КОНТАКТ-ДЕТАЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

1. Область техники, к которой относится полезная модель
Заявляемая полезная модель относится к конструкции электрических контакт - деталей, содержащих серебро и изготовленных методом порошковой металлургии. Контакт-детали предназначены для работы в низковольтных аппаратах, в основном в автоматических выключателях на номинальные токи 100 А и выше.
2. Уровень техники
Контактные материалы, используемые при работе с большими токами, должны содержать помимо серебра тугоплавкие включения, например, вольфрам или карбид вольфрама, что обеспечивает высокую износостойкость. Однако из-за высокого содержания тугоплавких включений контакт - детали (или просто - контакты) из этих материалов трудно припаять или приварить к контактодержателям, которые обычно изготавливают из неблагородных металлов.
Известны контакты из композиций серебро-вольфрам (или серебро-карбид вольфрама), изготовленные жидкофазным спеканием смеси, спрессованной из порошков серебра и вольфрама (или серебра и карбида вольфрама) и с последующей пропиткой предварительно спеченного каркаса расплавленным серебром [Спеченные материалы для электротехники. Справочник. Москва. Металлургия. 1981, стр.194-201].
Недостатком является то, что при жидкофазном спекании или пропитке серебро втягивается внутрь каркаса, а на поверхности образуется слой из почти чистого
вольфрама (или карбида вольфрама). Такие контакты трудно припаять к контактодержателям.
Чтобы избежать этого недостатка, у контакта можно сделать технологический подслой для пайки, например, из никеля и серебра, который был бы прочно соединен с рабочим слоем из композиции: серебро - тугоплавкое включение. По этому принципу изготавливают, например, контакт-деталь КМК А41п (ТУ 3498-009-11720239-95, Всероссийские технические условия), взятую авторами за прототип. Контакт-деталь КМК А41п имеет два слоя: рабочий -из композиции серебро-графит и технологический -из композиции серебро -никель 40/60. Эта контакт-деталь выполнена методом порошковой металлургии, твердофазным спеканием двух слоев и имеет общую толщину 1-5 мм. Причем граница раздела между рабочим и технологическим слоями -плоская. Толщина технологического слоя составляет 0,25 ± 0,15 мм.
Недостатком является то, что рабочий слой этого контакта не может долго без разрушения работать на больших токах. А если композицию этого рабочего слоя заменить на композицию: серебро-вольфрам, то технологический слой при спекании вообще отслоится.
3. Сущность полезной модели
Сущность полезной модели заключается в том, что контакт-деталь, состоящая из двух слоев: рабочего и технологического, имеет в составе композиции рабочего слоя серебро, никель и вольфрам, а в составе композиции технологического слоя - серебро и никель, причем толщина технологического слоя находится в пределах 0,1-0,3 мм. Кроме того, рабочий и технологический слои соединены друг с другом рельефными поверхностями с глубиной впадин (и, соответственно, высотой выступов) 0,05-0,1 мм таким образом, что выступы одной соответствуют впадинам другой.
Добавки никеля и вольфрама в серебросодержащем рабочем слое позволяют использовать контакт на больших токах, а серебро -никелевый состав технологического слоя обеспечивает хорошее сцепление с рабочим слоем и обеспечивает высокое качество пайки или сварки при соединении с неблагородными металлами.
Контакт-деталь имеет толщину 1-5 мм, при этом толщина технологического слоя составляет 0,1-0,3 мм. Эта величина толщины технологического слоя обеспечивает высокое качество сварного или паяного соединения с неблагородными металлами без структурных нарушений рабочего слоя при оптимальном расходовании серебра на технологический слой.
Кроме того, конструкция межслойного соединения с проникающими друг в друга выступами дополнительно увеличивает силу сцепления слоев.
4. Перечень фигур графических изображений
К описанию заявки приложен один рисунок, на котором изображена конструкция заявляемой контакт - детали, имеющая два слоя, которые соединены друг с другом рифлеными поверхностями.
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Контакт-деталь для низковольтных аппаратов на основе композиции: серебро-вольфрам, имеющая два слоя, соединенных друг с другом рифлеными поверхностями, может быть изготовлена следующим образом.
Сначала готовят материал для рабочего и технологического слоев. Для этого смешивают порошки серебра, вольфрама и никеля в следующих пропорциях:
для рабочего слоя: серебро - 25÷50 мас.%; никель - 1÷3 мас.%; вольфрам - остальное;
для технологического слоя: никель - 50÷80 мас.%; серебро - остальное. Эти смеси порошков полуспекают, а затем гранулируют, протирая через сито. Изготовление контактов осуществляют, например, на пресс-автоматах МПРМ-100.
2
2
Подготовленный материал для рабочего слоя засыпают в пресс-форму, определяющую форму и размеры будущего контакта. Этот гранулированный материал с помощью пуансона с рельефной поверхностью нижнего основания (например, в виде прямых бороздок с полукруглым основанием дна, глубиной 0,05-0,1 мм и шириной 0,1-0,2 мм) подпрессовывают на глубину, соответствующую толщине технологического слоя (с учетом последующего прессования). Получается углубление с рельефной поверхностью дна, соответствующей рисунку поверхности дна пуансона. В это углубление досыпают гранулированный материал технологического слоя. После этого производят совместное прессование уже двух материалов при давлении 2÷3тс/смСпрессованный двухслойный контакт спекается при 1200-1300°С в атмосфере водорода. Причем слои хорошо припекаются друг к другу без расслоений и трещин, так как при высокой температуре оба состоят из жидкого серебра и твердых включений вольфрама и никеля (рабочий слой) или просто никеля (технологический слой). Благодаря хорошей смачиваемости никеля серебром втягивание серебра в рабочий слой из технологического слоя не происходит. А при охлаждении детали не происходит расслоения благодаря рельефному соединению слоев. После спекания контакты калибруют при давлении 10-12 тс/см, образуя нужные формы внешних рабочей и технологической поверхностей.
Пример конкретного исполнения.
1) Готовят гранулированный материал рабочего слоя.
Смешивают порошки вольфрама (60 мас.%), никеля (2 мас.%) и серебра (38 мас.%), подвергают спеканию при температуре 600°С, затем протирают через сито.
2) Готовят гранулированный материал технологического слоя.
Смешивают порошки никеля (60 мас.%) и серебра (40 мас.%), подвергают спеканию при температуре 650°С, затем протирают через сито.
3) Подготавливают к работе пресс-автомат роторного типа МПРМ -100 и матрицу с цилиндрическими пресс-формами с регулируемой высотой стенок от 3 до 15 мм и сферическим углублением основания. Насыпают туда до верха материал рабочего слоя.
4) Производят подпрессовку материала рабочего слоя на глубину 0,5÷2,0 мм с помощью пуансона, имеющего рельефную поверхность основания в виде бороздок глубиной 0,1 мм и шириной 0,2 мм.
5) Насыпают гранулированный материал технологического слоя в образовавшееся углубление в пресс-форме.
2
6) Производят совместное прессование двух слоев под давлением 2,5 тс/см.
7) Производят спекание спрессованной заготовки при 1250°С в атмосфере водорода.
2
8) Производят калибрование контакт-детали под заданные габариты и форму при давлении 11 тс/см.
Для получения технического результата были проведены испытания прочности сварного и паяного соединений 5-ти типов образцов контактов (толщиной 1, 2, 3, 4, 5 мм), имеющих различную толщину технологического слоя и изготовленных по методу порошковой металлургии из композиции серебро -никель -вольфрам, с пластиной из меди M1. Сравнивали замеренные значения усилий среза по линии соединения медной
пластины и контактов, имеющих серебро - никелевый технологический слой или не имеющих вообще технологического слоя. Также проводился визуальный контроль на предмет деформации конструкции контактов.
2
2
Пайка образцов производилась газовой горелкой и припоем ПСр 15 (площадь пайки составляла 30 мм), а сварка - сварочной машиной МТ-7.01 (площадь сварки 16 мм). Испытания прочности производились на машине ИП-100 по усилию среза контакта по линии соединения.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Таблица.Результаты испытаний на усилие среза сварных или паяных соединений контакт -деталей, содержащих серебро, никель, вольфрам, с медной пластиной.
Усилие среза, кгс
Толщина технологического слоя, мм
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
Образец 5
Сварка (площадь сварки 16 мм<sup>2</sup>)
0,05
4
5
7
6
3
0,1
35
30
24
22
34
0,3
35
26
30
37
32
0
5
10
7
6
5
Пайка (площадь пайки 30 мм<sup>2</sup>)
0,05
25
27
19
52
35
0,1
160
120
165
115
152
0,3
165
130
105
110
150
0
35
16
19
20
25
Из приведенных результатов видно, что наличие у контактов технологического слоя толщиной 0,1÷0,3 мм дает увеличение прочности сварного или паяного соединения с медью в 3-7 раз относительно образцов, не имеющих этого слоя.
Во всех случаях срез проходил по припою или свариваемым поверхностям, отделения технологического слоя от рабочего не наблюдалось.
Таким образом, заявляемая контакт-деталь для автоматических выключателей обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики контактов, позволяющие продолжительно работать при больших токах (100 А и выше) без расслоения рабочего и технологического слоев, и обладает способностью качественного соединения пайкой или сваркой с контактодержателями, изготовленными из латуни, меди или иного неблагородного металла.