного металла, например натри , обеспечивает наиболее эффективное восстановление всех перечисленных выше окислов Металлов. Пример 1. Электрохимическому восстановлению подвергают нерабочую сторону поверхности контактного элемента марки СОК15М (15% окиси кадми , остальное - серебро; структура мелка , изготовленного бёа специального сло  серебра путем прессовани  и спекани  заготовки из порошковой смеси. Контактный элемент цилиндрической формы при электрохимической (катодной) обработке частично погружаютс  нерабочей поверхностью в электролит и фиксируютс  в заданном положении при помощи металлического захвата, выполн ющего одновременно функцию токоподвод щей детали. Электролитом служит раствор 50 г/л гидрата окиси натри . Обработку осуществл ют при катодной плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 с. После промывки и сушки провод т пайку к контактодержателю из латуни марки ЛбЗ припоем ПСР45 при плотности

тока 150-160 А/см до по влени  по периметру контакта жидкой галтели. Качество и прочность соединени  оценивают металлографическим исследованием поперечного шлифа и путем определени  сопротивлени  срезу на границе контактный элемент - контактодержатель . Параллельно испытывают контакты после пайки без соответствующей электрохимической обра .ботки.

Получены следующие результаты. При пайке контактных элементов, не подвергавшихс  электрохимическому восстановлению, качественного соедени  с контактодержателем не получено . В области шва имеютс  поры, пустоты и расслоени . Сопротивление срезу не превышает 2,5 кгс/мм. Такие контакты при эксплуатации не выдерживают значительных удельных нагрузок.

По описываемому способу достигаетс  быстрое и полное взаимодействие расплавленного припо  с поверхностным слоем контактного элемента, где вместо несмачиваемой окиси кадми  содержитс  восстановленный металлический кадмий, участвующий в образовании соединени . В области шва отсутствуют пустоты, незаполненные при поем поры и другие дефекты. Сопротивление срезу 11,7 кгс/мм.

Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности операции электрохимического восстановлени  при указанных параметрах режима обработки ,

П р и м е р 2. Контактный элемент марки СОК15м, изготовленный без подсло  из серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности в растворе 50 г/л гидрата окиси натри  при плотности тока 2,5 А/лм. в течение 60 с. Затем контактный элемент нерабочей плоской поверхностью непосредственно прижимают к латунному контактодержателю без прослойки припо . Нагрев осуществл ют так же, как и при твердой пайке электрическим током 150 А/ /см в течение 5-7 с до по влени  жидкой фазы. Полученное соединение подвергают визуальному осмотру, металлографическому изучению и испытанию на прочность.

Исследовани  показывают, что в пограничной зоне при нагревании быстрое образование жидкометаллической фазы, котора  выполн ет роль припо , обеспечивает качественное соединение с контактодержателем по всей площади соприкосновени . Заметные дефекты шва отсутствуют. Сопротивление срезу составл ет 10 кгс/мм. Изучение микроструктуры указывает на образование в пограничной зоне эвтек

тического сплава из серебра, кадми , меди и цинка.

Дл  контактных элементов, не подвергавшихс  электрохимическому восстановлению , при тех же услови х не удаетс  прлучить соединени  с контактодержателем .

Следовательно, образование легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного кадми  по данному способу имеет существенное значение дл  получени  па ного соединени , так как по вление жидкометаллической среды при быстром нагревании обеспечивает адгезионное взаимодействие с поверхностью контактодержател  и ее смачивание , активирует диффузионные процессы в пограничной зоне, приводит к быстрому растворению других компонентов эвтектического сплава-меди и цинка.

Примерз. Контактный элемент марки СОМЮм (10% окиси меди, остальное - серебро), изготовленные без подсло  серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности при плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 с в растворе 100 г/л гидрата окиси натри . Затем осуществл ют диффузионную сварку с контактодержателем из латуни ЛбЗ в течение нескольких секунд до по влени  По периметру жидкой фазы. Качество сварного соединени  оценивают просмотром поперечного шлифа (х500) .

Просмотр шлифа показал равномерный сварной шов по всему сечению без пустот, расслоений и других заметных дефектов. В том случае, когда контактный элемент не подвергаетс  электрохимическому восстановлению, в сварном шве на долю пор и пустот приходитс  20% и более от объема сварной зоны.

Образование качественного соединени  с контактодержателем по данному способу обусловлено формированием в процессе восстановлени  сло  контактного элемента, содержащего вместо частиц окиси меди соответствующие включени  металлической меди, снижающей температуру плавлени  поверхностного сло . Это обсто тельство облегчает проведение диффузионной сварки, в процессе которой, важную роль играет формирование легкоплавкой прослойки.

В приведенных примерах электрохимическое восстановление осуществл ют при оптимальных услови х, которые могут быть рекомендованы и дл  других систем (серебро - окись инди  и т.п.). Граничные значени  параметров - плотности тока, времени, концентрации электролита соотнос тс  с возможност ми восстановлени  окислов металлов в поверхностном слое и получени  нсщежного соединени  с контактодержателем. По экспериментальным данным электрохимическое восстановление окислов упом нутых элементов по тол шине зерна происходит за первые 1030 с в диапазоне катодной плотности тока 1-10 А/дм. Увеличение продолжительности до 30-60 с обеспечивает восстановление окислов в порах, пос ле чего процесс быстро тормозитс . Уменьшение времени ниже указанного предела 10 с не обеспечивает полноту восстановлени  окислов и ведет к по влению дефектов и снижению прочности соединени  с контактодержателем . Так, уменьшение продолжительности процесса до 5 с при плотности тока 5 А/дм в растворе гидрата окиси натри  50 г/л приводит к снижению прочности па ного соедин ни  контакта СОК15м до 5 кгс/мм (против 11,7 кгс/мм при оптимальны услови х). Снижение катодной плотности тока ниже 1 А/дм нецелесообразно из-за торможени  процесса восстановлени  окислов металлов, так как уменьшает с  катодный потенциал и увеличивает с  дол  тока на побочный процесс вы делени  водорода. Например, при пло ности тока 0,5 А/дм за 60 с не усп вает восстановитьс  значительна  часть окисла в поверхностном слое контактного элемента СОК15м, при этом прочность пайки составл ет 3-4 кгс/Kw. Увеличение плотности тока до 1 А/дм при тех же услови х приводит к повышению прочности соединени  до 9,5 8 кгс/мм. Повышение плотности тока, начина  С 1 А/дм, позвол ет уменьшить необходимое врем  восстановлени , однако при 10 А/дм достигаетс  предельна  скорость восстановлени  окислов металлоБ , по-видимому, из-за диффузионных ограничений в твердой фазе. Поэтому дальнейшее увеличение плотности тока не позвол ет снизить продолжительность процесса ниже указанного предела 10 с. Электрохимическое восстановление окислов меди, кадми  и других упом нутых металлов наиболее успешно и полно осуществл етс  в растворах гидрата окиси щелочного металла, предпочтительно натри , из-за его большей доступности. Оптимальной концентрацией раствора  вл етс  50100 г/л. Q увеличением концентрации растворасвыше 100 г/л скорость восстановлени  измен етс  мало, тогда как повышаетс  токсичность электролита . При концентраци х ниже 10 г/л процесс восстановлени  окислов металлов , например кадми  и меди, резко затрудн етс , в св зи с чем не удаетс  получить качественного соединени  соответствующего контактного элемента с контактодержателем. Предлагаемый способ может найти применение в массовом производстве контактов данного вида. Таким образом, использование данного способа по сравнению с известными обеспечивает следуюпще преимущества: возможность получени  качественного неразъемного соединени  с контактодержателем контактного элемента, вьшолненного из серебра и окисла металла, вез изготовлени  специального сло  серебра под пайку или сварку; снижение расхода остродефицитного драгоценного металласеребра , что позвол ет повысить эффективность производства контактов и контактных узлов низковольтной сильноточной аппаратуры и надежность их при эксплуатации.

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактный . элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента ра бочего слоя и слоя, обеспечивающего его соединение с контактодержателем, отличающи с целью повышения нения контактного й с я тем, что, надежности соедиэлемента с кон тактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в повер'хноет ном слое до образования легкоплавкой эоны из серебра и восстановленного металла.

2. Способ поп. 1, отличающийся тем, что электрохимическое восстановление окиси металла проводят в растворе гидрата § окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм¹ в течение 10»-60 с.