КОНТАКТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТОВ Российский патент 1997 года по МПК H01H1/66 H01H1/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности касается нанесения контактного покрытия на рабочие части контакт-деталей магнитоуправляемых герметизированных контактов (герконов), применяемых в реле, в счетно-решающих устройствах и т.д.

Известно контактное покрытие для магнитоуправляемых контактов, выполненное из сплава золота, содержащего два легирующих компонента: никель и родий, причем содержание никеля составляет 6,0 26% а родия 0,01 1,0% [1]
Основным недостатком данного покрытия является его высокая стоимость из-за использования двух драгоценных металлов: золота и родия. Кроме того, при высоких содержаниях никеля в сплаве, выше 16% покрытие обладает большими внутренними напряжениями, что приводит к росту переходного сопротивления, падению его стабильности при наработках в микрорежиме.

Известен также способ химической металлизации переключающих устройств, в котором осаждение золотого покрытия проводят на подслой никель-бор с содержанием бора 0,05 0,14% [2]
Однако, этот способ достаточно трудоемок и нетехнологичен, так как растворы химической металлизации по сравнению с электролитами недолговечны. Кроме того, покрытие, полученное данным способом, дорогостоящее, так как здесь используется драгметалл золото. Изготовление многослойных покрытий сопровождается низким технологическим выходом из-за плохой адгезии одного слоя к другому.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является взятое за прототип контактное покрытие, выполненное из чистого никеля, наносимого в виде мелкодисперсной губки с величиной зерна 1
5 мк [3]
Данное покрытие имеет много точек контактирования, что позволяет получить низкое и стабильное переходное сопротивление, а также создаются условия повышения коммутируемой мощности и срока службы.

Однако, для герконов с низким контактным нажатием, где контактируемая поверхность небольшая, данное покрытие не подходит из-за нестабильности переходного сопротивления, нетехнологичности процесса нанесения покрытия, несоответствия величины зерна мелкодисперсной губки толщине покрытия. Немаловажным фактором является и то, что в процессе изготовления герконов контактное покрытие подвергается термоудару при T>700^oC, что приводит к образованию на контактируемой поверхности контакт-деталей окислов, а это стимулирует нестабильность сопротивления.

Предлагаемое контактное покрытие направлено на решение задачи повышения надежности магнитоуправляемых контактов, полного исключения использования золота для выполнения контактного покрытия и повышения производительности процесса нанесения покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что на контакт-детали герконов наносят контактное покрытие сплавом никель-бор, причем содержание бора составляет 2 26%
В технических решениях, известных в науке и технике на сегодняшний день, раскрытие сущности этих признаков авторам неизвестно.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новизной по сравнению с прототипом и существенными отличиями по сравнению с известными решениями.

Согласно настоящему изобретению контактирующая поверхность содержит никель с добавкой бора в количестве 2 26%
Указанное содержание бора в предлагаемом сплаве является оптимальным и обеспечивает достижение поставленной цели.

Нижнее значение содержания бора в сплаве (2%) определяется минимальной микротвердостью, которая необходима для обеспечения устойчивости контактного покрытия против холодного сваривания.

Верхняя граница содержания бора в сплаве (26%) обусловлена технологическим разбросом при изменении концентраций компонентов электролита. Данные сведены в табл. 1.

В результате проведенной работы был выбран оптимальный состав электролита и режим осаждения покрытия. Данное покрытие осаждают при температуре 20 - 54^oC, плотности тока 2 5 А/дм² из электролита следующего состава, г/л:
Никель (мет.) 3 7,5
Борогидрид натрия 0,5 3,0
Сегнетова соль 20 65
Гидроокись натрия 50 70
Этилендиамин 30 50
PH 10 14
Следует отметить, что данное покрытие используется для герконов, работающих в различных эксплуатационных режимах. В одном случае требуется покрытие с низким содержанием бора (2 12 мас.), обеспечивающее работу геркона в слаботочном режиме, где нет повышенных требований к износостойкости покрытия, так как эрозионного разрушения контактируемой поверхности не происходит.

Основным требованием к покрытию является стабильность контактного сопротивления.

Для герконов, работающих в режимах коммутирования, сопровождающихся игольчато-кратерной эрозией контактных поверхностей, необходимо покрытие с повышенной износостойкостью, что обеспечивает покрытие никель-бор с содержанием бора 12 26 мас.

Пример. На контакт-детали магнитоуправляемых контактов, выполненных из пермаллоя марки 52Н-ВИ электрохимическим способом наносят рабочий слой контактного покрытия, состоящий из сплава никель-бор.

Сплав никель-бор осаждают из этилендиаминового электролита никелирования с применением стационарных режимов электролиза на контакт-детали герконов МКА-27101.

Оценка работоспособности гальванического покрытия в герконах проводилась путем контроля стабильности переходного сопротивления как во времени, так и при коммутации герконами маломощных электрических режимов, а также анализа износостойкости герконов с указанным покрытием в эрозионных режимах. Контроль стабильности переходного сопротивления гарконов заключается в многократном измерении этого параметра (в течение месяца было проведено семь измерений). За это время величина сопротивления оставалась стабильной, максимальное значение ее не превышало 0,06 Ома. В течение этого времени партия герконов в количестве 10 штук подвергалась тепловой выдержке (T 100^oC в течение 24 ч. Величина переходного сопротивления после этой выдержки также оставалась неизменной. Кроме того, контроль стабильности проводился с помощью накачки и последующего измерения величины переходного сопротивления. Накачка проводилась в течение 10 с, 30 с, 1 мин, 5 мин, 10 мин. Величина переходного сопротивления герконов при всех временах накачки не изменялась и не превышала 0,06 Ома. 17 герконов были подвергнуты испытаниям в режиме 20 мВ 10 мА с наработкой 5•10⁶ срабатываний. При этом после наработок 1,25•10⁶ сраб. и 3,75•10⁶ сраб. специально делались суточные перерывы в испытаниях. Испытания прошли без отказов. Величина переходного сопротивления в конце наработки не превышала 0,180 ма.

Эрозионная оценка проводилась путем испытаний герконов в режиме 60 В 80 мА по методике ТУ. Первые отказы герконов с покрытием никель-бор начинаются при наработке 3•10⁶ сраб. Характер отказов, типичный для этого режима размыкания по причине заклинивания эрозионного пика одной контакт-детали в кратере другой контакт-детали.

Сравнительная характеристика работоспособности герконов МКА-27101 с разными контактными покрытиями приведена в табл. 2.

Из данных, приведенных в табл.2, можно сделать следующий вывод.

Работоспособность герконов с покрытием никель-бор в эрозионных режимах ниже, чем у сплавов золота, но выше, чем у рутения, применяемого в качестве покрытия в настоящее время.

Примеры использования предлагаемого контактного покрытия в герконах КЭМ-2, МКА-27101, МК-10-3 с требованиями технических условий к минимальной наработке и результаты испытаний приведены в табл. 3.

Как видно из приведенных данных, герконы с предлагаемым контактным покрытием обеспечивают высокую наработку как в сильноточных режимах, так и в микрорежимах. При этом переходное сопротивление остается стабильным во всем диапазоне содержания бора в сплаве. Среднее значение переходного сопротивления изменяется в пределах от 0,09 до 0,15 Ома.

Использование: в электротехнике, в частности нанесение контактного покрытия на рабочие части контакт-деталей герконов. Сущность изобретения заключается в повышении надежности магнитоуправляемых контактов, а также полном исключении использования золота для выполнения контактного покрытия. Контактное покрытие отличается от известного тем, что оно содержит, мас.%: бор 2 - 26, а остальное - никель. 3 табл.

Контактное покрытие для магнитоуправляемых контактов, состоящее из никеля, отличающееся тем, что покрытие содержит, мас.

Бор 2 26
Никель Остальноее