Контактное покрытие магнитоуправляемых контактов Советский патент 1992 года по МПК H01H1/02 H01H11/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно касается конструкции и технологии изготовления контактного покрытия

на основе родия для магнитоуправляемых герметизированных контактов (герконов). и может быть использовано в массовом производстве газонаполненных герконов малой и средней мощности.

Целью изобретения является увеличение надежности и срока службы контактов путем повышения устойчивости контактного покрытия к мостиковой и короткодуговой эрозии.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предварительно очищенные контакт- детали загружают в специальную подвеску и способом электрохимического осаждения последовательно наносят слой золота, легированного таллием, толщиной 0,2-1 мкм (легирование осуществляется за счет введения в электролит золочения фосфорно-кислого таллия) и слой родия толщиной 1-5 мкм. Покрытые контакт-детали отжигают при 500°С вначале в водороде в течение 1-1,5 ч, а затем в кислороде в течение 10-15 мин. При отжиге в водороде в покрытии протекают следующие процессы: родиевый слой очищается от примесей хлора, таллий из золотого подслоя диффундирует в родиевый слой и образует на его поверхности пленку толщиной 5-10 нм. При отжиге в кислороде происходит окисление поверхности родия и таллиевой пленки с образованием поверхностной пленки, состоящей из РпзОз и ТЬОз.

По признаку доминирующего эрозионного фактора, воздействующего на контактирующие поверхности, типичные режимы коммутации газонаполненных герконов можно условно разделить на четыре характерных диапазона.

Диапазон I. Сухие (UK О, IK 0) и микромощные цепи (UK 11пл), где Упл 0,4-1 В - напряжение плавления контактного материала, IK loo, (loo 1-10 мА минимальный ток образования расплавленных мостиков). Возможны процессы механической эрозии и коррозии покрытия.

Диапазон II. Режимы малой мощности. Они характеризуются тем, что и коммутируемый ток IK, и коммутируемое напряжение UK меньше пределов дугообразования lo, Uo, при этом электроразрядные явления отсутствуют, а разрушение покрытия связано преимущественно с мостиковым, тонким переносом.

Диапазон III. При UK U0, IK lo или UK Uo, IK lo эрозия определяется совместным действием мостиков и разрядов типа низковольтной короткой дуги, характеризующейся в герконах аномально низким напряжением горения 0,5-3 В и преимущественным испарением материала анода.

Диапазон IV. При UK U0, IK lo (U0 13-20 В, I0 0,3-1,1 А) возникает плазменная

дуга размыкания, вызывающая интенсивную эрозию и анода, и катода.

Предметом изобретения является покрытие, способное работать во всех указанных диапазонах нагрузок и прежде всего в наиболее тяжелом по степени направленности массопереноса) диапазоне III мостико- вокороткодуговой эрозии. Сложность решения проблемы обусловлена отсутстви0 ем научно-обоснованных требований к покрытию, поскольку до сих пор не вполне понятен механизм зажигания и функционирования низковольтных коротких дуг (НКД). Особенностью эрозионного процесса при

5 мостиковокороткодуговом переносе на чистых металлах является быстрая (в течение Нескольких тысяч циклов коммутации) локализация зоны электротермического поражения контактной поверхности и развитие

0 пиковой эрозии. Поэтому модификация свойств контактного покрытия должна быть направлена не столько на ограничение объема массопереноса при каждом срабатывании, но, прежде всего, на создание условий

5 на поверхности покрытия, препятствующих локализации эрозии, стимулирующих переход ее к пленарному типу.

Экспериментальные и теоретические исследования, показывают, что наиболеее

0 эффективным путем является формирование на родиевом слое тонкой пленки окиси таллия. Наличие на поверхности покрытия легкоионизуемой окиси таллия заставляет НКД в каждом последующем цикле размы5 кания контактов зажигаться на другом участке поверхности, благодаря этому на разных участках зоны контактирования постоянно происходит образование микровыступов, по которым идет размыкание

0 контакта через мостиковую стадию. Появление такого механизма делокализации точек привязки короткодуговых разрядов приводит к тому, что перенос осуществляется равномерно с большой площади, и на покрытии

5 не образуется сквозных разрушений в течение 106-107 циклов коммутации. Этому способствуеттакжечастичноесамовосстановление пленки окиси таллия за счет диффузии таллия из подслоя и объе0 ма родиевого слоя к поверхности покрытия, стимулированной тепловыделением в контактной зоне при коммутации геркона. Промежуточный слой из легированного таллием зрлота в конструкции покрытия вы5 полняет таким образом не только функцию адгезионного подслоя под родий, но и функцию источника атомов таллия, подпитывающих поверхность покрытия в процессе работы геркона, причем этот источник может функционировать достаточно длительное время, так как защищен от эрозии рабочим слоем.

Пример. Экспериментальные исследования предлагаемого технического решения проводят на серийно выпускаемом газонаполненном герконе малой мощности типа МК-10-3. Этот геркон является типичным прибором, режимы эксплуатации которого находятся в диапазонах микромощных, мостиковых и мостиковоко- роткодуговых режимов.

Изготавливают две партии герконов, отличающихся только конструкцией контактного покрытия. В партии I в соответствии с применяемой технологией наносили родиевое покрытие толщиной 1-2 мкм с промежуточным слоем, состоящим из последовательно осажденных слоев Аи (0,1 мкм) - NI (1 мкм) - Аи (0,1 мкм). Применяют лимонно-кислый электролит золочения, сульфатно-хлоридный электролит никелирования и сернокислый электролит родиро- вания. В партии II покрытие изготавливают в соответствии с изобретением: наносят подслой золота, легированного таллием (фосфатный электролит с содержанием фос- форно-кислого таллия 0,2 - 1 г/л и золота 8 - 12 г/л толщиной 0,5 - 1 мкм), затем слой

0

5

0

5

родия толщиной 1-2 мкм. Покрытые контакт- детали обеих партий перед заваркой в баллоны отжигают при 500°С последовательно в атмосфере водорода (1 ч) и кислорода (15 мин) для диффузионного легирования таллием родиевого слоя и создания на его поверхности пленки окислов РпаОз и ПаОз.

Таким образом введение в родиевое покрытие таллия вызывает переход от объемной пиковой эрозии к мелкоструктурной пленарной форме эрозии, что позволяет значительно увеличить ресурс работы покрытия и за счет этого долговечность герконов в наиболее тяжелых для них режимах коммутации практически без увеличения затрат на производстве.

Формула изобретения Контактное покрытие магнитоуправляе- мых контактов, содержащее рабочий слой, выполненный из родия, промежуточный слой и пассивирующую пленку, отличающее- с я тем, что, с целью увеличения надежности и срока службы контактов путем повышения устойчивости контактного покрытия к мости- ковой и короткодуговой эрозии, промежуточный слой выполнен из золота, легированного таллием, а пассивирующая пленка состоит из окислов родия и таллия.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции и технологии изготовления контактного покрытия на основе родия для герконов. Целью изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы контактов путем повышения устойчивости контактного покрытия к мостиковой эрозии. В контактном покрытии герконов, содержащем рабочий слой, выполненный из родия, промежуточный слой и последующую пленку, промежу- точный слой выполнен . из золота, легированного таллием, а пассивирующая пленка состоит из окислов родия и таллия. у Ё iOO |Ј} со GJ