КОНТАКТ-ДЕТАЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно для изготовления электрических контактов для коммутации слабых токов. Может быть использовано в электромеханических реле, для которых необходимы высокая надежность и ресурс.
Отличительной особенностью условий, в которых работают низковольтные аппараты, является большая частота срабатывания контактов при значительных ударных нагрузках, большая мощность электрического коммутируемого тока, высокая химическая и механическая загрязненность рабочей среды. К современным материалам, из которых изготавливают контакт-детали, предъявляются весьма высокие требования. Контактные материалы должны иметь значительную твердость и прочность, и малую деформируемость при высоких температурах, незначительную склонность к свариванию и прилипанию, высокое сопротивление окислению и электрической эрозии и одновременно хорошую теплопроводность и электропроводность.
Известны контакт детали, выполненные из графита с добавлением серебра в соотношении 35-40% масс. серебра, остальное графит. (Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник/Под ред. И.М.Федорченко. -Киев: Наукова думка, 1985, стр.442).
Недостатком таких контактов являются значительная вероятность приваривания к ответным контактам в связи с достаточно высокой концентрацией в составе металлической составляющей (серебра), а также высокая стоимость контактных деталей.
Эти недостатки устраняются контактными вставками, известными из патента на контактную вставку троллейбуса, выполненную в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе графита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, выполненная двуслойной, при этом верхний слой с рабочей поверхностью, соответствующей профилю контактного провода, выполнен из композиционного материала на основе графита и составляет 65-70% от объема вставки, а нижний слой выполнен из композиционного материала на основе графита с металлической добавкой в виде порошка с размером частиц не более 150 мкм и составляет 30-35% от объема вставки (заявка РФ №97109406, опубл. 1999 г.).
Графит, входящий в состав материала, предохраняет детали, находящиеся в скользящем контакте, от налипания металла и сваривания под действием сил сцепления, в особенности при повышенной температуре и проскакивании искр. Однако контактные вставки, выполненные из такого материала, имеют повышенную окисляемость и недостаточную электропроводность за счет высокого содержания графита.
Для устранения указанных недостатков (повышение стойкости контакта к окислению и повышение электропроводности) предлагается контакт-деталью, выполненная из слоистого композита на основе графита, при этом основа выполнена в виде пространственного тела, на поверхность основы нанесен слой пиролитического углерода толщиной 100-150 мкм, дополнительно на неконтактирующие поверхности нанесен металлический слой толщиной 50-100 мкм, а в качестве наносимого металла используют, например, медь, никель, серебро.
Наличие металлической составляющей в зоне контакта повышает электропроводность контактных деталей, графитовая основа уменьшает вероятность схватывания (сваривания) с ответной контакт-деталью, что приводит с одной стороны к уменьшению интенсивности изнашивания
обоих контактирующих поверхностей деталей, с другой - к снижению вероятности формирования ложных сигналов при включении реле. Кроме этого, заявляемая контактная деталь обеспечивает достижение дополнительного результата, заключающегося в снижении себестоимости изготовления контакт-детали за счет существенного сокращения содержания дорогостоящего серебра.
Конструкция заявляемой контакт-детали поясняется иллюстративным материалом, где номерами обозначены следующие позиции: 1 - графитовая основа, 2 - контактирующая поверхность с пиролитически осажденным углеродом; 3 - не контактирующие поверхности с нанесенным металлическим покрытием.
Контакт-детали изготавливают следующим образом.
Пример 1. Основу контакт-детали требуемой пространственной формы (таблетка, цилиндр, призма и т.д.) вытачивают из конструкционного графита марки МПГ7 с учетом припусков на последующее нанесение токопроводящих слоев. Затем заготовку помещают в реактор и производят осаждение пиролитического углерода, например из метана, на поверхность детали при температуре 900-1200°С в течение 50-100 часов. После осаждения углерода на не контактирующие поверхности дополнительно наносят, например, гальваническим осаждением, металлическое покрытие толщиной 50-70 мкм. В качестве металла используют, например, медь, никель или серебро. При этом контактирующую поверхность детали экранируют.
Пример 2. Графитовую основу получают формованием смеси синтетического графита с размером частиц 10-80 мкм с добавками каменноугольного пека и связующего (например, пульвербакелит). Затем полученную основу подвергают обжигу при температуре 850-950°С в течение 4,5 часов.
Покрытие пиролитическим углеродом и нанесение металлического слоя осуществляет аналогично примеру 1. Полученные такими способами контакт-детали монтируют на контактные пружины, устанавливают в реле типа НМШ1 и испытывают. Результаты испытания заявляемых контакт-деталей представлены в таблице в сравнении с контакт-деталью прототипом, содержащей 40% масс.серебра, остальное - углерод.
Результаты сравнительных испытаний
Параметр
Прототип
Заявляемая контакт-деталь, выполненная разными способом
Примечание
Пример 1
Пример 2
Количество металлической компоненты в материале конструкции, масс.%
35-40
5-7
5-7
Электрическое сопротивление, мОм
0,9
1,1
1,5
:Износ после 500 тыс. коммутаций постоянного тока в паре с серебряным контактом, мкм
155
90
100
Параметры коммутируемого тока: 24 В, 2 А, плюсовой провод на испытуемом контакте
Количество отказов (свариваний) на 1000 коммутаций в паре с серебряным контактом
6
нет
нет
Испытание методом закорачивания конденсатора емкостью 10000 мкф, заряженного напряжением 24 В