Способ нанесения контактного покрытия на контакт-деталь вакуумного высоковольтного магнитоуправляемого контакта Советский патент 1988 года по МПК H01H11/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления эрозионно стойкого вольфрамового контактного покрытия для герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов), предназначенных для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей, и может быть использовано в серийном производстве герконов.

Цель изобретения - увеличение износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхности путем ее обезгаживания и сни- жения пористости.

Способ осуществляют следующим об разом.

Предварительно очищенные (обезжиренные) контакт-детали высоковольтно го контакта размещают в специальной кассете, конструкция которой обеспечивает селективное экранирование поверхности деталей. Кассету устанавливают в напылительное устройство, снабженное плазмотроном с порошковым питателем. Б плазмотрон подают плаз- мообразующий газ (например, аргон) и поджигают дуговой разряд. Через питатель в плазменный факел подается мелкодисперсный порощок вольфрама; частицы поролгка расплавляются, увлекаются плазменной струей и оседают на контактирующей поверхности контакт-деталей. После нанесения покры- тия толщиной 25-30 мкм кассету с деталями извлекают из напылительного устройства. После очистки деталей (например, с помощью ультразвуковой отмывки и отжига в водороде) их вновь устанавливают на изолированный держатель вакуумного устройства, снабженного электродуговым испарителем с вольфрамовым катодом. При достижении вакуума 10 - 10 Па в ис- парителе инициируют дуговой разряд в парах материала катода, при этом на кассету с контакт-деталями подают отрицательньй потенциал, ускоряющий вытягиваемые из плазмы разряда ионы вольфрама до энергии, превьщ1ающей пороговую энергию распыления вольфрама (эффективное распыление идет при потенциалах К В, где К - от 1 до 2), Ионную обработку покрытия проводят в течение-времени от долей до нескольких минут в зависимости от тока разряда, величины ускоряющего потенциала, конструктивных особе

ностей испарителя и кассеты. Затем, не прерывая процесса, снижают ускоряющий потенциал до величины, при которой конденсация превалирует над распылением, и осаждают относительно тонкий поверхностный слой покрытия. Оптимальная толщина этого слоя составляет 5-6 мкм, при которой достигается полное залечивание пор и формирование достаточно гладкой поверхности. После этого выключают питание испарителя, разгерметизируют устройство и извлекают кассету. Обработанные таким образом контакт-детали поступают на заварку герконов,

В предлагаемом способе сочетаются возможности технологии плазменного порошкового напыления металлических покрытий и технологии обработки поверхности металлическими ионами из плазмы вакуумного дугового разряда. Как известно, вольфрам является хрупким материалом с высокой температурой хладноломкости. Плотные текстурированные вольфрамовые покрытия по своим свойствам подобны монолитному материалу и поэтому также склонны к хрупкому разрушению. В случае применения таких вакуумно-напы- ленных покрытий в высоковольтных контактах в контактном промежутке могут образовываться выкрошившиеся, слабо связанные с поверхностью частицы, которые снижают электрическую прочность промежутка, способствуют локализации высоковольтных разрядов в процессе коммутации, вызывая усиление электрической эрозии покрытия. Плазменное порошковое напыление является наиболее производительным процессом напыления тугоплавких покрытий и, что существенно важно, при плазменном напылении покрытие формируется из от- дельных расплавленных или находящихся в жидкопластическом состоянии не взаимодействующих между собой частиц, имеющих высокую скорость, и, как правило, представляет собой слоистую чешуйчатую структуру. Покрытие с такой структурой отличается большей устойчивостью к механическому разрушению под действием ударньк нагрузок, возникающих в процессе коммутации геркона.

Указанные недостатки плазмонапы- ленного порошкового- покрытия (высокая степень шероховатости поверхности, наличие сквозных пор и газовых

примесей, адсорбированных в порах) устраняются в предлагаемом способе, при обработке сформированного покрытия ионами вольфрама из плазмы вакуумного дугового разряда. Вакуумный дуговой разряд, горящий в парах материала одного из электродов (обычно катода), генерирует интенсивные потоки металлической плазмы, степень ионизации которой в случае вольфрама д достигает 80%. При этом энергия ионов, экстрагируемых из плазмы разряда, может регулироваться в широких пределах путем приложения отрицатель ного потенциала к обрабатываемому изделию. При бомбардировке покрытия ускоренными ионами происходит не толко распыление микронеровностей на поверхности, но и интенсивный нагрев (преимущественно приповерхностных слоев), стимулирующий удаление из покрытия адсорбированных газов. При последующем осаждении низкоэнергетич ных ионов из плазмы вакуумного дугового разряда идет зарастание пор и формирование плотного текстурирован- ного поверхностного слоя. Полученный в результате достаточно гладкий и плотный слой вольфрама с высокой адгезией к основному плазмонапылен- ному покрытию обеспечивает существенное повыщение устойчивости покрытия к электрической эрозии, а также электрической прочности межконтактного промежутка. При этом поверхностный слой оказывается устойчивым и к хрупкому разрушению за счет того, что пластическая деформация нижнего ппаз монапыленного слоя снижает уровень механических напряжений, возникающих в нем под действием ударных нагрузок ,в процессе коммутации.

Пример. Исследования проводились на серийно выпускаемом вакуумном контакте типа ЖА-5214, предназначенном для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей с напряжением до 5000 В. Нанесение основного покрытия (толщиной ,25 мкм) на контакт-детали проводилось по технологии предприятия-изготовителя с помощью автомата плазменного покрытия А-440.43, в котором порошок вольфрама марки БЧГ-Н распылялся в струе азотно-аргоновой плазмы; скорость осаждения покрытия 10 мкм/мин. Затем детали с покрытием проходили ультразвуковую отмьшку во

0

0

5

5 0

фреоне и отжиг в водороде при температуре . Ионная обработка и осаждение верхнего слоя покрытия осуществлялись с помощью стационарного торцового плазменного ускорителя на установке УРМ. 3.279.048. Испаряемый катод ускорителя изготовлен из экструдированного вольфрама. Процесс проводился в вакузгме 5 х 10 мм рт.ст. Ток разряда составлял 130 А. Ионная бомбардировка проводилась при подаче на кассету с 600 обрабатываемыми деталями потенциала -1300 В в течение 2 мин, при этом плотность ионного тока на кассете составляла 30 мА/см . Затем, не прерывая горение дугового разряда, потенциал на кассете снижался до -40 В и проводилось напыление поверхностного слоя покрытия толщиной 5 мкм со скоростью 0,25 мкм/мин. ПЬсле остывания в вакууме обработанные таким образом детали поступали на заварку герконов. Откачанные геркону после Отбраковки по электрическим параметрам проходили кратковременную тренировку под высоким напряжением, а затем ставились на ресурсные испытания в режиме коммутации U ( 3 - 1СРв;; IK 2 f к 50 Гц, нагрузка активная. Было испытано 15 герконов до наработки 6-10 срабатьшаннй, при этом зарегистрирован один отказ при

5 наработке 3,18- 1 О срабатываний. Минимальная наработка герконов с покрытием, изготовленным по существующей технологии предприятия-изготовителя, составляла 10 срабатываний.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить минимальную наработку высоковольтных контактов. При этом некоторое увеличение затрат на производство вследствие вве5 введения в техпроцесс дополнительной операции вакуумно-дуговой обработки контактного покрытия окупается увеличением срока службы контактов.

0

Формула изобретения

Способ нанесения контактного покрытия на контакт-деталь вакуумного высоковольтного магнитоуправляемого контакта, включающий плазменное порошковое напыление вольфрамового слоя, ультразвуковую отмьшку, водородный отжиг и полировку поверхности указанного плазмонапыленного воль513942586

фрамового слоя, отличающий-проводят бомбардировкой ускоренными

с я тем, что, с целью увеличенияионами вольфрама из плазмы вакуумного

износостойкости контактного покрытиядугового разряда, затем снижают ускоза счет повышения качества поверхно- ,ряющий потенциал до величины, при

сти путем ее обезгаживания и снижениякоторой конденсация превалирует над

пористости, полировку поверхностираспылением и осаждают на него второй

пневмонапьшенного вольфрамового слояплазмоконденсатный слой вольфрама.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации высоковольтных слаботочных электрических цепей. Целью изобретения является увеличение износостойкости контактного покрытия за счет повышения качества поверхности путем ее обезгаживания и снижения пористости. Способ включает в себя плазменное порошковое напыление вольфрамового контактного покрытия на контакт-детали контакта и полировку поверхности покрытия. Полировку проводят бомбардировкой поверхности покрытия ускоренными ионами вольфрама с последующим осаждением поверхностного слоя вольфрама из плазмы вакуумного дугового разряда. о S (Л со со 4 го ел 00