способ изготовления контактного узла электрического аппарата

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АППАРАТА с твердожидкой при рабочей температуре контактной накладкой, включающий прессование и спекание смеси тугоплавких порошков с одновременным припеканием контактной накладки к рельефной поверхности контактодержателя, отличающийся тем, что в смесь тугоплавких порошков вводят летучий галогенсодержащий компонент, смесь припрессовывают и спекают с одновременным припеканием к рельефной поверхности контактодержателя, а затем свободную от галогенсодержащего компонента пористую матрицу контактной накладки пропитывают токопроводящим легкоплавким сплавом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии изготовления контактных узлов электрических аппаратов.

При изготовлении контактных узлов электрических аппаратов традиционными методами крепления контактных накладок являются пайка, сварка, механическое крепление с помощью клепки [1] .

В последние годы в целях повышения надежности контактирования, снижения материалоемкости и стоимости электрических аппаратов применяют контактные узлы с контактными накладками твердожидкими в широком интервале температур [2] . В таких контактных накладках легкоплавкий компонент составляет не менее 50% объема накладки, что дает возможность создать на ее рабочей поверхности жидкий токопроводящий слой. Благодаря наличию такого слоя контактные узлы с твердожидкими контактными накладками обладают рядом достоинств: низким переходным сопротивлением, которое удается получить при малых контактных нажатиях, высокой электродинамической устойчивостью, отсутствием сваривания и залипания.

Однако недостатком существующей технологии изготовления таких контактных узлов является то, что требуется механическое крепление контактных накладок, так как невозможно применение традиционных методов крепления - пайки, сварки, клепки [2] .

Указанный недостаток можно устранить путем создания контактных узлов методами порошковой металлургии. Известен способ изготовления методом порошковой металлургии контактных узлов с контактной накладкой, содержащей легкоплавкий компонент [3] . В этом способе смесь порошков, содержащую легкоплавкий компонент, припрессовывают к рельефной повеpхности контактодержателя и спекают. В процессе спекания происходит формирование контактной накладки и одновременное припекание ее к контактодержателю.

Существенным недостатком способа [3] является ограничение на выбор легкоплавкого токопроводящего компонента, так как для реализации жидкометаллического эффекта на рабочей поверхности накладки при рабочей температуре легкоплавкий компонент не должен химически взаимодействовать с тугоплавкой матрицей как в процессе спекания, так и при рабочей температуре. Если же в процессе спекания легкоплавкий и тугоплавкий компоненты взаимодействуют, то происходит изменение химического состава легкоплавкого компонента и, следовательно, изменение его рабочей температуры и сопротивления, что ухудшает надежность контактного узла в целом.

Другим недостатком способа [3] является то, что в процессе спекания смеси, содержащей большое количество (не менее 50% объема) легкоплавкого, жидкого при температуре спекания компонента, невозможно получить равномерное распределение всех компонентов контактной накладки в ее объеме и, следовательно, достичь надежного контактирования.

Задача изобретения - изготовление контактного узла электрического аппарата с твердожидкой контактной накладкой, обладающего повышенной надежностью.

Задача решается в способе изготовления контактного узла электрического аппарата с твердожидкой при рабочей температуре контактной накладкой, включающем прессование и спекание с одновременным припеканием контактной накладки и контактодержателю тем, что в смесь тугоплавких порошков вводят летучий галогенсодержащий компонент, смесь припрессовывают и спекают с одновременным припеканием к рельефной поверхности контактодержателя, а затем свободную от галогенсодержащего компонента пористую матрицу контактной накладки пропитывают токопроводящим легкоплавким сплавом.

Именно тем, что в смесь тугоплавких порошков вводят летучий галогенсодержащий компонент, а затем смесь припрессовывают и спекают с одновременным припеканием к поверхности контактодержателя, после этого пористую матрицу контактной накладки пропитывают токопроводящим легкоплавким сплавом, решается задача изготовления контактного узла электрического аппарат с твердожидкой контактной накладкой, обладающего повышенной надежностью.

Задача решается следующим образом.

Смесь порошков тугоплавкого и летучего компонентов припрессовывают и спекают в результате чего происходит припекание к рельефной поверхности контактодержателя. Затем пористую твердую матрицу контактной накладки пропитывают легкоплавким токопроводящим сплавом. Это позволяет разделить процесс создания пористой тугоплавкой матрицы контактной накладки и ее припекания к контактодержателю и процесс пропитки матрицы легкоплавким сплавом. Пропитку проводят при такой температуре, когда компоненты легкоплавкого сплава не взаимодействуют с тугоплавкой матрицей, что снимает ограничения на выбор компонентов легкоплавкого сплава и предотвращает изменения его химического состава в процессе пропитки.

Наличие в смеси порошков галогенсодержащего летучего при температуре спекания компонента является существенным, так как за счет давления газов, образующихся при его разложении, удается создать равномерно распределенную по объему сообщающуюся пористость, очистить поверхность порошка тугоплавкого компонента от окисных пленок, активировать припекание порошка тугоплавкого компонента к контактодержателю.

Экспериментально показано, что при 65-70% общей пористости сообщающейся пористости достаточно для того, чтобы реализовать жидкометаллический эффект и получить достаточную механическую прочность накладки. При уменьшении общей пористости ниже 65-75% не удается ввести в накладку количество легкоплавкого сплава достаточное для реализации на поверхности жидкометаллического эффекта. При увеличении уровня общей пористости выше 65-75% механическая прочность контактного узла недостаточна.

Примером конкретной реализации способа является следующий. Из порошка меди марки ПМС-1 ГОСТ 4960-75 и хлористого аммония ГОСТ 3775-72 готовят смесь с весовым соотношением компонентов 77: 23. При таком соотношении тугоплавкого и летучего компонентов получается пористость 65-70% . В месте крепления контактной накладки на контактодержателе создают рельефную поверхность: отверстие, углубление, концентрические канавки. Смесь порошков меди и хлористого аммония припрессовывают к медному контактодержателю, который служит нижним пуансоном пресс-формы. Давление прессования - 1 т/кВ. см. Спекание с одновременным припеканием проводят в атмосфере проточного водорода при 900^оС в течение 1 ч. В процессе спекания формируется матрица контактной накладки с пористостью 70% объема. Пропитку медной пористой матрицы контактной накладки, соединенной с контактодержателем, проводят в расплаве легкоплавкого сплава на основе Bi, Pb, Sn под слоем глицерина или в вакууме в изотермическом режиме.

В месте крепления контактной накладки к держателю нет раковин, пор, несплошностей, что говорит об удовлетворительном качестве шва, полученного в процессе припекания. Распределение тугоплавкого и легкоплавкого компонентов в объеме контактной накладки - равномерное.

Другой пример реализации способа. Порошок меди и оловянной бронзы, содержащей 50% олова, смешивают в соотношении 4: 1 по весу. Затем готовят смесь с порошком хлористого аммония с весовым соотношением компонентов 77: 23, припрессовывают смесь к контактодержателю при давлении 1 т/кВ. см. Спекание проводят при температуре 580^оС в атмосфере водорода в течение 1 ч. Пропитку сплавом на основе Bi, Pb, Sn проводят под слоем глицерина в изотермическом режиме.

Разделение операций спекания и пропитки позволяет избежать взаимодействия компонентов накладки в процессе спекания и таким образом существенно затормозить образование нежелательных химических соединений, ухудшающих эксплуатационные характеристики контактного узла в целом. (56) 1. ОСТ16.0686.126-81. ОЕСТП. Аппараты электрические на напряжение до 1000 В. Выключатели серии А3700, АЕ1000, АЕ20. Пускатели серии ПМЕ. Сварка и пайка контактов.

2. В. Г. Дегтярь, П. Г. Нестеров. Контактные коммутирующие аппараты низкого напряжения. Итоги науки и техники. Электрические аппараты, т. 2, Москва: ВИНИТИ, 1980.

3. Патент США 4530815, кл. В 22 F 7/04, 3/16, 1985.