Контактная пара

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (11) 7 51)5 Н Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИ АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛ ЬСТВ( ) Сп ГОСУДАРСТВЕННЪИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Черкесский завод низковольтной аппаратуры(56) Авторское свидетельство СССРМ 1194256, кл, Н 01 Н 1/04, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 1353191, кл. Н 01 Н 1/04, 1986.Авторское свидетельство СССРМ 995138, кл. Н 01 Н 1/02, 1981,Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутирующим устройствам, и может быть применено при изготовлении контактных узлов низковол ьтных автоматических выключателей,Целью изобретения является снижение контактного сопротивления при сохранении высокой стойкости против сваривания,П р и м е р 1. Первый контакт выполнен из комозиции на основе серебра, содержащей 2,5 мас.% графита, Контакт изготовлен методами порошковой металлургии (прес- сование контактов, их спекание, допрессовка и отжиг),Второй контакт изготовлен из материала на основе меди, содержащего 0,9 мас.% кадмия (сплав БрКд 1,0 по ГОСТ 2584 86). На поверхность контакта гальваническим методом нанесено покрытие олово-висмут толщиной около 2 мкм, После этого контакт подвергали отжигу в водороде при 500 С в течение 0,5 ч. В результате отжига происхо(54) КОНТАКТНАЯ ПАРА(57) Изобретение относится к коммутирующим устройствам низковольтных автоматических выключателей. Цель - снижение контактного сопротивления при сохранении ВысокОЙ стОЙкОсти против свдривания, Сущность: контактная пара содержит два контакта. Один контакт выполнен из композиции на основе серебра, содержащей 2,5-3,5 мас,% графита. Другой контакт выполнен из материала на основе серебра или меди, содержащего не более 70 мас,% серебра, В поверхностном слое этого контакта толщиной 0,03 м содержится 5 - 45 мас.% олова и 0,022,0 мас.% висмута,дит диффузия олова и висмута в медь на глубину около 0,03 мм, Средняя концентрация олова и висмута в этом диффузионном слое контролировалась методом энергодисперсионного микроанализа и составила соответственно 5,0 и 0,02 мас.%Варьирование состава электролита и толщины гальванического покрытия олово- висмут от 2 до 15 мкм позволяет в широких пределах изменять концентрацию олова и висмута в поверхностном слое второго контакта, При этом при заданном режиме диффузионного отжига (500 С, 0,5 ч) обогащение поверхности контакта дополнительными компонентами происходило в основном на глубине 0,03 мм и контролировалось в слое именнО этой толщины, Таким образом, получены поверхностные слои с разной концентрацией олова и висмута в примерах 2 - 7, а также в примерах 10,11,12,15, иллюстрирующих ограничительные условия. В примерах 8 и 9диффузионный отжиг контактов после нанесения гальванического покрытия не проводился. В этих примерах подтверждается допустимость для решения поставленной цели контактов с покрытием без последующего отжига, При этом содержание олова и висмута в примерах 8 и 9 пересчитывали ( и указывали в таблице) на поверхностный слой толщиной 0,03 мм.П р и м е р 2, Первый контакт выполнен из композиции серебро - 3,5 мас, ографита по аналогии с первым контактом в примере 1, Второй контакт выполнен из сплава БрКд 1,0, Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 43,7 и 1,86 мас. .П р и м е р 3, Первый контакт выполнен из композиции серебро - 2,5 мас, ографита по аналогии с первым контактом в примере 1, Второй контакт выполнен из композиции серебро 29 мас. , никель 2 мас, , графит (контакт марки КМКАЗЗмдМ по ТУ 16-685,024-86). Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 5,4 и 0,02 мас,о .П р и м е р 4. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 3 мас.графита (контакт марки КМК А 41 дВ по ТУ ОАЮ,501.013) по аналогии с первым контактом в примере 1,Второй контакт марки КМК АЗЗмдМ, Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 21 и 0,18 мас. .П р и м е р 5, Первый контакт выполнен из композиции серебро - 3,5 мас, Ографита по аналогии с первым контактом примера 1. Второй контакт марки КМКАЗЗмдМ, Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 45,0 и 2,0 мас,%,П р и м е р 6, Первый контакт выполнен из композиции серебро - 10 мас,%, никель - 3 мас.графита (контакт марки КМК А 44 мдМ по ТУ 16.685.025-86) по аналогии с первым контактом в примере 1, Второй контакт выполнен из сплава на основе меди, содержащего 4 мас,серебра, 1 мас.4 кадмия и 0,2 мас.% иттрия (сплав марки СрКдМ 5), Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 5,6 и 0,04 мас.%.П р и м е р 7, Первый контакт марки КМКА 44 МдМ. Второй контакт из сплава СрКдМ 5. Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 44 и1,6 мас.о .П р и м е р 8, Первый контакт марки КМКА 41 дЗ (серебро - 3 мас,графита), Второй контакт марки КМКАЗЗмдМ, Диффузионного отжига после нанесения покрытия олово-висмут толщиной 7 мкм не проводилось, Расчетная концентрация олова и висмута в поверхностном слое(проверялась интегральным химанализом) 0,03 мм соответственно 21 и 0,18 мас,о ,П р и м е р 9. Первый контакт марки5 КМКА 44 мдМ, Второй контакт из сплаваСрКдМ 5, Диффузионного отжига после нанесения покрытия олово-висмут толщиной 2мкм не проводилось, Расчетная концентрация олова и висмута в поверхностном слое10 0,03 мм соответственно 5,6 и 0,04 мас. Примеры 1 - 9 иллюстрируют свойствапредлагемой контактной пары с различнымсодержанием компонентов.Примеры 10,11 и 12 иллюстрируют15 обоснованность выбранных пределов изменения концентрации олова и висмута в поверхностном слое второго контакта,Примеры 13,14 позволяют оценитьсвойства контактных пар, в поверхностном20 слое второго контакта которых олово и висмут отсутствуют полностью.Примеры 15, 16 показывают, что положительный эффект от добавок олова и висмута достигается только при их введении в25 поверхностный слой контактов, содержащих до 70 мас.осеребра. При более высоких концентрациях серебра эффектотрицательный.Примеры 17, 18 - аналоги предлагаемой30 контактной пары.Пример 19 - прототип.Пример 20 - базовое решение по отношению к предлагаемой контактной паре втом случае, когда второй контакт выполнен35 из сплава на основе меди.Пример 21 - базовое решение по отношению к предлагаемой контактной паре втом случае, когда второй контакт выполнениз материала на основе серебра.40 П р и м е р 10. Первый контакт выполнениз композиции серебро - 2,5 мас, ографита,Второй контакт выполнен из сплаваБРКд 1,0, Концентрации олова и висмута вповерхностном слое соответственно 4,5 и45 0,01 мас. .П р и м е р 11, Первый контакт выполнениз композиции серебро - 2,5 мас, Ографита.Второй контакт выполнен из сплаваБрКд 1,0. Концентрация олова и висмута в50 поверхностном слое соответственно 49 и 2,1мас.%.П р и м е р 12. Первый контакт выполнениз композиции серебро - 2,5 мас, ографита,Второй контакт марки КМКАЗЗмдМ. Кон 55 цЕнтрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 52,0 и 2,2 мас.о .П р и м е р 13. Первый контакт маркиКМКА 41 дВ, композиция серебро - 3,0мас,% графита, Второй контакт маркиКМ КАЗЗмдМ.П р и м е р 14. Первый контакт марки КМКА 44 мдМ. Второй контакт из сплава СрКдМ 5.П р и м е р 15. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 2,5 мас,графита, Второй контакт выполнен из композиции 75 мас,фсеребра, 13 мас,фникеля, 2 мас,фграфита. Концентрация олова и висмута в поверхностном слое соответственно 29,0 и 0,3 масП р и м е р 16. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 2,5 мас,графита. Второй контакт выполнен из композиции 75 мас.фсеребра, 13 мас,никеля, 2 мас.фграфита.П р и м е р 17. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 15 мас.фоксида кадмия (марка КМКА 10 М по ТУ 16-685,020- 85). Второй контакт выполнен из сплава никель - 45 мас,фтитана.П р и м е р 18. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 15 мас,фоксида кадмия (КМКА 10 М). Второй контакт выполнен из сплава никель - 44 мас./ титана, 3 мас, фжелеза.П р и м е р 19. Первый контакт выполнен из композиции серебро - 3 мас.графита, Второй контакт выполнен из сплава БрХ, плакированного алюминием.П р и м е р 20. Первый контакт КМКА 10 М. Второй контакт из сплава Ср КдМ 5.П р и м е р 21, Первый контакт выполнен из композиции серебро - 3 мас,(марка КМКА 41 по ТУ 16-685,020-85), Второй контакт выполнен из композиции серебро - 30 мас./ никеля (марка КМКАЗОМ по ТУ 16- 685.020-85).Контактное сопротивление контактных пар определялось по методике ОАЮ.634.370 ОВНИИЭМ, При испытаниях контактные пары размыкают постоянный ток 50 А. Напряжение на разомкнутых контактах 30 В. Включение контактов происходит без тока, Контактное нажатие 20 Н, После каждого цикла полярность на контактах меняется. В течение 1000 циклов по принятой методике после замыкания контактов проводится замер падения напряжения на контактах, Скорость размыкания контактов 0,4 м/с.Стойкость против сваривания оценивалась по методике ОАЮ 634,3690 ВНИИЭМ при включении тока в интервале токов 300 - 1500 А, Контактные пары испытывались в механической системе с раствором контактов 1 мм, провалом контактов 0,5 мм, контактным нажатием 15 Н и средней скоростью включения контактов 0,06 м/с. Сваривание контактов происходит на опе 5 по 10 включений, каждое последующее - при смене полярности на контактах. В каче 10 15 20 25 50 55 30 35 40 45 рации включения; если сваривания не произошло, размыкание контактов происходит без тока. В условиях испытаний при каждом значении тока контактная пара производит стве результата испытаний при каждом значении тока записывается максимальное значение усилия отрыва. Испытаниям подвергаются не менее трех контактных пар одного состава. По условиям эксперимента, стойкость против сваривания тем выше, чем меньшее усилие требуется для разрыва сварившихся контактов.Результаты испытаний сведены в табли- ЧУИз приведенных результатов следует,что добавки олова и висмута в поверхностном слое одного из контактов предлагаемой контактной пары в количестве 5 - 45 мас,олова, 0,02 - 2,0 мас.висмута обеспечивают снижение величины контактного сопротивления при наработке без ухудшениястойкости против сваривания.При содержании добавок ниже нижнегопредела отмечается уменьшение положительного эффекта снижения контактного сопротивления (пример 10). При содержании добавок выше верхнего предела происходит ухудшение стойкости контактных пар против свариваемости (примеры 11,12),В контактах на основе серебра при содержании серебра более 70 мас.структура имеет типичное матричное строение (металлокерамические контакты); контактное сопротивление в значительной степени определяется свойствами серебряной матрицы. В этих условиях введение в поверхностный слой недрагоценных добавок (олово, висмут) не только не снижает, но, напротив, повышает контактное сопротивление (примеры 15, 16). Положительный эффект достигается только на сплавах и композициях с относительно низким ( менее 70 мас. ) содержанием серебра. Для практической реализации существенное значение имеет также метод формирования поверхностного слоя с добавками олова и висмута. Последующий отжиг контактов с гальваническим покрытием приводит к некоторому улучшению контактного сопротивления по сравнению с неотожженными контактами (примеры 4 и 8, 6 и 9). Однако применение контактов с покрытием без отжига экономичнее, поскольку снимается дополнительная операция, а в ряде случаев, когда, например, требуется повышенная коррозионная стойкость контактов или повышение прочности сварного) 10 6,0 соединения контакта с контактодержателем, оказывается и технологичнее,Таким образом, предлагаемая контактная пара характеризуется существенно более низким контактным сопротивлением всравнении с известной контактной парой иобладает высокой стойкостью против сваривания.По своим контактным свойствам предлагаемая контактная пара не чстчпает, базовым контактным парам, однако характеризуется меньшим содержанием остродефицитного серебра,Контактная пара(1) - первый контакт пары (2) " второй контакт пары Контактная пара(2) - БрКд 1,О,Олово 4,5 мас,й,висмут 0,01 мас,4 Формула изобретения Контактная пара, один из контактов которой выполнен из композиции на основе серебра, содержащей 2,5 - 3,5 мас.о графи та, а другой из материала на основе серебраили меди, содержащего не более 70 мас.% ее серебра, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения контактного сопротивления при сохранении высокой стойкости про тив сваривания, поверхностный слой другогоконтакта выполнен толщиной 0,03 мм и содержит дополнительно 5,0 - 45,0 мас.о) олова и 0,02 - 2,0 мас,о висмута.3 Усилие отрыва сварившихся контактов (даН) при токахд 5 д6 д / 9 д1 д ( 1 о д 3,4 5,6 8,8 9,5 13,4 16,0 2 6 5 5 8 4 9 3 11 5 14 6 3,3 5,8 8)5 9,2 12,9 16,0 2,8 5,5 8,3 9,2 12,0 14,4 2;6 5,3 8,0 8,9 11,5 14,1 3,5 5,7 8,8 10,4 14,3 16,5 3,7 6,4 8,7 10,2 15,0 16,4 3)3 6,1 8)4 9,2 14,1 15)8 3,96,9 8,8 10,8 15,2 16,8 3,3 5,7 8,6 9,2 13,7 15,610 1735927 Продолжение таблицы Усилие отрыва сварившихся контактов (даН) при токах Контактная пара Контакт"(1) - первый контакт пары ное сопро"(2) " второй контакт пары тивление,мОм Пример 11 (1) - ЛВ - 2,5 до С (2) - БрКд 1,О,39 73 96 114 149 172 12 3,6 6,9 9,6 11,0 13,7 16,8 2,0 2,9 5,4 8,3 9,6 11,9 14,6 2,4 3,7 5,2 9 э 9 11,0 15,8 19,2 6,3(2) - медный сплав Брхд плакированный алюминием 19 4,1 7,2 8,8 9,6 15,2 17,0 16,4(2) - КМКАЗОМ 21 3,0 6,5 6,4 8 4 13,8 15 2,0 50 Составитель В,черновТехрвд М,Моргентал Корректор М.Демчик Редактор О,Стенина Заказ 1820 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Олово 49,0 мас,й.висмут 2,1 мас.д(2) - КМКА 33 мдМ, без слояс добавками(2) - СрКдМ 5 без слоя сдобавками зоо дооо д ) ооо дооо дооо д /подо д