СЛОИСТЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ Российский патент 1995 года по МПК H01H1/02 B22F7/00 B32B15/01 

Слоистый электрический контакт относится к технике создания электрических контактов для низковольтной коммутационной аппаратуры.

Известен слоистый (биметаллический) электрический контакт, рабочий слой которого выполнен из композиции серебро 15 ± 0,5 мас. окиси кадмия, а технологический слой из никеля. Недостатком электрического контакта является низкая надежность соединения рабочего и технологического слоев, выражающаяся в расслоении контакта по границе раздела при эксплуатации, и обусловившая невозможность его применения в низковольтной аппаратуре (пример 13, таблица).

Другим аналогом является слоистый (биметаллический) электрический контакт, рабочий слой которого выполнен из материала на основе серебра (в частности, по описанию из композиции СОК 15 м, то есть серебро 15 мас. окиси кадмия), а технологический слой из сплава меди с 1,5-3,5 мас. никеля и 0,5-1,5 мас. кадмия. Недостатком электрического контакта также является низкая надежность соединения рабочего и технологического слоев (пример 14, таблица).

Прототипом является слоистый электрический контакт (электрический контактный элемент), рабочий слой которого выполнен из композиции серебра с оксидом металла, технологический слой из меди или железа, а кроме того, имеется еще и промежуточный слой (между рабочим и технологическим), выполненный из сплава серебра с 2-12 мас. олова, индия или германия. Наличие промежуточного слоя из сплава на основе серебра между серебросодержащим рабочим и недрагоценным технологическим слоем несколько повышает надежность соединения слоев контакта (примеры 15-19, таблица), однако и в этом решении она оказывается явно недостаточной для того, чтобы слоистый контакт был применен в коммутационной аппаратуре. Таким образом, недостатком прототипа является низкая надежность соединения рабочего и технологического слоев.

Целью изобретения является повышение надежности соединения рабочего и технологического слоев.

Поставленная цель достигается тем, что в слоистом электрическом контакте с рабочим слоем из композиции серебро 8-16 мас. окиси кадмия, технологическим слоем из недрагоценного металла и промежуточным слоем из сплава серебра промежуточный слой толщиной 5-100 мкм выполнен из серебра с добавкой 5-80 мас. меди. При этом технологический слой может быть выполнен как из меди, так и из сплавов на ее основе, что не является принципиальным для достижения поставленной цели.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый слоистый электрический контакт отличается от известного составом материала промежуточного слоя (серебро 5-80 мас. меди).

Проведенный поиск по патентной и научно-технической литературе не выявил аналогичных решений и поэтому можно считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенное отличие".

Положительный эффект предлагаемого решения заключается в повышении надежности соединения рабочего и технологического слоев электрического контакта. Это обеспечивает возможность применения нового слоистого контакта в коммутационной аппаратуре взамен базовых контактов КМК А10м (рабочий слой из композиции серебро 15 мас. окиси кадмия, технологический слой из серебра), что приводит к существенной экономии драгоценного металла серебра.

Примеры осуществления.

Заявляемые слоистые электрические контакты изготавливают следующим образом:
методом соосаждения получают мелкодисперсную смесь серебро окись кадмия с различным содержанием окиси;
прессуют и подготавливают слоистую заготовку с технологическим слоем из меди или ее сплавов, промежуточным слоем из композиции серебро медь с различным содержанием меди и рабочим слоем из мелкодисперсной композиции серебро окись кадмия;
заготовку прокатывают до толщины около 2,0 мм и вырубают из нее контакты типоразмера ПП 0620 (диаметр 6,0х2,0 мм).

Аналогичным образом изготавливают электрические контакты прототип. В этом случае однако промежуточный слой изготавливают из материала серебро 10 мас. олова, индия или германия.

Слоистые контакты (биметаллические) аналоги изготавливают методом единичного прессования спекания.

Заявляемый слоистый электрический контакт.

П р и м е р 1. Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 5% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 5 мкм.

П р и м е р 2.

Состав рабочего слоя: серебро 8% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 50 мкм.

П р и м е р 3.

Состав рабочего слоя: серебро 16% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 80% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 100 мкм.

П р и м е р 4.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 5.

Состав рабочего слоя: серебро 8% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь 20% никеля.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 6.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: cеребро 5% меди.

Состав технологического слоя: медь 5% олова.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 7.

Состав рабочего слоя: cеребро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь 10% никеля.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 8.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь 5% железа.

Толщина промежуточного слоя 20 мкм.

П р и м е р 9.

Состав рабочего слоя: серебро 17% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 10.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 4% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 11.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 81% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 12.

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 30% меди.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 4 мкм.

Электрические контакты аналоги и прототип.

П р и м е р 13 (аналог 1).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав технологического слоя: никель.

Промежуточный слой отсутствует.

П р и м е р 14 (аналог 2).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав технологического слоя: медь 2% никеля 1% кадмия.

Промежуточный слой отсутствует.

П р и м е р 15 (прототип).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 10% олова.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 16 (прототип).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 10% индия.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 17 (прототип).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 10% германия.

Состав технологического слоя: медь.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 18 (прототип).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 10% олова.

Состав технологического слоя: медь 10% никеля.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

П р и м е р 19 (прототип).

Состав рабочего слоя: серебро 15% окиси кадмия.

Состав промежуточного слоя: серебро 10% индия.

Состав технологического слоя: медь 5% олова.

Толщина промежуточного слоя: 20 мкм.

Надежность соединения рабочего и технологического слоев контактов определяется по специальной методике. Контакты испытывают на стенде, имитирующем работу низковольтного коммутационного аппарата, в режиме коммутационной износостойкости при переменном токе 30 А, напряжении 380 В и сos ϕ=0,7. Контактное нажатие 15 Н. Через 5.000 циклов включение отключение 3 контактные пары снимают с испытаний и подвергают металлографическому анализу на шлифах в поперечном сечении, еще через 5.000 циклов снимают следующие 3 контактные пары и т.д. до 100.000 циклов включительно. Надежность соединения оценивают минимальным числом циклов, после которых при металлографическом анализе выявляются микротрещины и поры по границе раздела слоев, появление которых свидетельствует о начале расслоения контактов. По принятой методике надежность соединения тем выше, чем больше число циклов до появления указанных дефектов по границе раздела слоев.

Результаты испытаний сведены в таблицу. Как следует из приведенных результатов, надежность соединения по границе раздела рабочего и технологического слоев у заявляемого слоистого электрического контакта существенно выше, чем у контакта прототипа, а также контактов аналогов.

При содержании меди в серебре в промежуточном слое ниже нижнего (пример 10) и выше верхнего (пример 11) предела концентраций, указанных в формуле изобретения, снижается надежность соединения слоев. Аналогичное снижение надежности соединения наблюдается при толщине промежуточного слоя меньше 5 мкм (пример 12). Верхняя граница толщины промежуточного слоя установлена из соображений экономической целесообразности (увеличение толщины серебросодержащего слоя промежуточного приводит к росту содержания серебра в контакте).

Верхняя граница содержания окиси кадмия в композиции рабочего слоя обусловлена снижением пластичности материала и образованием трещин при испытаниях (пример 9). Нижняя граница содержания окиси кадмия в композиции рабочего слоя установлена на основании известных данных об ухудшении эксплуатационных свойств контактов типа серебро оксид кадмия при снижении концентрации окиси ниже 8-10 мас.

Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить годовую экономию серебра на уровне 4.000 кг.

Сущность изобретения: слоистый электрический контакт состоит из рабочего слоя регулируемой толщины из серебра, содержащего (8 - 16) мас.% окиси кадмия, промежуточного слоя толщиной 5 - 100 мкм из серебра, содержащего 5 : 80 мас.% меди, и технологического слоя из меди или ее сплавов. 1 табл.

СЛОИСТЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ, состоящий из рабочего слоя, выполненного из материала на основе серебра, содержащего 8 16 мас. окиси кадмия, промежуточного слоя, выполненного из сплава на основе серебра, и технологического слоя, выполненного из меди или ее сплавов, отличающийся тем, что промежуточный слой выполнен из сплава на основе серебра, содержащего 5 - 80 мас. меди, толщиной 5 100 мкм.