Способ изготовления электрического контакта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК (19) И) 3(51) Н. 01 Н 11 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й 4 н Ц ):4(71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА, контактныйэлемент которого выполнен иэ серебраи окиси металла, заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя. и слоя, обеспечивающего его соединение с контактодержателем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металла, слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в поверхностном слое до образования легкоплавкой зоны иэ серебра и восстановленного металла.2. Способ по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что электро- химическое восстановление окиси металла проводят в растворе гидратаокиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 110 А/дмф в течение 10.-60 с .Изобретение относится к электротехнике, а именно технологии изготовления электрических контактови контактных узлов аппаратов, и может быть использовано в производстве электрических контактов, контактный элемент которых выполнен из серебра и окиси металла.В сильноточных низковольтных аппаратах современных конструкций находят массовое применение электрические контакты, при изготовлениикоторых используются композиционныематериалы из серебра и окислов такихметаллов как кадмий, медь, олово,индий и т.п.,Цобавки окислов металлов до 10-20 вес. Ъ улучшают эксплуатационные характеристики электроконтактного материала на основе серебра,но при этом возникают трудности в получении качественного соединения конОтактного элемента с контактодержателем путем пайки и сварки,Известны способы изготовленияэлектрических контактов такого типа,которые предусматривают получениеконтактного элемента, состоящегоиз основного рабочего слоя и специального металлического слоя под пайку или сварку (.1 1Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ изготовления электрического контакта, контактный элемент котороговыполнен из серебра и окиси металла,заключающийся в формировании у контактного элемента рабочего слоя З 5и слоя, обеспечивающего его соедине-ние с контактодержателем,Согласно этому способу слой, обеспечивающий соединение с контактодержателем, выполнен из чистого серебра 40толщиной 0,05-0,4 мм (2 3.К недостаткам этого способа относится повышенный расход остродефицитного металла (серебра) при полученииспециального слоя под пайку или свар ку, без которого не обеспечиваетсяудовлетворительное качество соединения контактного элемента с контактодержателем.Цель изобретения - повышение надежности соединения контактного элемента с контактодержателем с одновременной экономией драгоценного металлаПоставленная цель достигается тем,что согласно способу изготовленияэлектрического контакта, контактныйэлемент которого выполнен из серебраи окиси металла, заключающемусяв формировании у контактного элемента рабочего слоя и слбя, обеспечивающего его соединение с контактодержателем, слой, обеспечивающийсоединение с контактодержателем формируют путем электрохимического восстановления окиси металла в поверх ностном слое до образования легколавкой зоны нз серебра и восстанов. ленного металла.При этом электрохимическое восстановление окиси металла проводят в растворе гидрата окиси щелочного металла с концентрацией 10-100 г/л при плотности тока 1-10 А/дм в течение 10-60 с.Операция электрохимического восстановления обеспечивает формирование поверхностного слоя, отличающегося по составу и свойствам от основной рабочей части контактного элемента и от чистого серебра. Принципиальное отличие состоит в том, что в результате электрохимического восстановления в поверхностном слое появляется новый компонент в виде восстановленного металла, который при взаимодействии с серебром образует систему эвтектического типа. Образование низкоплавких эвтектик с серебром характерно для таких металлов как медь,кадмий, ци нк, индий, олово, сви нец,т . е.тех элементов, окислы которых используются в качестве компонентов известныхсеребросодержащих электроконтактныхматериалов. В итоге в поверхностномслое контактного элемента возникаетэона с пониженной температурой плавления, которая может быть уподоблена серебросодержащему припою. Это облегчает проведение пайки и сварки, способствует получению надежного соединения с контактодержателем с одновременным снижением расхода драгоценного металла по сравнению с известным способом. Применение в качестве электролита раствора гидрата окиси щелочного металла, например натрия, обеспечивает наиболее эффективное восстановление всех перечисленных выше окислов металлов. П р и м е р 1. Электрохимическомувосстановлению подвергают нерабочуюсторону поверхности контактного элемента марки СОК 15 м (15% окиси кадмия,остальное - серебро; структура мелкая), изготовленного без специального слоя серебра путем прессованияи спекания заготовки из порошковойсмеси. Контактный элемент цилиндрической формы при электрохимической(катодной) обработке частично погру-. жаются нерабочей поверхностью в электролит и фиксируются в заданном положении при помощи металлического захвата, выполняющего одновременно функцию токоподводящей детали. Электролитом служит раствор 50 г/л гидрата окиси натрия. Обработку осуществляют при катодной плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 с, После промывки и сушки проводят пайку к контактодержателю из латуни марки Л 63 припоем ПСР 45 при плотноститока 150-160 А/см до появления по периметру контакта жидкой галтели.Качество и прочность соединения оценивают металлографическим исследованием поперечного шлифа и путем определения сопротивления срезу 5 на границе контактный элемент - контактодержатель. Параллельно испытывают контакты после пайки без соответствующей электрохимической обра.ботки. 10Получены следукицие результаты. При пайке контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, качественного соедения с контактодержателем не полу чено. В области шва имеются поры, пустоты и расслоения. Сопротивление срезу не превышает 2,5 кгс/мм. Такие контакты при эксплуатации не выдерживают значительных удельных нагрузок.По описываемому способу достигается быстрое и полное взаимодействие расплавленного припоя с поверхностным слоем контактного элемента, где вместо несмачиваемой окиси кадмия содержится восстановленный металлический кадмий, участвующий в образовании соединения. В области шва отсутствуют пустоты, незаполненные припоем поры и другие дефекты, Сопротивление срезу 11,7 кгс/мм.Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности операции электрохимического восстановления при указанных параметрах режима обра ботки.П р и м е р 2. Контактный элемент. марки СОК 15 м, изготовленный без подслоя из серебра, подвергают электро- химическому восстановлению со сторо ны нерабочей поверхности в растворе 50 г/л гидрата окиси натрия при плотности тока 2,5 А/дм. в течение 60 .с. Затем контактный элемент нерабочей плоской поверхностью непосредствен но прижимают.к латунному контактодержателю без прослойки припояНагрев осуществляют так же, как и при твердой пайке электрическим током 150 А/ /см в течение 5-7 с до появления жидкой Фазы. Полученное соединение подвергают визуальному осмотру, металлографическому изучению и испытанию на прочность. Исследования показывают, что в пограничной зоне при нагревании быстрое образование жидкометаллической фазы, которая выполняет роль припоя, обеспечивает качественное соединение с контактодержателем по всей 60 плошади соприкосновения. Заметные дефекты шва отсутствуют. Сопротивление срезу составляет 10 кгс/мм. Изучение микроструктуры указывает на образование в пограничной зоне эвтектического сплава из серебра, кадмия,меди и цинка.Для контактных элементов, не подвергавшихся электрохимическому восстановлению, при тех же условиях неудается получить соединения с контактодержателем.Следовательно, образование легкоплавкой зоны из серебра и восстановленного кадмия по данному способуимеет существенное значение для получения наяного соединения, так какпоявление жидкометаллической средыпри быстром нагревании обеспечиваетадгезионное взаимодействие с поверхностью контактодержателя и ее смачивание, активирует диффузионные процессы в пограничной зоне, приводитк быстрому растворению других компонентов эвтектического сплава-медии цинка.П р и м е р 3, Контактный элементмарки СОМ 10 м (10 окиси меди, остальное - серебро, изготовленные безподслоя серебра, подвергают электрохимическому восстановлению со стороны нерабочей поверхности при плотности тока 2,5 А/дм в течение 60 св растворе 100 г/л гидрата окиси натрия, Затем осуществляют диффузионнуюсварку с контактодержателем из латуни Л 63 в течение нескольких секунддо появления по периметру жидкойФазы. Качество сварного Ч.оединенияоценивают просмотром поперечногошлифа (х 500),Просмотр шлифа показал равномерный сварной шов по всему сечениюбез пустот, расслоений и других заметных дефектов, В том случае, когдаконтактный элемент не.подвергаетсяэлектрохимическому восстановлению,в сварном шве на долю пор и пустотприходится 20 и более от объемасварной зоны,Образование качественного соединения с контактодержателем по данному способу обусловлено формирова -нием в процессе восстановления слояконтактного элемента, содержащеговместо частиц окиси меди соответствующие включения металлической меди,снижающей температуру плавленияповерхностного слоя, Это обстоятель-.ство облегчает проведение диффузионной сварки, в процессе которой, важную роль играет формирование легкоплавкой прослойки.В приведенных примерах электрохимическое восстановление осуществляют при оптимальных условиях, которые могут быть рекомендованы и длядругих систем (серебро - окись индия и т.п.) . Граничные значения параметров - плотности тока, времени,концентрации электролита соотносятсяс воэможностями восстановления окислов металлов в поверхностном слое1108522Предлагаемый способ может найти применение в массовом производстве контактов данного вида.Таким образом, использование данного способа по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества: воэможность получения качественного нераэъемного соединения с контактодержателем контактного элемента, выполненного из серебра и окисла металла, без изготовления специального слоя серебра под пайку или сварку снижение расхода остро- дефицитного драгоценного металла- серебра, что позволяет повысить эффективность производства контактов и контактных узлов низковольтной сильноточной аппаратуры и надежность их при эксплуатации.1 Составитель Н.ГлеклерРедактор М.Недолуженко Техред Т.дубинчак Корректор О, Билак Заказ 5876/39 Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4 и получения надежного соединения с контактодержателем.По экспериментальным даннымэлектрохимическое восстановление окислов упомянутых элементов по толщине зерна происходит за первые 10- 30 с в диапазоне катодной плотности тока 1-.10 А/дмф. Увеличение продолжительности до 30-60 с обеспечивает восстановление окислов в порах, после чего процесс быстро тормозится, 10 Уменьшение времени ниже указанного предела 10 с не обеспечивает полноту восстановления окислов и ведет к появлению дефектов и снижению прочности соединения с контактодер жателем. Так, уменьшение продолжительности процесса до 5 с при плотности тока 5 А/дмф в растворе гидрата окиси натрия 50 г/л приводит к снижению прочности паяного соединения контакта СОК 15 м до 5 кгс/мм (против 11,7 кгс/мм при оптимальных условиях).Снижение катодной плотности тока ниже 1 А/дм нецелесообразно иэ-за торможения процесса восстановления окислов металлов, так как уменьшается катодный потенциал и увеличивается доля тока на побочный процесс выделения водорода, Например, при плотности тока 0,5 А/диет эа 60 с не успевает восстановиться значительная часть окисла в поверхностном слое контактного элемента СОК 15 м, при этом прочность пайки составляет 3-4 кгс/ьмф . Увеличение плотности тока до 1 А/дм при тех же условиях приводит к повышению прочности соединения до 9,5 8 кгс/мм,Повышение плотности тока, начиная с 1 А/дм, позволяет уменьшить необ ходимое время восстановления, однако при 10 А/дм достигается предельная скорость восстановления окислов металлов, по-видимому, иэ-за диффузионных ограничений в твердой фазе, Поэтому дальнейшее увеличение плотности тока не позволяет снизить продолжительность процесса ниже указанного предела 10 с.Электрохимическое восстановление окислов меди, кадмия и других упомянутых металлов наиболее успешно и полно осуществляется в растворах гидрата окиси щелочного металла, предпочтительно натрия, из-за его большей доступности . Оптимальной концентрацией раствора является 50- 100 г/л. С увеличением концентрации раствора.свыше 100 г/л скорость восстановления изменяется мало, тогда как повышается токсичность электролита . При концентрациях ниже 10 г/л процесс восстановления окислов металлов, например кадмия и меди, резко затрудняется, в связи с чем не удается получить качественного соединения соответствующего контактного элемента с контактодержателем.