SU1721651A1

SU1721651A1 - Способ изготовлени контактного покрыти магнитоуправл емого герметизированного контакта

Info

Publication number: SU1721651A1
Application number: SU894719019A
Authority: SU
Inventors: Валерий Васильевич Карпов; Александр Дмитриевич Погребняк; Валерий Валентинович Фельмецгер
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике; а именно к технологии изготовлени электроэрозионно-стойких контактных покрытий герконов. Целью изобретени вл т етс увеличение электроэрозионной стойкости получаемых покрытий и повышение производительности способа. Способ включает нанесение на контакт-детали последовательно сло никел и сло благородного металла и последующую ионную обработку поверхности, пр ичем ионную обработку провод т одним импульсом мощного ионного пучка наносекундной длительности с потоком энергии 1,0-1,5 Дж/см2.

Description

Изобретение относитс к электротехнике , а более конкретно к технологии изготовлени электроэрозионно стойких контактных покрытий газонаполненных магнитоуправл емых контактов (МК) малой и средней мощности, и может быть использовано в серийном производстве контактов.

Магнитоуправл емыё герметизированные контакты имеют р д преимуществ по сравнению с обычными электромеханическими коммутационными приборами благодар высокой надежности, чувствительности , простоте и технологичности конструкции , возможности функционировани в агрессивных и взрывоопасных средах, и поэтому широко примен ютс в радиоэлектронной аппаратуре, средствах св зи, контрол и управлени . Надежность МК определ етс качеством контактного покрыти , магнитными и упругими свойствами , чистотой газонаполнени , высокой

вакуумной гигиеной изготовлени . Качество контактных покрытий, а именно требуемые электрофизические свойства (параметры) контактирующих поверхностей и их стабильность в процессе эксплуатации, вл етс посто нной заботой разработчиков и потребителей М К и, соответственно, направлением усовершенствований МК.

При различных режимах работы МК различные служебные характеристики играют определ ющую роль. При коммутации мик- ромощных цепей наиболее важно обеспечить малую величину переходного сопротивлени МК и его стабильность в процессе эксплуатации. При работе контактов в эрозионных режимах (коммутируемый ток от дес тых долей до единиц ампер при напр жении в дес тки вольт), сопровождающихс либо развитием игольчато-кратерной эрозии (тонкий массоперенос), либо дуговой (дуга размыкаVI Ю

01

ни ) эрозией поверхности - особую важность приобретает электроэррзионна стойкость контакт-поверхности.

Имеетс много способов, направленных на улучшение различных служебных ха- рактеристик МК и касающихс различных аспектов этого процесса.

Известен способ изготовлени золотосодержащего сло контакт-деталей герко- нов реле, по которому дл различной индуктивности нагрузки коммутируемой цепи существует така область концентраций Ni, Cr или Со в сплаве с золотом, при которой суммарный перенос материала в области контактировани равен нулю. Дл этого на предварительно отожженный при 700- 1000°С участок контактировани электрохимически осаждают в смещенной ванне из Au-NI, Au-Co или Au-Cr и затем провод т упрочн ющий отжиг в восстановительной атмосфере. Св зь определенной концентрации сплава с определенной индуктивностью нагрузки и ограниченность интервала возможных концентраций по данному способу ограничивают применимость этого способа.

Известен способ изготовлени контактного покрыти магнитоуправл емых герметизированных контактов, по которому нанесенный на контактные поверхности сплав на основе благородного металла легируетс бомбардировкой поверхности контактного покрыти в вакууме ионами тугоплавкого неблагородного металла. Низковольтное ионное легирование позвол ет создавать плотные износостойкие слои повышенной твердости и, тем самым, значительно увеличить срок службы МК средней мощности в наиболее т желых режимах коммутации. При использований известно- го способа получено увеличение срока службы в 3 раза при эксплуатации МК в режиме 60 В - 0,025 А посто нного тока по сравнению с контрольными приборами, не подвергшимис ионному легированию. В данном способе дл легировани используютс ионы тугоплавких металлов (вольфрам, молибден , рений, титан). Кроме того, оптимальной признаётс энерги ионов в диапазоне (1-2) кэВ. Так, в приведенном примере конкретной реализации способа, контактное покрытие из гальванического сплава золото-никель толщиной (2-3) мкм помещают в камеру, вакуумируют до - 10 Па и подвергают ионной обработке ионами титана с энергией 1,6 кэВ и плотностью ионного тока 102 А/м2 в течение 14 с, после чего в камеру напускают чистый азот, затем контакт-детали вынимают на воздух.

Известный способ обладает р дом существенных недостатков: значительные энергозатраты, жесткие требовани к технологическим параметрам (вакууму, чистоте пучка ионов), а также недостаточно высокой электроэрозионной стойкостью полученного покрыти .

Целью изобретени вл етс увеличение электроэрозионной стойкости контактного покрыти МК и повышение производительности способа.

Поставленна цель достигаетс тем, что на контактные поверхности контакт-деталей МК нанос т покрытие из благородного металла или сплава на основе благородного металла одним из известных способов (электрохимическим осаждением, катодным распылением , магнетронным осаждением и т.д.), детали с нанесенным покрытием облучают одним; импульсом мощного ионного пучка (МИП) наносекундной длительности с потоком энергии (1-1,5) Дж/см .

Ускорительна техника с параметрами, обеспечивающими предлагаемый диапазон потока энергии, достаточно развита. К примеру , технологический ускоритель Темп или модифицированный ускоритель Тонус , работающий в технологическом режиме , при энергии ионов водорода и углерода Е 0,2-0,5 МэВ способны обеспечить плотность ионного тока на мишени j 10-250 А/см при длительности импульса т 60-100 не, что заметно перекрывает предлагаемый интервал потока энергии 1-1,5 Дж/см2.

Предлагаемый способ осуществл етс следующим образом..

Обрабатываемые контакт-детали загружаютс в подвески (кассеты) и электрохимическим осаждением на них нанос т последовательно слой никел и слой золота. Затем в этих же кассетах контакт-детали помещаютс в рабочую камеру ускорител , откачивают камеру до технического вакуума 10 торр и облучают контактную поверхность контакт-деталей одним импульсом МИП ионов углерода и водорода или азота с энергией 0,2-0,5 МэВ, с длительностью импульса 60-100 не и плотностью ионного тока на мишени j 30-60 А/см2 так, что падающий на поверхность контакт-деталей поток энергии соответствует 1-1,5 Дж/см2,

При воздействии МИП на поверхность покрыти можно выделить несколько процессов: плавление с последующим сверхбыстрым остыванием, массоперенос-с интенсивным перемешиванием, формирование и воздействие ударных волн, термонапр жение , создающих предпосылки дл образовани метастабильных или даже новых фаз, в том числе твердых растворов с

концентраци ми растворимого вещества, существенно превышающими равновесные, и соединений, запрещенных диаграммой состо ний . Дл высокоэнергетичных ионов, падающих на поверхность металла, перенос энергии происходит практически однородно в глубину на рассто ние проектного пробега ионов (2,5x10 А дл Н+ и О ;37х104 Д дл С+вМ1; 1,6х1Г/А дл Н+и 0,34х104Хдл С в Аи), причем выделение энергии практически не зависит от физического состо ни мишени.

Таким образом, плавление под действием МИП может рассматриватьс как быстрый термический нагрев по всей глубине пробега ионов, а подложка металла остаетс практически холодной. В таких услови х происходит перемешивание золота с никелем , которое играет определ ющую роль в повышении электроэрозионной .стойкости покрыти по предлагаемому способу. Размытие границы между сло ми при перемешивании улучшает адгезию слоев и всего покрыти в целом. Полученна структура твердого раствора никел в золоте, помимо однородности, обладает существенно большей твердостью, что выражаетс в увеличении микрртвердости поверхностного сло , Кроме того, в результате быстрой фиксации новых фаз (перекристаллизации) в процессе остывани поверхностного сло , получаютс мелкозернистые, вплоть до аморфных, структуры, что положительно сказываетс на электроэрозионных свойствах полученного покрыти , так как в данном случае эрозионные процессы идут по поверхности (соответственно уменьшаетс массопере- нос). Мелкозернистость структуры и развитие эрозии по поверхности (нет глубокого выедани поверхности) снижают веро тность механического заклинивани (зали- пани ), также уменьшаетс интенсивность дуги размыкани , так как уменьшаетс неоднородность поверхности и увеличиваетс площадь контактировани ..

Пример. Используют контакт-детали герконов МКА-7101 с двухслойным покрытием из Ni толщиной 2 мкм и Аи толщиной 0,5 мкм. Дл нанесени покрыти целесообразно применение электрохимического осаждени из простых электролитов, услови которого хорошо контролируютс и при котором безвозвратные потери драгметаллов практически отсутствуют. После нанесени покрыти контакт-детали в тех же подвесках (кассетах) по несколько сот штук в каждой (до 2 тыс. шт. в одной подвеске) перегружают в рабочую камеру ускорител Тонус или

Темп, камеру откачивают до технического вакуума 10 4торр и контактные поверхности контакт-деталей облучают одним импульсом МИП ионов водорода и углерода с энер- 5 гией ионов Е 0,35 МэВ, длительностью импульса t 80 не, плотность ионного тока на мишени мен ют от 20 до 200 А/см , что позвол ет создавать поток энергии на мишени от 0,55 до 5,5 Дж/см2. Состав пучка:

0 70 % ионов С и 30 % ионов Н. Плотность тока (при известной площади сечени пучка) контролируют цилиндром Фараде , а поток энергии - калориметром.

Ресурсные испытани герконов, изго5 товленных по предлагаемому способу, показывают , что в режиме коммутации цепи посто нного тока UK 60 В, Ik 0,08 А минимальна наработка приборов на отказ увеличиваетс в 4-5 раз по сравнению с из0 вестным и достигает 3,42x10 срабатываний при оптимальном режиме облучени потоком энергии 1-1,5 Дж/см . Электроэрозионна стойкость увеличиваетс в 1,5-2 раза . Испытани в микромощном режиме

5 коммутации И 2x10 В, Ik 10 А показывают что переходное сопротивление герконов в течение всего срока службы стабильно и не превышает 0,05 Ом. Все электрические параметры герконов удовлетвор ют требо0 вани м технических условий, выход годных изделий соответствует технологическим требовани м..

По известному способу производительность ионной обработки дл одной установ5 ки составл ет 5-6 млн. контакт-деталей в год. Оценка примерной производительности технологического процесса обработки МИП показывает, что с использованием одного ускорител типа Темп можно изгото0 вить покрыти по предлагаемому способу в количестве не менее 60 млн. контакт-деталей в год.

Claims

Формула изобретени 5 Способ изготовлени контактного покрыти магнитоуправл емого герметизированного контакта, включающий нанесение на контакт-детали последовательно сло никел и сло благородного металла и после- 0 дующую ионную обработку поверхности, отличающийс тем, что, с целью увеличени электроэрозионной стойкости получаемых покрытий и повышени производительности способа, ионную обработку 5 провод т одним импульсом мощного ионного пучка наносекундной длительности с потоком энергии 1,0-1,5 Дж/см2.