1.1 Порошковый материал, используемый для напыления электрических контактов

Порошковые материалы обладают ярко выраженной зависимостью их структуры и свойств от параметров, поэтому они формируются в твердофазном состоянии или (в отдельных случаях), при наличии ограниченного объема жидкой фазы. Если теория формирования литых металлов и сплавов рассматривает процессы их кристаллизации из жидкого

состояния, то теория формирования порошковых материалов описывает много явлений структурообразования на всех этапах получения материалов.

Основные операции технологического процесса:

1. получение порошков металлов

2. смеси порошков разнородных материалов

3. формирование заготовок изделий

4. спекание их в защитной безокислительной среде, в результате которого

они приобретают свойства, необходимые для заготовок и готовых изделий, подвергаемых в дальнейшем окончательной обработке.

Структура и свойства материалов определяется многими факторами: характеристиками используемых порошков, параметрами процессов их уплотнения, диффузии, и завершающих процессов обработки.

Каждый порошок – полидисперсная система, состоящая из частиц различной крупности, набор которых по размерам характеризуется гранулометрическим составом. Фракционный состав порошка – это диапазон размеров частиц между их максимальным и минимальным значениями. Гранулометрический состав порошка – выраженное в процентах это содержание частиц в определенных фракциях по отношению к их общему количеству.

Применяют ситовый, микроскопический, седиментационный и др. методы для анализа гранулометрического состава.

Металлические порошки, с химическим составом, физическими и технологическими свойствами, являются исходными материалами для изготовления спеченных изделий.

Химический состав определяется содержанием основного компонента металла, примесей или инородных включений газов.

К физическим свойствам относится форма, их размеры и распределение их по крупности, удельная поверхность, пикнометрическая плотность и микротвердость.

Технологические свойства характеризуются насыпной плотностью, текучестью, прессуемостью (уплотняемостью и формуемостью).

Изготовление металлокерамических серебросодержащих электроконтактных деталей, предназначенных для работы в электромагнитных пускателях и других низковольтных аппаратах. Способ изготовления контактных деталей из композиций серебро-оксид кадмия,

включает приготовление шихты методом химического осаждения мелкодисперсной смеси серебра с оксидом кадмия из раствора нитратов серебра и кадмия, отжиг на воздухе, гранулирование, восстановление в водороде, покрытие гранул чистым серебром, прессование, внутреннее окисление, спекание, калибровку, отжиг. Покрытие гранул серебром осуществляют путем подмешивания в шихту мелкодисперсного серебра с размерами частиц 1-2 мкм. Техническим результатом является повышение пластичности и коммутационной износостойкости.

Методы, которые не получили применения для восстановления электрических контактов:

1. метод получения внутреннего окисления заготовок контакт-деталей из композиций серебро-оксид кадмия. Этот метод включает следующие операции: приготовление шихты путем механического смешивания порошков серебра и оксида кадмия - прессование - восстановление оксида кадмия до кадмия с одновременным образованием сплава серебро-кадмий - внутреннее окисление за счет отжига в атмосфере кислорода - спекание - калибровка - отжиг [2]. Однако при восстановлении спрессованных заготовок из такой смеси порошков не удается в течение приемлемого для производства времени (примерно час) получить полностью концентрационно однородную пористую заготовку вследствие неравномерного механического перемешивания. Соответственно после окисления распределение частиц оксида кадмия неравномерно и износостойкость получается невысокой.

2. метод изготовления контакт - деталей из гранулированных шихт серебро-оксид кадмия, полученных методом химического осаждения мелкодисперсных, равномерных смесей серебро-оксид кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия. Этот способ предполагает последовательность операций: приготовление шихты - отжиг - гранулирование - восстановление - прессование - внутреннее окисление - спекание - калибровка - отжиг [2]. По этому способу, взятому автором за прототип, подготовленную гранулированную шихту подвергают отжигу в водороде при 300-400 ⁰С. После этого гранулы размером 200-600 мкм сохраняются, но оксид кадмия в них восстанавливается до кадмия, который диффундирует в частицы серебра, превращая их в концентрационно однородные частицы сплава серебро-кадмий. Затем шихта под давлением 2-3 тс/см² прессуется в контакт-детали, которые подвергают отжигу на воздухе при 300-400 ⁰С, в течение которого происходит внутреннее окисление кадмия до оксида кадмия. Выделившиеся частицы оксида кадмия имеют размеры 0,1-0,3 мкм. После внутреннего окисления детали спекают при температуре 850-900 ⁰С, калибруют при 8-10 тс/см² и отжигают при температуре 870 ⁰С. В результате получаются контакт - детали с равномерным распределением мелких частиц оксида кадмия размером 0,1-2,0 мкм.

Наличие большого количества частиц оксида кадмия мельче 0,5 мкм вызывает охрупчивание серебряной матрицы в результате эффекта

дисперсионного твердения. Это приводит к образованию трещин в процессе допрессовывания (калибровки), которые “задавливаются” и при разбраковке не видны, но при эксплуатации приводят к преждевременному разрушению контакт - деталей.

Для того, чтобы устранить такие недостатки из композиций серебро – оксид кадмия нужно: приготовление шихты путем химического осаждения мелкодисперсных смесей серебра с оксидом кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия - отжиг - гранулирование - восстановление в водороде - прессование - покрытие гранул тонким слоем чистого серебра - внутреннее окисление - спекание - калибровка - отжиг. При этом гранулы шихты перед операцией прессования покрывают тонким слоем чистого серебра.

Этот способ заключается в увеличении пластичности материала в процессе изготовления контакт - деталей из композиций серебра и оксида кадмия за счет покрытия гранул тонким слоем серебра перед операцией прессования, которое блокирует распространение трещин в процессе эксплуатации в результате воздействия электрической дуги.

Осуществить покрытие серебром гранул шихты можно любыми известными способами нанесения металлических покрытий (гальваническим, вакуумным напылением, холодным газодинамическим, подмешиванием мелкодисперсного серебряного порошка и т.д.). Наиболее приемлемым представляется подмешивание мелкодисперсного серебряного порошка с размерами частиц 1-2 мкм и с помощью установки ХГН. К тому же эти методы позволяют вводить легко дозируемые добавки, что необходимо для обеспечения заданного химического состава контакт - деталей[3].

Приготовление шихты

Шихта, полученная из композиции серебро - 20% оксида кадмия, методом химического осаждения мелкодисперсных смесей серебро-оксид кадмия из растворов нитратов серебра и кадмия с последующими отжигом на воздухе и гранулированием. Гранулы шихты имеют поперечный линейный размер 200-600 мкм, причем каждая из гранул состоит из смеси частиц серебра и оксида кадмия с размерами 0,2-5,0 мкм. Гранулированную шихту подвергают отжигу в водороде при 350 ⁰С. Размер гранул 200-600 мкм сохраняется, но оксид кадмия в них восстанавливается до кадмия, который диффундирует в частицы серебра, превращая их в частицы сплава серебро-кадмий. После этого подмешивается либо наносится с помощью ХГН порошок серебра ПС1 (ТУ 1752-001-40045136-2002), имеющий размеры частиц около 1 мкм в количестве 10 г на 100 г порошка шихты. Это обеспечивает получение серебряного покрытия толщиной 5-10 мкм. Из полученной таким способом гранулированной шихты под давлением 2,5 тс/см² прессуют контакт - детали. Детали подвергают отжигу на воздухе при 350 ⁰С, в течение которого происходит внутреннее окисление кадмия до оксида кадмия. Выделившиеся частицы оксида кадмия имеют размеры 0,1-0,3 мкм. Затем детали спекают при температуре 850-900 ⁰С, калибруют при 9 тс/см² и отжигают при температуре 450 ⁰С.

С помощью испытаний на подтверждение технического результата заявляемого способа были изготовлены контактные детали 5-ти видов по 10 образцов каждого вида, выполненные из порошков серебро-оксид кадмия по ТУ 48-1-107-82 с содержанием кадмия в количестве 20 мас.%, которые выпускаются промышленностью РФ и используются для серийного производства контакт - деталей выбранной по технологии. Причем первый вид контакт - деталей был изготовлен полностью по технологии прототипа (без добавления чистого серебра), а со второго по пятый виды - заявленным способом, т.е. на определенном этапе изготовления в шихту было добавлено серебро марки ПС1 с размерами частиц 0,5-2,0 мкм в количестве 2, 5,10 или 15 г на 100 г шихты.

Пластичность оценивалась после операции спекания по увеличению диаметра цилиндрических образцов диаметром 6 мм со сферическими основаниями радиусом 8 мм при сжатии этих образцов между двумя плоскими параллельными пластинами с усилием 200-600 кгс до появления первых трещин.

ЗАО НПО «БЛАГОВЕСТ». "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "БЛАГОВЕСТ"(г.Истра,).Коммутационные характеристики оценивались по износу и количеству сварок при включении постоянного тока с переполюсовкой - 300А и при отключении постоянного тока с переполюсовкой - 50А. Указанные испытания моделируют включение-отключение электродвигателя с номинальным током около 50А (режим АС 3). Результаты усреднялись по 10 экспериментам согласно методикам математической статистики [3]. Результаты испытаний приведены в таблице. Таблица 1. – Результаты характеристик испытания электрических контактов.