Спеченный материал для электрических контактов на основе меди Советский патент 1993 года по МПК C22C9/00 H01H1/02 

Изобретение относится к областям порошковой металлургии и электротехники, в стности, к материалам для электрических кс нтактов на осноье меди, используемых в кс ммутационных аппаратах типа: реле, автоматические выключатели, автоматы защиTt

ит.д.

Известны спеченные контактные материалы на основе меди типа КМК-Б10, содер- жэщие 97 вес.% меди, 3 вес.% графита 1 и КМК-Б11, содержащие 95 вес.% меди и 5 вос.% графита 2.

Недостаток этих материалов - низкая э; ектроэрозионная стойкость, нестабильность контактного сопротивления при работе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является спеченный материал на основе меди для Э1 ектрических контактов, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

медь48-72;

серебро0,5-5;

вольфрам или молибден остальное.

Недостатком известного контактного материала является невысокая электроэрозионная стойкость, нестабильность контактного сопротивления при работе, расход дефицитного металла серебра. ,,

Целью изобретения является повышение электроэрозионной стойкости при снижении контактного сопротивления и сохранении его стабильности, экономия дефицитного металла серебра.

Поставленная цель достигается за счет введения в спеченный материал для электрических контактов на оснрве меди, содержащий молибден, никель,графит и | и триоксид молибдена при следующем соотношении ингредиенте, мас.%:

молибден 10-15;

триоксид молибдена 2-3:

графит1- 3:

никель0,8-1;

медьостальное.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод , что заявляв(Л

С

VI

Ю

К

. ел

CJ

мый состав спеченного материала отличается от известного (прототипа) введением новых ингредиентов - триоксида молибдена, графита и никеля, снижением содержания молибдена до 15% и исключением на него серебра.

Таким образом, заявляемое техническое решение Шэтведствует критерию изобретения новизна.

Анализ известного спеченного материала показал, что серебро и молибден в указанном соотношении не обеспечивают материалу низкого нестабильного контактного сопротивления, высокой элёктроэроЗИОИНОЙ СТОЙКОСТИ,

Частицы молибдена подвергаются атмосферной коррозии, образование окислов начинается при температуре 600°С, Окислы образуют рыхлый осадок, вследствие чего нарушают контактную проводимость. Образование оксидных СиО, CU20, их термическое разложение под действием электрической дуги и механическое отслаивание обуславливает большой расход составляющей контактного материала - меди; : ;

Совместное введение в медь триоксида .молибдена, графита, никеля и снижение процентного содержания молибдена придает материалу необходимые новые свойства.

Молибден, имеющий высокую температуру плавления 2620°С и твердость (Не 153 кг/мм3) по сравнению с медью (температура плавления Ю83°С, Нв 35 кг/мм2) дисперсно упрочняет ее, так как он не вступает во взаимодействие с медью ни в жидком, ни в твердом состоянии.

Снижение процентного содержания молибдена до 10-15%, позволило снизить и стабилизировать контактное сопротивление, не снижая элёктроэрозионной стойкостиматериала.

Триоксид молибдена (МоОз) - время действия дуги на рабочую поверхность контактов, так как при 650°С МоОз сублимирует,и в газовой форме4увеличива- ясь в объеме еханичёски воздействует на дугу, выдувая ее, (отдувной эффект);

- энергию дуги, f&k как мблеку- лы тр иокЪида Молибдена при температуре 900-1000°С полиМерйзуются в (МоОз);

-сокращает время горения дуги за счет увеличения потенциала ионизации молекул МоОз. ....,....,;

Графит (С) - препятствует свариванию контактов, так как графит не плавится и сила сцепления его С металлом достаточно низкая;

- предотвращает окисление рабочих поверхностей контактов за счет восстановительного газа СО, С02. образовывающегося под воздействием электрической дуги;

- снижает время горения дуги за счет отдувного эффекта, которым обладает газ СО и СОа;

- повышает электроэрозионную стойкость контактного материала, за счет образования карбидов молибдена МоаС.

Никель - повышает прочность материа0 ла и создает беспористую микроструктуру на рабочей поверхности при воздействии энергии электрической дуги, за счет образования с медью твердых растворов и смачивания молибдена на границах раздела фаз

5 медь-молибден;

. - повышает коррозионную стойкость материала.

Анализ известных спеченных материа- , показал, что некоторые введённые

0 в заявляемое решение ингредиенты известны, например, молибден.

Однако его применение в спеченном материале в таком процентном содержании (23-51,5%) в сочетании с медью не обеспе5 чивает спеченному материалу такие свойства, которые он проявляет в заявляемом решении, а именно, снижение контактного сопротивления и сохранение его стабильности, повышение электроэррозионной стой0 кости контактов.

Таким образом, данный состав ингредиентов придает заявляемому материалу новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения крите5 рию изобретения существенные отличия. Для экспериментальной проверки заявляемого состава компонентов было подготовлено семь смесей ингредиентов (см, табл.).....

0 Материалы получали методами порошковой металлургии, включающими приготовление шихты из смеси меди, Молибдена, триоксида молибдена, никеля и графита. Величина зерен составных частей компонен5 тов составляла до 40 мкм.

Материал прессовали в брикеты с давлением ТОО МПа. с последующим их спеканием при ступенчатом повышении температуры до: 280-300°С, 450-500°С, 700-750°С с выдерж0 кой при каждой температуре 30 мин.

После этого, производилась повторная допрессовка с усилием 400 МПа с окончательным спеканием при температуре 960- 980°С в течение 1 часа. Атмосфера спекания

5 в обоих случаях - аргон..

Электроэрозионные испытания проводились при коммутации переменного тока силой ЮА, напряжением 36 В, при контактном нажатии 1,5 Н, и количестве коммутационных циклов 50000. Контактное сопротивление измерялось методом вольтметра-амперметра с помощью цифрового вольтметра Б7-35. Изменение массы контактов определялось путем взвешивания на аналитических весах В71А-200М.

Результаты испытаний заявляемого контактного материала и прототипа приведены в таблице. Приведенные в та блицеданныепод- т ерждаются актом экспериментальной проверки заявляемого спеченного материала для электрических контактов, прилагаемым к настоящей заявке.

I В таблице представлены значения из- Мерений контактного сопротивления и мас- материала контактов заявляемого материала и прототипа с различным соотношением в нем ингредиентов.

Из таблицы следует, что заявляемый с печенный контактный материал предлага- е иого состава (образцы 3-6) обладает более низким (4,0-4,1 мОм) и более стабильным кэнтактным сопротивлением в сравнении с прототипом.

Также электроэрозионная стойкость {образцы З-б) значительно превосходит электро- ээозионную стойкость материала прототипа.

Это связано с образованием восстановительных газов СО и С02, которые препятствуют окислению рабочих поверхностей контактов, что стабилизирует контактное сопротивление.

Дисперсное упрочнение меди молибде- н эм, легирование ее никелем и образование

карбидов молибдена Мо2С под действием электрической дуги значительно повышает электроэрозионную стойкость контактов.

Использование заявляемого материала позволит:

- сэкономить дефицитный благородный металл серебро;

- повысить срок службы контактов в 1,9-2,3 раза, что дает возможность экономить медь и снизить материальные затраты;

- повысить надежность работы контактов за счет снижения контактного сопротивления после 50000 коммутаций в 2-2.5 раза, что снижает затраты на их обслуживание,

Заявляемый материал применялся для разрывных контактов коммутационных аппаратов, которые прошли испытания в производственных условиях на животноводческих фермах и показали по надежности и сроку службы положительный результат.

Формула изобретения

Спеченный материал для электрических контактов на основе меди, содержащий молибден, отличающийся тем, что он дополнительно содержит триоксид молибдена, графит и никель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

молибден- 10-15;

триоксид молибдена - 2-3;

графит- 1-3;

никель-0,8-1;

медь- остальное.

Использование: в качестве контактов в коммутационных аппаратах ти па реле, автоматических выключателей автоматов защиты и т.д. Сущность изобретения: вводят в спеченный материал для электрических контактов на основе меди, молибден, никель, графит и триоксид молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: молибден 10-15, триоксид молибдена 2-3, графит 1-3, никельО,81--1, медь-остальное. ,1 табл.