Способ изготовления электрического контакта Советский патент 1984 года по МПК H01H11/06 

О 00

ел ю Изобретение относится к электротехнике, а именно технологии изготовления электрических контактов и контактных узлов аппаратов, и может быть использовано в производстве электрических контактов, контакт ный элемент которых выполнен из серебра и окиси металла. В сильноточных низковольтных аппаратах современных конструкций находят массовое применение электрические контакты, при изготовлении которых используются композиционные материалы из серебра и окислов таки металлов как кадмий, медь, олово, индий и т.п. Добавки окислов металлов до 10-20 вес. % улучшают эксплу тационные характеристики электрокон тактного материала на основе серебр но при этом возникают трудности в п лучении качественного соединения ко тактного элемента с контактодержате лем путем пайки и сварки. Известны способы изготовления электрических контактов такого типа которые предусматривают получение контактного элемента, состоящего из основного рабочего слоя и специального металлического слоя под пай ку или сварку ft. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб изготовления электрического кон такта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слоя, обеспечивающего его соедине ние с контактодержателем. Согласно этому способу слой, обес печивающий соединение с контактодер жателем, выполнен из чистого серебра толщиной 0,05-0,4 мм . К недостаткам этого способа относится повышенный расход остродефицит ного металла (серебра) при получении специального слоя под пайку или свар ку, без которого не обеспечивается удовлетворительное качество соединения контактного элемента с контактодержателем. Цель изобретения - повышение надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла . Поставленная цель достигается тем что согласно способу изготовления электрического контакта, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающемуся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и елся, обеспечивающего его соединение с контактодержателем, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в поверхiHOCTHOM слое до образования легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного металла. При этом электрохимическое восстановление окиси металла проводят в растворе гидрата окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение 10-60 с. Операция электрохимического восстановления обеспечивает формирование поверхностного слоя, отличающегося по составу и свойствам от основной рабочей части контактного элемента и от чистого серебра. Принципиальное отличие состоит в том, что в результате электрохимического восстановления в поверхностном слое появляется новый компонент в виде восстановленного металла, который при взаимодействии с серебром образует систему эвтектического типа. Образование низкоплавких эвтектик с серебром характерно для таких металлов как медь, кадмий,цинк,индий,олово,свинец,т.е. тех элементов,окислы которых используются в качестве компонентов известных серебросодержащих электроконтактных материалов. В итоге в поверхностном слое контактного элемента возникает зона с пониженной температурой плавления, которая может быть уподоблена серебросодержащему припою. Это облегчает проведение пайки и сварки, способствует получению надежного соединения с контактодержателем с одновременным снижением расхода драгоценного металла по сравнению с известным cnocd6oM. Применение в качестве электролита раствора гидрата окиси щелочного металла, например натрия, обеспечивает наиболее эффективное восстановление всех перечисленных выше окислов Металлов. Пример 1. Электрохимическому восстановлению подвергают нерабочую сторону поверхности контактного элемента марки СОК15М (15% окиси кадмия, остальное - серебро; структура мелкая, изготовленного бёа специального слоя серебра путем прессования и спекания заготовки из порошковой смеси. Контактный элемент цилиндрической формы при электрохимической (катодной) обработке частично погружаются нерабочей поверхностью в электролит и фиксируются в заданном положении при помощи металлического захвата, выполняющего одновременно функцию токоподводящей детали. Электролитом служит раствор 50 г/л гидрата окиси натрия. Обработку осуществляют при катодной плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 с. После промывки и сушки проводят пайку к контактодержателю из латуни марки ЛбЗ припоем ПСР45 при плотности

тока 150-160 А/см до появления по периметру контакта жидкой галтели. Качество и прочность соединения оценивают металлографическим исследованием поперечного шлифа и путем определения сопротивления срезу на границе контактный элемент - контактодержатель. Параллельно испытывают контакты после пайки без соответствующей электрохимической обра.ботки.

Получены следующие результаты. При пайке контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, качественного соедения с контактодержателем не получено. В области шва имеются поры, пустоты и расслоения. Сопротивление срезу не превышает 2,5 кгс/мм. Такие контакты при эксплуатации не выдерживают значительных удельных нагрузок.

По описываемому способу достигается быстрое и полное взаимодействие расплавленного припоя с поверхностным слоем контактного элемента, где вместо несмачиваемой окиси кадмия содержится восстановленный металлический кадмий, участвующий в образовании соединения. В области шва отсутствуют пустоты, незаполненные при поем поры и другие дефекты. Сопротивление срезу 11,7 кгс/мм.

Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности операции электрохимического восстановления при указанных параметрах режима обработки,

П р и м е р 2. Контактный элемент марки СОК15м, изготовленный без подслоя из серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности в растворе 50 г/л гидрата окиси натрия при плотности тока 2,5 А/лм. в течение 60 с. Затем контактный элемент нерабочей плоской поверхностью непосредственно прижимают к латунному контактодержателю без прослойки припоя. Нагрев осуществляют так же, как и при твердой пайке электрическим током 150 А/ /см в течение 5-7 с до появления жидкой фазы. Полученное соединение подвергают визуальному осмотру, металлографическому изучению и испытанию на прочность.

Исследования показывают, что в пограничной зоне при нагревании быстрое образование жидкометаллической фазы, которая выполняет роль припоя, обеспечивает качественное соединение с контактодержателем по всей площади соприкосновения. Заметные дефекты шва отсутствуют. Сопротивление срезу составляет 10 кгс/мм. Изучение микроструктуры указывает на образование в пограничной зоне эвтек

тического сплава из серебра, кадмия, меди и цинка.

Для контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, при тех же условиях не удается прлучить соединения с контактодержателем .

Следовательно, образование легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного кадмия по данному способу имеет существенное значение для получения паяного соединения, так как появление жидкометаллической среды при быстром нагревании обеспечивает адгезионное взаимодействие с поверхностью контактодержателя и ее смачивание, активирует диффузионные процессы в пограничной зоне, приводит к быстрому растворению других компонентов эвтектического сплава-меди и цинка.

Примерз. Контактный элемент марки СОМЮм (10% окиси меди, остальное - серебро), изготовленные без подслоя серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности при плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 с в растворе 100 г/л гидрата окиси натрия. Затем осуществляют диффузионную сварку с контактодержателем из латуни ЛбЗ в течение нескольких секунд до появления По периметру жидкой фазы. Качество сварного соединения оценивают просмотром поперечного шлифа (х500) .

Просмотр шлифа показал равномерный сварной шов по всему сечению без пустот, расслоений и других заметных дефектов. В том случае, когда контактный элемент не подвергается электрохимическому восстановлению, в сварном шве на долю пор и пустот приходится 20% и более от объема сварной зоны.

Образование качественного соединения с контактодержателем по данному способу обусловлено формированием в процессе восстановления слоя контактного элемента, содержащего вместо частиц окиси меди соответствующие включения металлической меди, снижающей температуру плавления поверхностного слоя. Это обстоятельство облегчает проведение диффузионной сварки, в процессе которой, важную роль играет формирование легкоплавкой прослойки.

В приведенных примерах электрохимическое восстановление осуществляют при оптимальных условиях, которые могут быть рекомендованы и для других систем (серебро - окись индия и т.п.). Граничные значения параметров - плотности тока, времени, концентрации электролита соотносятся с возможностями восстановления окислов металлов в поверхностном слое и получения нсщежного соединения с контактодержателем. По экспериментальным данным электрохимическое восстановление окислов упомянутых элементов по тол шине зерна происходит за первые 1030 с в диапазоне катодной плотности тока 1-10 А/дм. Увеличение продолжительности до 30-60 с обеспечивает восстановление окислов в порах, пос ле чего процесс быстро тормозится. Уменьшение времени ниже указанного предела 10 с не обеспечивает полноту восстановления окислов и ведет к появлению дефектов и снижению прочности соединения с контактодержателем. Так, уменьшение продолжительности процесса до 5 с при плотности тока 5 А/дм в растворе гидрата окиси натрия 50 г/л приводит к снижению прочности паяного соедин ния контакта СОК15м до 5 кгс/мм (против 11,7 кгс/мм при оптимальны условиях). Снижение катодной плотности тока ниже 1 А/дм нецелесообразно из-за торможения процесса восстановления окислов металлов, так как уменьшает ся катодный потенциал и увеличивает ся доля тока на побочный процесс вы деления водорода. Например, при пло ности тока 0,5 А/дм за 60 с не усп вает восстановиться значительная часть окисла в поверхностном слое контактного элемента СОК15м, при этом прочность пайки составляет 3-4 кгс/Kw. Увеличение плотности тока до 1 А/дм при тех же условиях приводит к повышению прочности соединения до 9,5 8 кгс/мм. Повышение плотности тока, начиная С 1 А/дм, позволяет уменьшить необходимое время восстановления, однако при 10 А/дм достигается предельная скорость восстановления окислов металлоБ, по-видимому, из-за диффузионных ограничений в твердой фазе. Поэтому дальнейшее увеличение плотности тока не позволяет снизить продолжительность процесса ниже указанного предела 10 с. Электрохимическое восстановление окислов меди, кадмия и других упомянутых металлов наиболее успешно и полно осуществляется в растворах гидрата окиси щелочного металла, предпочтительно натрия, из-за его большей доступности. Оптимальной концентрацией раствора является 50100 г/л. Q увеличением концентрации растворасвыше 100 г/л скорость восстановления изменяется мало, тогда как повышается токсичность электролита. При концентрациях ниже 10 г/л процесс восстановления окислов металлов, например кадмия и меди, резко затрудняется, в связи с чем не удается получить качественного соединения соответствующего контактного элемента с контактодержателем. Предлагаемый способ может найти применение в массовом производстве контактов данного вида. Таким образом, использование данного способа по сравнению с известными обеспечивает следуюпще преимущества: возможность получения качественного неразъемного соединения с контактодержателем контактного элемента, вьшолненного из серебра и окисла металла, вез изготовления специального слоя серебра под пайку или сварку; снижение расхода остродефицитного драгоценного металласеребра, что позволяет повысить эффективность производства контактов и контактных узлов низковольтной сильноточной аппаратуры и надежность их при эксплуатации.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактный элемент которого выполнен из серебра и окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя и слоя, обеспечирающего его соединение с контактодержателем, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в прверхностном слое до образования легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного металла. 2. Способ по п. 1, отли чающийся тем, что электрохимическое восстановление окиси металла проводят в раствсфе гидрата окиси щелочного металла с концентра-j цией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение с.