МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ КОНТАКТ

Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, в частности к магнитоуправляемым герметизированным контактам (герконам) средней и малой мощности.
Известен и наиболее широко распространен серийно выпускаемый в России геркон средней и малой мощности - МКА-14103 [1-2].
Согласно чертежу СЯ 7.732.048 [2] магнитоуправляемый герметизированный контакт содержит стеклянный баллон, в торцах которого герметично заварены две идентичные по форме плющения ферромагнитные контакт-детали с контактным покрытием, состоящим из трех слоев: сплава медь-никель, толщиной 0,1-10 мкм, слоя золота, толщиной 0,05-2,0 мкм и слоя рутения, толщиной 0,1-1,5 мкм.
Данная конструкция покрытия защищена патентом России №2279149 [3].
Указанное покрытие является универсальным для данного типа геркона, работающего в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и удовлетворяющее высоким требованиям по электрическим параметрам.
Однако, это покрытие имеет серьезный недостаток - оно дорогостоящее, так как существенную долю в нем составляют драгметаллы (золото и рутений), цена на которые высока и растет с каждым годом. Кроме того, процесс гальванического нанесения трехслойного покрытия очень сложен и трудоемок.
Задачей предлагаемой полезной модели является: без ухудшения технических характеристик получить снижение себестоимости геркона за счет изменения конструкции контактного покрытия, исключив полностью или частично драгметаллы (рутений и золото),
и снизить трудоемкость процесса, используя вместо трехслойного покрытия - двухслойное.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является получение и поддержание низкого уровня переходного электросопротивления и высоких значений срока службы герконов средней и малой мощности (до 10 Вт).
Технический результат достигается тем, что в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого герметично заварены две идентичные по форме плющения ферромагнитные контакт-детали с покрытием, включающим медно-никелевый сплав, контакт-детали на конце плющения имеют двухслойное покрытие из медно-никелевого сплава, толщиной 0,01-10 мкм, и золото-никелевого сплава, толщиной 0,01-1,0 мкм.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого геркона, содержащего стеклянный баллон 1, в торцах которого герметично заварены контакт-детали 2 с контактным покрытием.
На фиг.2 показано контактное покрытие, состоящее из двух слоев электрически осажденных сплавов: медь-никель 3 и золото-никель 4.
Медно-никелевое покрытие непосредственно наносится на контакт-детали 2 из пермаллоя, обеспечивая хорошее сцепление с пермаллоем и последующим слоем золото-никелевого покрытия.
Медно-никелевый сплав во всем диапазоне составов обладает хорошей химической, коррозионной и термической стойкостью [3]. Он является надежным антидиффузионным барьером, препятствующим проникновению к поверхности рабочей части контактных пружин при термовоздействиях элементов пермаллоя (железа и никеля), повышающих переходное электросопротивление геркона.
2
В связи с высокой механической прочностью (микротвердость медно-никелевого сплава составляет 134-400 кГс/мм) покрытие медь-никель обладает определенной эрозионной стойкостью, однако не может быть использовано в качестве самостоятельного покрытия в герконах из-за высокого по значению и нестабильного переходного электросопротивления.
2
Золото-никелевое покрытие, как известно из литературы [4], по своим электрическим характеристикам (удельное и переходное электросопротивление) близко к чисто золотым покрытиям. По механическим свойствам (микротвердости и износостойкости) это покрытие в 2-3 раза превосходит золотое покрытие (микротвердость сплава (до 20% никеля) составляет 180-250 кГс/мм). Этот сплав при составе более 5% никеля, в отличие от
чистого золота, не склонен к так называемому «залипанию», то есть неразмыканию геркона при подаче соответствующего сигнала.
Хотя электролитический сплав золото-никель из пирофосфатно-цианистого электролита может быть получен во всем диапазоне составов, предпочтительным в качестве контактного покрытия является состав 5-20% (вес.) никеля.
По своим физико-механическим характеристикам сплав золото-никель может быть использован в качестве самостоятельного контактного покрытия, но для этого толщина его должна составлять не менее 1,5-2,0 мкм. В этом случае не устраивает внешний вид покрытия (имеется темный порошковый налет), к тому же имеет место значительный расход золота.
К преимуществам золото-никелевого покрытия следует отнести то, что нанесенное даже в очень тонких слоях (в виде смазки) на подслой из неблагородных металлов или сплавов с высоким переходным электросопротивлением, это покрытие в целом заметно снижает и стабилизирует переходное сопротивление геркона. Нижний предел толщины золото-никелевого поверхностного слоя - 0,01 мкм (определяется достижением сплошности покрытия), верхний предел может составлять 1,0 мкм (достигается максимальная толщина при хорошем внешнем виде покрытия). Оптимальной следует считать толщину 0,03-0,07 мкм.
Таким образом, каждое из предлагаемых покрытий в отдельности не дает желаемый эффект, только сочетание двух слоев покрытий: медь-никель и золото-никель при относительно малых толщинах каждого слоя позволяет достигнуть необходимого технического результата при получении требуемых технических параметров геркона.
Герконы с предлагаемым контактным покрытием опробованы в опытной партии изделий типа МКА-14107. Контактное покрытие было следующим:
М-Н-0,1-10 мкм
Зл-Н-0,01-1,0 мкм
Сплав золото-никель состава 5-20% вес. (Ni).
Для сравнения изготовлены герконы МКА-14103 (по прототипу) с покрытием:
М-Н - 0,6 мкм
Зл - 0,4 мкм
Ру - 0,45 мкм
Герконы предлагаемой конструкции были испытаны в режимах: 5 В; 0,01 А; 100 Гц - общий режим для обоих герконов и в режимах, близких по мощности
МКА-14103
- 24 В; 0,4 А; 100 Гц
МКА-14107
- 20 В; 0,5 А; 100 Гц
Данные представлены в таблице. Результаты испытаний показали, что предлагаемая полезная модель по техническим параметрам - сроку службы в требуемых режимах и значениям переходного электросопротивления (Rпер.) не уступает, а даже превосходит требования к герконам мощностью до 10 Вт.
Таблица.Результаты испытаний
№ п/п
Покрытие
Вид покрытия, толщина
Rпер. Ом
Режимы испытаний
5 В; 0,01 А; 100 Гц
20 В; 0,5 А; 100 Гц
24 В; 0,4 А; 100 Гц
По прототипу
М-Н - 0,6 мкм
10<sup>6</sup> срабатываний
5×10<sup>5</sup> срабатываний
1
Зл - 0,4 мкм
0,07-0,09
Ру - 0,45 мкм
Предлагаемое
М-Н - 0,1-10 мкм
10<sup>7</sup> срабатываний
4×10<sup>6</sup> срабатываний
2
0,07-0,09
Зл-Н - 0,01-1,0 мкм
Предлагаемая полезная модель позволяет за счет изменения конструкции контактного покрытия получить новую модификацию геркона с индивидуальными характеристиками, пригодного для использования в товарах бытовой техники, а также в производстве игрушек.
Источники информации:
1. Справочник по герконам, ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов», г.Рязань, 2002 г.
2. Технические условия СЯ 0.360.024, утверждены 6.05.2000 г.
3. Патент России №2279149, Н01Н 1/02 (2006.01), опубл.: 27.06.2006 г. Бюл. №18.
4. Н.П.Федотьев, П.М.Вячеславов, О.Т.Локштанова Е.Т., Круглова «Технология электроосаждения и физико-химические свойства сплава золото-никель», ЖПХ, т.15 №10, 1967, с.2253.