СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРКОНА С АЗОТИРОВАННЫМИ КОНТАКТ-ДЕТАЛЯМИ
METHOD OF MANUFACTURING REED SWITCH WITH NITRIDED CONTACT PARTS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронной промышленности при изготовлении герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов).
Технический результат - снижение себестоимости геркона за счет замены контактного гальванопокрытия из дорогостоящих драгоценных металлов на контактирующую поверхность из азотированного пермаллоя.
Предлагаемая ионно-плазменная обработка контактирующих поверхностей пермаллоевых контакт-деталей позволяет сформировать износостойкие наноструктуры из нитридов железа и никеля, что позволяет отказаться от экологически опасных гальванических операций.
Известные способы азотирования стальных изделий в импульсном тлеющем разряде и ионно-плазменной обработки контакт-деталей геркона с родиевым гальванопокрытием изложены в источниках [1, 2, 3].
Наиболее близким способом является технологический процесс, используемый при изготовлении серийного геркона МКА-14103 с длиной стеклянного баллона 14 мм согласно СЯ 4.830.031-01 МК, изложенный в [4].
Технологический процесс изготовления геркона МКА-14103 включает следующие операции.
Пермаллоевую проволоку подвергают очистке от консервирующей смазки в результате обезжиривания в ванне с горячим трихлорэтиленом и последующей ультразвуковой (УЗВ) очистке, после чего она поступает на автомат штамповки контакт-деталей геркона.
После обезжиривания в ванне с перхлорэтиленом, сортировки и укладки в технологическую тару контакт-детали подвергают УЗВ промывке в ванне с деионизованной водой и после осушки отжигают в печи с поддувом азота с формированием заданных магнитных параметров.
Технологический процесс нанесения на контакт-детали гальванического покрытия включает 17 переходов между различными операциями, в том числе экологически опасные обезжиривание, докапирование в кислотном растворе, предзолочение, золочение, рутенирование. После УЗВ промывки и осушки в центрифуге контакт-детали поступают на заварку в стеклянный баллон, заполненный азотом. Заваренные герконы после отжига стеклянного баллона и магнитострикционной тренировки поступают на химическое полирование выводов с последующим лужением и контролем электрических параметров.
Однако существующий способ изготовления серийно выпускаемых герконов имеет следующие недостатки:
- высокая трудоемкость, сложность и нестабильность процесса гальванического нанесения контактного покрытия;
- высокая стоимость используемых драгоценных металлов;
- большой расход и невозвратные потери драгоценных металлов;
- большая длительность осаждения покрытия;
- сложность осаждения сплава заданного химического и фазового состава и заданной структуры;
- сложность получения тонких беспористых пленок с низким внутренним напряжением и с высокой адгезией к материалу контакт-детали;
- сложность и дороговизна оборудования;
- большие энергетические затраты;
- наличие экологически опасных технологических операций;
- недостаточно хорошие санитарно-гигиенические условия труда.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа изготовления геркона за счет замены гальванических операций на новый технологический процесс, позволяющий исключить использование дорогостоящих драгоценных металлов, а также снижение трудоемкости и себестоимости изготовления геркона.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ изготовления геркона с азотированными контакт-деталями, включающий очистку пермаллоевой проволоки, штамповку контакт-деталей, обезжиривание и промывку, магнитный отжиг, заварку и отжиг геркона, покрытие выводов и контроль электрических параметров, отличающийся тем, что после магнитного отжига производят заварку геркона с поддувом азота и после покрытия выводов геркон подвергают ионно-плазменной обработке в режиме многократного воздействия высоковольтных искровых разрядов с напряжением 1000-2500 В в течение 0,05-0,2 мс с периодом воздействия 0,7-1 мс со сменой через каждые 7-10 мс полярности импульсов на выходе высоковольтного генератора, приводящей после такой обработки в течение 30 с к образованию на контактирующих поверхностях контакт-деталей участков объемного азотирования с глубиной до 80 нм.
Согласно [3] снижение длительности импульсов до нескольких десятков микросекунд позволяет в 2-3 раза повысить порог зажигания аномального тлеющего разряда (1200 В в импульсном режиме вместо 400 В на постоянном токе). В результате этого увеличивается энергия, набираемая на длине свободного пробега положительными ионами азота при бомбардировке катода, что приводит к росту глубины объемного азотирования поверхности контакт-детали, являющейся в данный момент катодом.
Заявляемые диапазоны длительности и периода повторения импульсов высокого напряжения недостаточны для перехода искрового разряда в дуговой и не вызывают нарушений на контактирующих поверхностях после ионно-плазменной обработки в импульсном режиме. Кроме того, взаимодействие обрабатываемой поверхности с низкоэнергетичными ионами азота из столба плазмы вызывает дополнительно к объемному и поверхностное азотирование контактирующих поверхностей.
Совокупность отличительных признаков, заключающихся в проведении ионно-плазменной обработки "чистых" (без гальванопокрытия) контактирующих поверхностей контакт-деталей геркона, приводит к достижению нового технического результата.
Способ осуществляется следующим образом.
Контакт-детали от серийно выпускаемого геркона, например МКА-14103, после магнитного отжига завариваются в стеклянном баллоне в атмосфере азота. После отжига герконов и нанесения покрытия на выводы, герконы высыпаются в бункер автоматического устройства, из которого формируют электрическую цепь из 11 последовательно включенных герконов. Концы этой цепи на 30 с подключают к генератору высоковольтных импульсов с амплитудой от 20000 до 25000 В, что обеспечивает напряжение при искровом разряде в герконе в пределах от 1000 до 2500 В. За время такой обработки контактирующая поверхность каждой контакт-детали подвергается воздействию 1500 искровых разрядов длительностью (0,05-0,2)мс. После ионно-плазменной обработки герконы автоматически выгружают и передают по существующему маршруту на следующую технологическую операцию.
Сравнительные результаты применения заявляемого способа изготовления геркона с азотированными контакт-деталями для геркона МКА-14103 приведены в табл.1, 2.
В табл.1 приведено распределение для 1000 герконов МКА-14103 с гальванопокрытием рутений по золоту с магнитодвижущей силой срабатывания (МДС) (10-15) А по величине сопротивления в замкнутом герконе.
Таблица 1
Всего 1000 шт.
Сопротивление, Ом
0,08-0,09
0,091-0,1
0,11-0,12
0,121-0,13
0,131-0,14
0,141-0,15
в том числе
81
92
387
320
91
29
В табл.2 приведено распределение для 1000 герконов с азотированными контакт-деталями геркона МКА-14103 с МДС (10-15) А по величине сопротивления в замкнутом герконе.
Таблица 2
Всего 1000 шт.
Сопротивление, Ом
0,08-0,09
0,091-0,1
0,11-0,15
0,151-0,2
0,21-0,25
в том числе
95
181
390
271
63
Заявляемый способ позволяет обеспечить стабилизацию исходного значения сопротивления геркона с азотированными контакт-деталями на уровне серийно выпускаемых герконов с гальванопокрытием из драгоценных металлов.
7
6
6
Герконы с азотированными контакт-деталями проходили испытания на безотказность в режимах коммутации с частотой 50 Гц электрических цепей постоянного тока с активной нагрузкой. В режиме 50 мВ-5 мкА наработка до первого отказа составила 5·10 циклов коммутаций, в режиме 20 В-0,5А - 5·10 циклов, а в режиме 6 В-10 мА - 10 циклов коммутаций.
Из каждого режима коммутации на нескольких герконах проводилась оценка глубины азотирования контактирующей поверхности контакт-детали. С помощью электронного Оже-спектрометра снимались Оже-спектрограммы поверхности контакт-детали до и после фиксированного распыления ионами аргона.
Интенсивность пиков азота на Оже-спектрограмме на глубине 80 нм уменьшалась примерно на порядок по сравнению с интенсивностью пиков азота на Оже-спектрограмме, полученной на поверхности не подвергавшейся травлению ионами аргона.
Предлагаемая совокупность отличительных признаков позволит добиться нового положительного эффекта.
Ионно-плазменная обработка контакт-деталей, проведенная согласно предлагаемому способу, обеспечивает объемное азотирование с глубиной до 80 нм включительно, что позволяет исключить из технологического процесса изготовления геркона 17 операций, необходимых при нанесении на контакт-детали гальванического многослойного покрытия из драгоценных металлов. Кроме того, сохраняя уровень качества герконов, экономия за счет стоимости драгметаллов и 40% снижения трудоемкости изготовления геркона позволила существенно снизить себестоимость геркона.
Источники информации
1. АС СССР №385335, Н01Н 11/04, опубликован 29.05.1973 г. Бюл.25.
2. АС SU №1690011, Н01Н 11/04, опубликован 07.11.1991 г. Бюл.41.
3. Патент Украины №19782, С23С 8/06, опубликован 15.12.2006 г. Бюл.12.
4. P.M.Майзельс. Герконы. Перспективы применения. Новые разработки «ОАО РЗМКП» «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе». Сборник трудов первой международной научно-практической конференции. Рязань, Россия, 11-14 октября 2005 г., стр.3-14.