МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ НА ОСНОВЕ СЕРЕБРА Российский патент 2021 года по МПК H01H1/02 H01H1/23 C22C5/06 

Изобретение относится к порошковой металлургии, преимущественно к материалам на основе серебра, служащим для изготовления электрических контактов, применяемых в однородных парах в низковольтной коммутационной аппаратуре.

Известен электроконтактный материал из композиции серебро-никель, содержащий до 50% никеля [ТУ 16-538.359-80]. Недостатком данного материала является низкая коммутационная износостойкость.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является материал для электрических контактов на основе серебра [RU 2067129], имеющий следующий состав (%):

Никель: 9,0-24,8;

Ниобий: 0,5-7,0;

Серебро: Остальное.

Данный материал изготавливают методом порошковой металлургии, путем смешивания компонентов с размером фракций 56 мкм в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 8 часов. Из полученной шихты путем прессования получают контакты, которые в дальнейшем подвергают спеканию в атмосфере водорода и отжигают [RU 2067129].

Недостатком данного материала является небольшой срок службы, по причине его разрушения после определенного количества циклов включения-отключения (В-О).

Задачей изобретения является создание материала для электрических контактов на основе серебра.

Технический результат заключается в увеличении срока службы электрических контактов за счет повышения коммутационной износостойкости и количества циклов В-О до «начала разрушения» материала, а также снижения падения напряжения на контактном переходе. Под началом разрушения понимается резкое возрастание значения падения напряжения (более 20% от максимального базового значения, полученного при первых 50 тысячах циклов).

Суть предлагаемого изобретения сводится к получению материала для электрических контактов на основе серебра, состоящего из мелкодисперсных фракций никеля (1-5 мкм) и серебра (5-10 мкм), которые смешиваются в две стадии:

1. Указанные компоненты смешиваются в количестве от массы смеси: никель - 10%, серебро - 80%, в смесителе «пьяная бочка» в течение 6 часов с последующим спеканием в водороде при температуре 800°С и грануляцией. Для обеспечения процесса грануляции в смесь добавляют поливиниловый спирт в количестве до 20% от массы смеси.

2. Полученный на первой стадии гранулят смешивается в течение 2-х часов с дополнительным количеством серебра - 10% от массы смеси.

Из полученной шихты путем прессования (давление 250-300 МПа) получают контакты, которые в дальнейшем подвергают отжигу в муфельной печи при температуре 650°С и калибровке с усилием 1000 МПа.

Коммутационный износ, контактное падение напряжения и количество циклов до разрушения определялись на испытательном стенде ИЭ-1. Основное назначение стенда - оценка коммутационного износа (г/цикл 10^-7) и измерение падения напряжения на работающей контактной паре (в присутствии «слоев наработки» при количестве испытаний более 100 тысяч циклов включения-отключения (В-О). Падение напряжения (мВ) фиксируется на контактном переходе, при замкнутых контактах, по которым протекает ток 32 А. Стенд имитирует работу контактора переменного тока со следующими характеристиками для данного испытания: напряжение переменного тока 380 В; сила тока 32 А; коэффициент мощности 0,8; межконтактное расстояние 10 мм; усилие прижима контактов обеспечивается электромагнитом с усилием 10 Н.

Измерение коммутационного износа производилось путем контроля изменения массы (Δm) контактных элементов с держателями на аналитических весах до и после испытаний (Δm вычисляется как средняя величина на пару контактов). Коммутационный износ определяют через 50 тысяч циклов В-О. Циклы до «начала разрушения» определяются по резкому возрастанию значения падения напряжения (более 20% от максимального базового значения, полученного при первых 50 тысячах циклов). Максимальные значения падения напряжения, полученные при первых 50 тысячах циклов, умножаются на коэффициент к=1,2 (120%) и заносятся в блок управления, где устанавливается автоматическое прекращение испытаний (остановка работы стенда) при достижении полученных значений. Количество циклов В-О определяется счетчиком.

Результаты определения коммутационного износа, контактного падения напряжения и количества циклов до «начала разрушения» в зависимости от размера фракции составных компонентов контактного материала приведены в таблице 1, в зависимости от соотношения составных компонентов контактного материала - в таблице 2.

Как следует из данных таблицы 1, контактный материал, изготовленный из мелкодисперсных фракций никеля и серебра с использованием двухстадийного способа их смешивания (п. 2), обладает достаточно высокой коммутационной износостойкостью (пониженный коммутационный износ) и имеет удовлетворительное значение падения контактного напряжения. Результаты испытаний на разрушение контактов показывают, что использование мелкодисперсных фракций металлокерамических порошков позволяет значительно увеличить срок эксплуатации электроконтактов (увеличенное количество циклов В-О до «начала разрушения»).

Как следует из таблицы 2 при увеличении содержания серебра до 90% от массы смеси порошков наблюдается увеличение количества циклов В-О до начала разрушения при удовлетворительных значениях коммутационного износа и падения контактного напряжения.

Таким образом, низкий коммутационный износ, удовлетворительное падение напряжения и наибольшее количество циклов В-О до «начала разрушения» имеет материал для электрических контактов, изготовленный из мелкодисперсных фракций никеля (1-5 мкм) и серебра (5-10 мкм) путем двухстадийного смешивания указанных компонентов в соотношении: никель 10%, серебро 90%.

Использование предлагаемого изобретения позволит значительно увеличить срок службы электрических контактов, применяемых в однородных парах в низковольтной коммутационной аппаратуре.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к материалу на основе серебра для изготовления электрических контактов, полученному при помощи методов порошковой металлургии и может быть использовано в однородных парах низковольтной коммутационной аппаратуры Увеличение срока службы электрических контактов за счет повышения коммутационной износостойкости и количества циклов включения-отключения до «начала разрушения» материала, а также снижения падения напряжения на контактном переходе является техническим результатом изобретения, который достигается тем, что материал для электрических контактов на основе серебра получен из мелкодисперсных фракций никеля (1-5 мкм) и серебра (5-10 мкм), которые смешивают в два этапа, причем на первом этапе никель - 10%, и серебро - 80% в присутствии поливинилового спирта перемешивают в течение 6 часов и затем спекают в водороде при температуре 800°С, после чего полученный гранулят смешивают с дополнительным количеством серебра - 10%. Контакты из полученного материала имеют коммутационный износ 4,5×10^-7 г/цикл, контактное падение напряжения (14-19) мВ и количество циклов В-О до «начала разрушения» - 700 тысяч циклов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Материал для электрических контактов на основе серебра, содержащий никель, отличающийся тем, что получен смешиванием мелкодисперсных фракций никеля размером 1-5 мкм и серебра размером 5-10 мкм в две стадии, при этом после первой стадии смешивания с последующим спеканием в материал дополнительно вносят 10% серебра от массы смеси, при следующем соотношении компонентов, %:

никель - 10,

серебро - 90.

2. Способ изготовления материала для электрических контактов на основе серебра, содержащего никель по п. 1, отличающийся тем, что смешивание никеля и серебра осуществляется в две стадии: на первой указанные компоненты смешиваются в количестве от массы смеси: никель - 10%, серебро - 80%, в смесителе «пьяная бочка» в течение 6 часов с последующими спеканием в водороде при температуре 800°С и грануляцией, при этом для обеспечения процесса грануляции в смесь добавляют поливиниловый спирт до 20% от массы смеси, на второй стадии полученный гранулят смешивают в течение 2-х часов с дополнительным количеством серебра - 10% от массы смеси.