МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ КОНТАКТ
MAGNETICALLY CONTROLLED SEALED CONTACT

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции магнитоуправляемых герметизированных контактов, и может быть использовано при промышленном производстве этих приборов.
Известна конструкция магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона) [1], в котором две ферромагнитные контакт-детали помещены в герметизируемый стеклянный корпус. В качестве атмосферы при заварке для увеличения надежности и срока службы геркона в наполняющий его газ добавлен водород, обладающий востановительными свойствами. Такая атмосфера препятствует образованию окислов на поверхности контакт-деталей. Однако использование в производстве герконов водорода при заварке представляет повышенную пожаровзрывоопасность.
Известна конструкция магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона) [2], в котором две ферромагнитные контакт-детали помещены в герметизируемый стеклянный корпус. На поверхности контакт-деталей может быть нанесено контактное покрытие из следующих металлов: молибдена, вольфрама, никеля, кобальта, родия, рутения и др. или их сплавов. Покрытия создают для повышения эрозионной, коррозионной устойчивости и электропроводности геркона.
Однако в процессе работы геркона кислород, содержащийся в качестве примеси в материалах контакта или в остаточных газах, может создавать окисные пленки с плохой проводимостью на поверхности контакта. Происходит увеличение электрического сопротивления контакта. Характеристики геркона ухудшаются и начинают определяться свойствами вновь полученного материала.
Известен магнитоуправляемый герметизированный контакт [3], состоящий из корпуса и контакт-деталей, в котором на контактирующей поверхности железоникелевого сплава (пермаллоя) контакт-деталей формируют азотосодержащее покрытие из нитридов никеля и железа. Такое покрытие обладает достаточной твердостью, износоустойчивостью и сохраняет стабильно низкое переходное сопротивление в течение значительного количества циклов коммутации геркона.
Однако при наличии кислорода на поверхности или в объеме контактирующей поверхности процесс нитридообразования замедляется или блокируется [4] и становится невозможным создать нитридное азотосодержащее покрытие.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стабильности работы магнитоуправляемого герметизированного контакта в течение длительного времени.
Технический результат достигается за счет того, что предлагается магнитоуправляемый герметизированный контакт, в котором ферромагнитные контакт-детали помещены в стеклянный корпус, отличающийся тем, что в приповерхностной области контактирующей поверхности контакт-деталей расположен контактный металлический материал, обогащенный ионами - протонами водорода на глубину не более 10 мкм.
Наличие на контактирующей поверхности контакт-деталей специально созданных обогащенных ионами водорода (протонами) слоев контактного материала позволяет решать ряд важных для работы геркона задач:
- удаление окислов с поверхности контакт-деталей;
- формирование внутри геркона водородосодержащей атмосферы (в процессе тренировки и в процессе работы геркона) за счет выделения части водорода из контакт-деталей при нагревании контактной поверхности геркона;
- повышение микротвердости приповерхностного слоя контактного покрытия при определенных условиях в 2 раза [5],
- изменение структуры приповерхностного слоя контактного материала при определенном режиме обработки и формирование микронановыступов, а также повышение коэффициента возврата за счет увеличения эффективного зазора в магнитной цепи;
- минимизация электросопротивления контактирующего слоя [6].
Для создания слоя ионов водорода (протонов) в приповерхностном слое контактного покрытия можно использовать различные методы:
- электролиз в водных растворах различных химических веществ (преимущественно в чистой воде) [7];
-обработка протонами из протонной пушки;
- обработка поверхности в разряде водорода;
- нанесение водородосодержащих слоев при напылении контактных покрытий в атмосфере водорода;
- механическое нанесение гидридов металлов;
- и другие методы, которые имеют свои достоинства и недостатки.
Перечисленные методы создания обогащенного ионами водорода (протонами) приповерхностного слоя достаточно технологичны и всегда из них можно выбрать наиболее технологичный, обеспечивающий наилучшие свойства контактной поверхности геркона.
Глубину обогащенного ионами - протонами водорода  контактного материала (не более 10 мкм) выбирают исходя из геометрических размеров межконтактного зазора, размера контакт-деталей, толщины контактного покрытия, требований к составу газовой смеси в атмосфере геркона, а также на основе испытаний.
Предлагаемая конструкция магнитоуправляемого герметизированного контакта представлена на фиг.1, где 1 - стеклянный корпус, 2, 3 -ферромагнитные контакт-детали, 4 - приповерхностный слой контактного материала, обогащенный ионами - протонами водорода.
На фиг.2 представлен обогащенный ионами - протонами водорода приповерхностный слой контактного материала, где
5 - атомы матрицы, 6 - ионы - протоны водорода.
Работа устройства
При наложении магнитного поля контакты замыкаются и геркон проводит электрический ток. В процессе работы или тренировки контактные поверхности нагреваются и часть водорода уходит в атмосферу геркона.
При выходе кислорода из объема контактной детали на поверхность или при адсорбции кислорода из атмосферы геркона он соединяется с водородом и уходит на поверхность колбы геркона, где адсорбируется. Поверхность остается свободной от окислов и ее сопротивление не ухудшается в процессе работы. Соединение кислорода может быть как с водородом из атмосферы, так и с водородом, вышедшим из объема на поверхность контакт-детали.
Кроме того, наличие ионов - протонов водорода в приповерхностном слое контактного покрытия дает как дополнительную твердость (в 2 раза), так и дополнительную хрупкость [5]. Отсутствие пластичности контактов позволяет снизить эффект залипания контакт-деталей, а также улучшить приработку контактных поверхностей и создать микронаноструктуру на поверхности.
В некоторых случаях, за счет обогащенного ионами водорода (протонами) контактного материала (наводороженного слоя), может снизится сопротивление геркона [6].
Для проверки изложенного были проведены работы по введению водорода в контактное покрытие герконов (рутений). Водород вводят электролитически. Предварительно были выбраны режимы введения водорода и проведен контроль за результатами введения водорода по измерению электросопротивления проволоки, используемой для изготовления контакт-деталей. Были выбраны напряжения, состав электролита и по изменению сопротивления в процессе введения водорода выбрано время проведения операции. Также было проверено, что водород удаляется из проволоки при ее нагревании (и сопротивление возвращается к первоначальному значению).
В качестве сравнения использовались герконы без дополнительной электролитической обработки.
Испытания проводились при малых токах (до 50 мВ 10 мА), наработка до 2х отказов.
Результаты совместных коммутационных испытаний экспериментальных образцов замыкающих герконов с длиной баллона 14 мм и серийных герконов приведены в таблице.
Наименование герконов
Количество срабатываний
Процент годных
Количество срабатываний
Процент годных
Серийные
10000000
100
100000000
70
Обработанные (наводороженные)
10000000
100
100000000
100
Исходя из результатов сравнительных испытаний герконов с наводороженными контакт-деталями и серийных приборов (табл.1) видно, что у герконов с наводороженными контакт-деталями наблюдается улучшение эксплуатационных характеристик и повышение стабильности работы.
При масс-спектрометрическом анализе атмосферы герконов с наводороженными контакт-деталями был обнаружен водород в атмосфере до 16% (от 300 мм рт.ст.). Водород выделился в процессе работы геркона.
Источники информации
1. Рабкин Л.И. Магнитоуправляемые герметизированные контакты (Конструкция, свойства, применение) [Текст] / Л.И. Рабкин, И.Н. Евгенова. - М.: Связь, 1976. - 104 с.
2. Карабанов. С.М. Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе [Текст] / С.М. Карабанов, P.M. Майзельс, В.Н. Шоффа - Долгопрудный: Интеллект, 2011. - 408 с.
3. Патент РФ №2393570, МПК H01H 1/66 (2006.01), H01H 11/04 (2006.1) Способ изготовления герконов с азотированными контакт-деталями / Карабанов С.М., Майзельс P.M., Арушанов К.А., Зельцер И.А., Провоторов B.C., опубл. 27.06.10. Бюл. №18.
4. Каплун В.Г. Особенности формирования диффузионного слоя при ионном азотировании в безводородных средах [Текст] / В.Г. Каплун /ФIП ФИП PSE. - 2003. - Т 1, №2. - С.141-145. Режим доступа:
http://www.pse.scpt.org.ua/en/jomal/3-4_03/4.pdf
5. Колесников В.А. Повышение водородной стойкости холоднодеформиро-высокоазотистых сталей - как резерв ресурсосбережения материалов. [Текст].
Колесников В.А., Балицкий А.И. // Ресурсозберiгаючi технологи виробництва та обробки тиском матерiалiв у машинобудуванш: 36. наук. праць. - Луганськ: Видавництво СНУ. - 2011. - С.81-87. Режим доступа:
http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Res_tech/2011 kolebali.pdf
6. Жавжаров Е.Л. Низкотемпературная кристаллизация пленок никеля под воздействием атомарного водорода. [Текст] / Е.Л. Жавжаров, Г.А. Бялик, В.М. Матющин // Письма в ЖТФ. - 2007. Т. 33, вып.13. - С.64-71
7. Белоглазов С.М. Наводороживание металла при электрохимических процессах. [Текст] / С.М. Белоглазов. Л.: ЛГУ, 1975. - 411 с.