СЛОИСТЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ Российский патент 2004 года по МПК H01H1/02 

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

Известен слоистый электрический контакт с рабочим слоем из материала на основе серебра и технологическим слоем из меди или ее сплавов [1]. Технологический слой в контакте служит для обеспечения прочного соединения контактов с контактодержателями коммутационных аппаратов методом точечной сварки или пайки.

В патенте не содержится указания на наличие рельефа на технологическом слое, а из описания следует, что контакты вырубаются из прокатанной полосы и имеют плоскую поверхность технологического слоя. Поскольку технологический слой выполнен из меди или ее сплавов, это затрудняет приваривание контактов к контактодержателям, так как при большой поверхности контактирования свариваемых деталей требуется большой ток, который разрушает серебросодержащий рабочий слой. При низких токах не обеспечивается прочность соединения деталей.

Контакты с плоским технологическим слоем можно паять, прокладывая между спаиваемыми деталями кусочки вырубленного из фольги припоя. Однако описываемый контакт содержит слои на основе серебра и меди, которые в соприкасании друг с другом плавятся при температуре 779°С [2], образуя эвтектический расплав и разрушая контакт. Это ускоряет и удорожает и без того более трудоемкую по сравнению со сваркой технологию пайки, так как требует применения специальных среднеплавких, обычно серебросодержащих припоев (например, ПСр40 по ГОСТ 19738) и флюсов.

Таким образом, недостатком известного слоистого контакта является его непригодность для крепления к контактодержателям коммутационных аппаратов методом точечной сварки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является контакт, изготавливаемый из биметаллической ленты, рабочий слой которой выполнен из композиции серебра с оксидами неблагородных металлов, а на технологический слой нанесен рельеф в виде продольных выступов [3].

Рельеф на технологическом слое уменьшает поверхность соприкосновения контакта с контактодержателем. Соответственно при неизменной величине тока в сварочном импульсе плотность тока, проходящего через выступы, возрастает, и плавление материалов технологического слоя и контактодержателя можно обеспечить при величине тока, гораздо меньшей, по сравнению с величиной тока, необходимой для приваривания контактодержателя к плоской (без рельефа) поверхности технологического слоя.

Однако это решение эффективно лишь для технологических слоев из серебра или сплавов на его основе. Для контактов с технологическим слоем из меди или ее сплавов, которые существенно хуже соединяются сваркой с контактодержателями из недрагоценных металлов по причине более высокой температуры плавления и повышенного содержания окислов в зоне сварки, такое решение недостаточно. При значениях сварного тока, когда серебросодержащий материал рабочего слоя еще не разрушается, прочность сварного соединения получается недостаточно высокой.

Таким образом, недостатком слоистого контакта с рельефным технологическим слоем в виде продольных выступов является низкая прочность соединения с контактодержателем методом точечной сварки в случае, если материал технологического слоя выполнен из меди или ее сплавов.

При создании изобретения ставилась задача повышения прочности сварки контактодержателя и слоистого электрического контакта с технологическим слоем из меди или ее сплавов.

Получение этого технического эффекта достигается тем, что в слоистом электрическом контакте с серебросодержащим рабочим слоем и технологическим слоем из меди или сплава меди, открытая поверхность технологического слоя выполнена с рельефом в виде выступов в форме полусфер. Причем величина диаметра полусфер выступов рельефа находится в пределах (0,5-1,0) мм, а количество выступов рельефа не менее трех.

Ограничение размера выступов обусловлено, с одной стороны (минимальный диаметр), необходимостью предотвратить возникновение электрического разряда между плоской частью технологического слоя и контактодержателем, а с другой стороны (максимальный диаметр), необходимостью обеспечить полное расплавление материала в выступе для надежного соединения технологического слоя и контактодержателя.

Применение полусферических выступов позволяет достигнуть большой плотности тока по местам касания и расплавления материала выступов, вплоть до предельных значений тока в сварочном импульсе, при которых возможно разрушение серебросодержащего рабочего слоя.

Количество выступов - не менее трех - обусловлено обеспечением устойчивости контакта при его установке на контактодержатель до начала сварки.

Способ поясняется чертежами

Фигура 1 - слоистый электрический контакт с продольными рельефными выступами на открытой поверхности технологического слоя (прототип).

Фигура 2 - слоистый электрический контакт с полусферическими рельефными выступами на открытой поверхности технологического слоя.

На фиг.1 слоистый электрический контакт состоит из рабочего слоя 1 и технологического слоя 2, имеющего продольные, на всю длину контакта, скругленные выступы 3.

На фиг.2 слоистый электрический контакт состоит из рабочего слоя 1 и технологического слоя 2, имеющего полусферические выступы 3 в количестве 3 (фиг.2а) и 5 (фиг.2б) штук.

На этих фигурах: h - высота выступающего элемента рельефа; b - ширина продольного выступа; D - диаметр полусферического выступа.

Понятно, что даже наличие двух продольных выступов (минимальное количество для обеспечения устойчивости контакта) на фиг.1 приводит к большей площади касания между технологическим слоем контакта и контактодержателем, чем в случае полусферических выступов на фиг.2. Следовательно, применение полусферических выступов позволяет достигнуть большей плотности тока по местам касания и полного расплавления материала выступов, что обеспечит надежное приваривание контакта к контактодержателю.

Слоистый электрический контакт изготавливают следующим образом.

Методом соосаждения получают мелкодисперсную смесь серебро-оксид металла или методом механического смешивания смесь порошков серебра и никеля. Подготавливают порошки меди и смеси меди с другими элементами (например, никелем).

Из изготовленных порошков и порошковых смесей прессуют слоистую заготовку с рабочим слоем из композиции серебро-оксид металла и технологическим слоем из меди или ее композиции с другими элементами. Удельное давление прессования (2-5) т/см². Затем слоистую заготовку спекают и прокатывают в полосу толщиной от 0,5 до 2 мм, являющейся обычной толщиной контактов. Затем из полосы вырубают цилиндрические заготовки контактов диаметром (3-6) мм или прямоугольные заготовки размером от 3х3 до 12х12 мм. После этого заготовки контактов подвергают калибровке в закрытых матрицах. Пуансон, давящий на заготовку контакта со стороны технологического слоя, имеет углубления, соответствующие обратному рельефу, который необходимо нанести на контакт.

Размеры полусферических выступов, формируемых этим способом на технологическом слое контакта, контролируют в инструментальном микроскопе и металлографически на поперечном сечении шлифов.

В качестве конкретных примеров изготовления слоистого электрического контакта с рельефом в виде полусфер на технологическом слое представлены контакты прямоугольной формы с размерами в плане 3,5×3,5 мм и толщиной 1,2 мм.

Пример 1

Рабочий слой: серебро - 12,5 мас.% оксида кадмия.

Технологический слой - медь - 10 мас.% никеля.

5 полусферических выступов диаметром 0,8±0,1 мм (высота выступа 0,4 мм).

Пример 2

Рабочий слой - серебро - 8,0 мас.% оксида олова.

Технологический слой - медь - 10 мас.% никеля.

3 полусферических выступа диаметром 1,0±0,1 мм (высота выступа 0,5 мм).

Для оценки прочности сварного соединения на базе НПО “Благовест” (г. Истра) были произведены испытания десяти вариантов выполнения контактов, в том числе два варианта слоистого электрического контакта (с двумя и тремя рельефными продольными выступами на открытой поверхности технологического слоя), взятого за прототип. В качестве примеров контактов по заявляемому изобретению испытывались контакты с серебросодержащим рабочим слоем (серебро - оксид кадмия, серебро - оксид олова и серебро-никель) и технологическим слоем из меди или сплава меди с никелем. У технологического слоя открытая поверхность была выполнена с рельефом в виде трех или пяти полусферических выступов, имеющих различный диаметр (от 0,35 до 1,2 мм).

Оценку прочности соединения производили по показателю усилия среза на установке для испытаний на разрыв 1231 У10 по границе сварного соединения контакта с пластиной контактодержателя из латуни Л63 толщиной 0,5 мм. Приварку контактов к контактодержателям осуществляли на установке точечной сварки типа МТ-7.01 при силе тока в сварочном импульсе 4,5 кА и длительности сварочного импульса 50 мсек.

Результаты испытаний показали, что усилие среза по границе сварного соединения контакта с пластиной контактодержателя для прототипа с тремя продольными полосами составляет 110 Н, а с двумя - 150 Н.

Усилие среза по границе сварного соединения контакта с пластиной контактодержателя для заявляемого изобретения, но при диаметре полусферических выступов менее 0,5 мм и более 1,0 мм составляет соответственно 80 и 170 Н.

Усилие среза по границе сварного соединения контакта с пластиной контактодержателя для заявляемого изобретения при диаметре полусферических выступов от 0,5 мм до 1,0 мм и количестве этих выступов: 3 или более находится в пределах 290-460 Н.

Таким образом, испытания подтвердили, что прочность сварного соединения у заявленного контакта существенно выше, чем у прототипа. Кроме того, показали, что заявленный диапазон диаметра полусферических выступов (0,5 мм-1,0 мм) играет существенную роль для прочности сварного соединения. Количество выступов (3 или 5) оказывает влияние только на удобство процесса приваривания.

Литература

1. Патент РФ №2033653 C1, 20.04.1995.

2. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. Справочник, т. 1, с. 31-34.

3. Патент РФ №2069023 C1, 10.11.1996.

Слоистый электрический контакт относится к технике создания электрических контактов для низковольтной коммутационной аппаратуры. В слоистом электрическом контакте с серебросодержащим рабочим слоем и технологическим слоем из меди или сплава меди, открытая поверхность технологического слоя выполнена с рельефом в виде выступов в форме полусфер. Причем величина диаметра полусфер выступов рельефа находится в пределах (0,5-1,0) мм, а количество выступов рельефа не менее трех. Применение полусферических выступов позволяет достигнуть большой плотности тока по местам касания и полного расплавления материала выступов, что обеспечит надежное приваривание контакта к контактодержателю. 2 ил.

Слоистый электрический контакт с серебросодержащим рабочим слоем и технологическим слоем из меди или сплава меди с недрагоценным металлом, открытая поверхность которого выполнена с рельефом в виде выступов, отличающийся тем, что выступы рельефа имеют форму полусфер, величина диаметра которых находится в пределах 0,5÷1,0 мм, а количество выступов рельефа - не менее трех.