Магнитоуправляемый контакт (варианты)
Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, в частности к магнитоуправляемым герметизированным контактам (герконам) замыкающего и переключающего типов, используемых в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и мощностей. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является получение и поддержание низкого уровня переходного электросопротивления и увеличение срока службы герконов в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и мощностей (до 250 Вт). Для достижения технического результата предлагается использовать в герконах три варианта контактного покрытия: Предлагается магнитоуправляемый контакт, содержащий стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали. По первому варианту контакт-детали на конце плющения имеют двухслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1-10 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01-1,5 мкм. По второму варианту контакт-детали на конце плющения имеют трехслойное покрытие из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1-10 мкм, слоя золота толщиной 0,1-2,0 мкм и слоя рутения толщиной 0,1-1,0 мкм. По третьему варианту контакт-детали на конце плющения имеют четырехслойное покрытие из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1-10 мкм, слоя золота толщиной 0,1-2,0 мкм, слоя рутения толщиной 0,1-1,0 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01-1,5 мкм.
Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, в частности, к магнитоуправляемым герметизированным контактам (герконам) замыкающего и переключающего типов, используемых в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и мощностей.
Известен отечественный геркон мощностью до 10 Вт [1]. Это наиболее дешевый из всех известных герконов, практически не содержащий драгметаллов. Геркон содержит ферромагнитные контакт-детали, имеющие на конце плющения двухслойное покрытие из медно-никелевого сплава толщиной 0,1÷10 мкм и золото-никелевого сплава толщиной 0,01÷1,0 мкм.
Недостатком геркона являются ограниченные технические возможности, поскольку медно-никелевое покрытие в герконе несет необходимую для этого геркона антиэрозионную нагрузку, но не обладает низким и стабильным переходным сопротивлением. Эту функцию выполняет верхний слой - золото-никелевое покрытие. Данный геркон имеет ограниченное применение (до 10 Вт) и не пригоден для работы в более мощных режимах коммутации.
Известны выпускаемые отечественной промышленностью герконы более высокой мощности [2], имеющие контактное покрытие, состоящее из двух слоев:
золото, толщиной 0,1÷2,0 мкм,
рутений, толщиной 1,0÷3,0 мкм.
В данной конструкции геркона необходимо использование больших толщин рутениевого покрытия 1,0÷3,0 мкм, однако технология нанесения
рутениевого гальванопокрытия такова, что при толщине свыше 1,0 мкм сложно получить низконапряженное покрытие (без трещин).
По этой причине не удается получить стабильные результаты в герконах с данным покрытием в режимах высокой мощности. К тому же это покрытие дорогостоящее.
Известен геркон [3] средней и малой мощности с контактным покрытием, состоящим из трех слоев:
сплав медь-никель, толщиной 0,1÷10,0 мкм,
золото, толщиной 0,05÷2,0 мкм,
рутений, толщиной 0,1÷1,5 мкм.
В данном герконе слой медно-никелевого покрытия играет роль антидиффузионного барьера, препятствующего проникновению железа на рабочую поверхность геркона.
Основную антиэрозионную нагрузку в режимах средней и малой мощности несет рутений, обладающий тугоплавкими свойствами, высокой износостойкостью, микротвердостью, приблизительно равной 700 кГс/мм 2, коррозионной стойкостью, низким электросопротивлением. Слой золота необходим как подслой под рутений для улучшения сцепления и снижения напряженности рутениевого гальванопокрытия.
Однако, это покрытие не охватывает всего диапазона необходимых коммутируемых нагрузок, особенно это касается герконов высокой мощности.
Известны, выпускаемые в России мощные высоковольтные вакуумные магнитоуправляемые контакты [4], где покрытием является молибден толщиной 6÷9 мкм, нанесенный методом вакуумного напыления.
Для этого способа нанесения покрытия характерен низкий технологический выход - 30÷50%, в отличие от гальванического, где он составляет 70÷80%, а также шероховатая поверхность покрытия, что нежелательно, так как обуславливает быстрый износ покрытия в условиях электроискрового разряда.
Этот вид покрытия может быть использован только в герконах высокой мощности.
Задачей предлагаемой полезной модели является: улучшение технических характеристик геркона в широком диапазоне коммутируемых нагрузок (мощностью до 250 Вт), снижение себестоимости геркона за счет
изменения конструкции контактного покрытия, исключения полностью, или частично, драгметаллов (золота и рутения), снижения трудоемкости и повышения технологического выхода.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является получение и поддержание низкого уровня переходного электросопротивления и увеличение продолжительности срока службы герконов в широком диапазоне коммутируемых нагрузок и мощностей (до 250 Вт).
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается использовать в герконах три варианта контактного покрытия. Указанный технический результат достигается тем, что
- по первому варианту: в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, контакт-детали на конце плющения имеют двухслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01÷1,5 мкм;
- по второму варианту: в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, контакт-детали на конце плющения имеют трехслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм, слоя золота толщиной 0,1÷2,0 мкм и слоя рутения толщиной 0,1÷1,0 мкм;
- по третьему варианту: в магнитоуправляемом контакте, содержащем стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, контакт-детали на конце плющения имеют четырехслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм, слоя золота толщиной 0,1÷2,0 мкм, слоя рутения толщиной 0,1÷1,0 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01÷1,5 мкм.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого геркона, содержащего стеклянный баллон 1, в торцах которого заварены контакт-детали 2 с контактным покрытием.
На фиг.2-4 показаны предлагаемые варианты контактного покрытия. На фиг.2 показано контактное покрытие, состоящее из двух слоев электролитически осажденных сплавов: никель-молибден 3 и золото-никель 6.
На фиг.3 показано контактное покрытие, состоящее из трех слоев, полученных электроосаждением: никель-молибденовый сплав 3, слой золота 4, слой рутения 5.
На фиг.4 представлено четырехслойное контактное покрытие, состоящее из никель-молибденового сплава 3, золота 4, рутения 5, золото-никелевого сплава 6.
Во всех предлагаемых вариантах контактного покрытия магнитоуправляемого контакта в качестве подслоя используют никель-молибденовое покрытие 3.
Это покрытие непосредственно наносят на контакт-детали 2 из пермаллоя, обеспечивая хорошее сцепление с пермаллоем и последующими слоями металлов.
Слой никель-молибденового сплава во всем интервале получаемых гальваническим путем составов обладает высокой химической и коррозионной стойкостью. Благодаря входящему в состав сплава молибдену, это покрытие имеет повышенную тугоплавкость. За счет этого слой никель-молибденового сплава выполняет роль антидиффузионного барьера, препятствующего проникновению на поверхность железа из пермаллоя, приводящего к повышению переходного сопротивления в герконе.
Никель-молибденовый сплав имеет высокую механическую прочность и износоустойчивость. Микротвердость его составляет 600 кГс/мм. По своим физическим характеристикам и эрозионной стойкости этот сплав близок к рутению.
Применение никель-молибденового сплава в контактном покрытии значительно удешевляет геркон без ухудшения его технических характеристик.
К преимуществам использования никель-молибденового сплава следует отнести то, что технология нанесения этого покрытия менее трудоемка, особенно по сравнению с технологией нанесения рутениевых осадков, не требует использования дорогостоящих и дефицитных материалов. Также никель-молибденовое покрытие имеет, в отличие от рутения, невысокую напряженность. Это покрытие более эрозионностойкое, чем покрытие медно-никелевым сплавом, что позволяет повысить в целом эрозионную стойкость геркона и расширить диапазон коммутируемых нагрузок в сторону повышения мощности.
Недостатком никель-молибденового покрытия следует считать довольно высокое и нестабильное переходное электросопротивление, вследствие чего оно не может быть использовано в качестве самостоятельного покрытия в герконе, а может применяться только в виде подслоя, несущего антидиффузионную и антиэрозионную функциональную нагрузку в общей конструкции покрытия.
Верхние слои контактного покрытия (сплав золото-никель, золото и рутений) обеспечивают низкое и стабильное переходное электроспоротивление в герконе и, при необходимости, несут дополнительную антиэрозионную нагрузку.
Наиболее простым и дешевым контактным покрытием для магнитоуправляемых контактов является первый вариант контактного покрытия.
Более высокая эрозионная стойкость никель-молибденового слоя покрытия по сравнению с медно-никелевым слоем дает возможность расширить диапазон коммутируемых нагрузок в сторону повышения мощности геркона значительно выше 10 Вт.
Герконы с контактным покрытием, предлагаемым по первому варианту, были опробованы на примере опытных партий геркона МКА - 14103. Контактное покрытие было следующим:
никель-молибденовый сплав толщиной 0,1÷10 мкм,
золото-никелевый сплав толщиной 0,01÷1,5 мкм.
Все изготовленные герконы с предлагаемым контактным покрытием были испытаны в различных режимах. Результаты испытаний представлены в таблице №1.
Как показали результаты испытаний, изменение конструкции покрытия на предлагаемое, позволило увеличить в несколько раз срок службы геркона в широком диапазоне коммутируемых нагрузок при низком и стабильном переходном электросопротивлении.
Контактное покрытие, предлагаемое по второму варианту, опробовано на герконах более высокой мощности:
переключающий КЭМ-3;
Контактное покрытие:
никель-молибденовый сплав толщиной 0,1÷10 мкм,
золото толщиной 0,1÷2,0 мкм,
рутений толщиной 0,1÷1,0 мкм.
Результаты представлены в таблице №2.
В этом случае никель-молибденовое покрытие частично заменяет используемое до сих пор рутениевое покрытие толщиной 1,0÷3,0 мкм, которое при толщинах более 1,0 мкм имеет трещины. Тем самым улучшается эрозионная стойкость контактного покрытия, снижается расход рутения.
Второй вариант предлагаемого контактного покрытия также может быть использован в высокомощных и высоковольтных вакуумных герконах, типа МКА-36201, где до настоящего времени применяется молибденовое покрытие толщиной 6÷9 мкм, нанесенное с помощью вакуумного напыления.
Предлагаемая конструкция покрытия позволяет получить более гладкие осадки, что очень важно для высоковольтных герконов. К тому же при гальваническом нанесении повышается технологический выход.
Данная конструкция контактного покрытия позволяет получить высокие наработки герконов в режимах большой мощности (до 250 Вт). Результаты испытаний представлены в таблице №3.
В случаях, когда требуется высокая надежность работы геркона в широком диапазоне коммутируемых нагрузок - от микрорежимов до режимов повышенных мощностей - используют третий вариант предлагаемого контактного покрытия:
никель-молибденовый сплав толщиной 0,1÷10 мкм,
золото толщиной 0,1÷2,0 мкм,
рутений толщиной 0,1÷1,0 мкм,
золото-никелевый сплав толщиной 0,01÷1,5 мкм.
Предлагаемое контактное покрытие (вариант 3) за счет использования никель - молибденового подслоя взамен медно-никелевого сплава позволяет увеличить мощность геркона, а за счет использования золото-никелевого поверхностного слоя снизить и стабилизировать переходное электросопротивление.
В результате увеличивается надежность и срок службы геркона в широком диапазоне коммутируемых нагрузок.
Третий вариант конструкции геркона был опробован в опытных партиях геркона МКА-14103.
Результаты испытаний герконов представлены в таблице №4.
Как показывают результаты испытаний, герконы с предлагаемым
покрытием (третий вариант) выдерживают испытания в микрорежиме с максимальным сроком службы 108 срабатываний и в режимах до мощности 15 Вт дают наработку в 3÷5 раз большую, чем у прототипа.
Предлагаемая полезная модель позволяет за счет изменения конструкции контактного покрытия геркона, введением подслоя никель-молибденового сплава с последующим нанесением золото-никелевого сплава, золота и рутения:
- расширить диапазон коммутируемых нагрузок от микрорежима до мощности 250 Вт, охватив практически весь типоразмерный ряд герконов;
- повысить эрозионную стойкость герконов в заданных режимах;
- снизить себестоимость герконов, исключив полностью или частично, драгметаллы (золото и рутений);
- снизить трудоемкость процесса, используя унифицированные и упрощенные технологии нанесения покрытия.
Для каждого конкретного типа геркона экспериментально выбирают один из трех предлагаемых вариантов контактного покрытия и осуществляют подбор сочетания толщин в указанных для каждого варианта интервалах.
| Таблица №1.Сравнительные испытания герконов МКА14103 | |||||||
| №п/п | Вид покрытия, толщина, мкм | Rпер, Ом | Режимы испытаний | ||||
| 50 В, 50 мА, 50 Гц | 100 В, 100 мА, 50 Гц | 24 В, 0,4 А, 50 Гц | 30 В, 0,5 А, 20 Гц | ||||
| 1 | по прототипу | М-Н 0,6 | 0,07÷0,09 | 5×105 срабатываний | 5×105 срабатываний | 5×105 срабатываний | 5×103 срабатываний |
| Зл 0,4 | |||||||
| Ру 0,45 | |||||||
| 2 | предлагаемое (вариант 1) | Н-Мо 0,1÷10 | 0,07÷0,09 | 1,6×10 6 срабатываний | 4,2×10 6 срабатываний | 7×10 6 срабатываний | 4×10 6 срабатываний |
| Зл-Н 0,01÷1,5 | |||||||
| Таблица №2Сравнительные испытания герконов КЭМ-3 | |||||
| № п/п | Вид покрытия, толщина, мкм | Rпер, Ом | Режимы испытаний | ||
| 30 В, | 20 В, | ||||
| 0,25 А, | 0,5 А, | ||||
| 20 Гц | 50 Гц | ||||
| 1. | По прототипу | Зл 0,5÷1,0Ру 1,0÷2,0 | 0,07÷0,09 | 1×10 6 срабатываний | 4×10 3 срабатываний |
| 2. | Предлагаемое (вариант 2) | Н-Мо 0,1÷10 | 0,07÷0,09 | 2×10 6 срабатываний | 8×10 3 срабатываний |
| Зл 0,1÷2,0 | |||||
| Ру 0,1÷1,0 | |||||
| Таблица №3Сравнительные испытания герконов МКА-36201 | |||||
| № п/п | Вид покрытия, толщина, мкм | Rпер, Ом | Режимы испытаний | ||
| 36 В, | 250 В, | ||||
| 3 А, | 1 А, | ||||
| 5 Гц | 5 Гц | ||||
| 1. | По прототипу | Мо 6÷9 | 0,06÷0,07 | 1×10 4 срабатываний | 5×10 4 срабатываний |
| 2. | Предлагаемое (вариант 2) | Н-Мо 0,1÷10 | 0,03÷0,07 | 1,6×10 5 срабатываний | 1×10 6 срабатываний |
| Зл 0,1÷2,0 | |||||
| Ру 0,1÷1,0 | |||||
| Таблица №4Сравнительные испытания герконов. МКА-14103 | |||||||||
| № п/п | Вид покрытия толщина, мкм | Rпер Ом | Режимы испытаний | ||||||
| 5 мВ, 5 мкА, 100 Гц | 50 В, 10 мА, 100 Гц | 50 В, 50 мА, 50 Гц | 100 В, 100 мА, 50 Гц | 24 В, 0,4 А, 50 Гц | 30 В, 0,5 А, 20 Гц | ||||
| 1. | По прототипу | М-Н 0,6 Зл 0,4 Ру 0,45 | 0,07÷0,09 | 1×10 8 срабатываний | 1×10 8 срабатываний | 5×10 5 срабатываний | 5×10 5 срабатываний | 5×10 5 срабатываний | 5×10 3 срабатываний |
| 2. | Предлагаемый (вариант 3) | Н-Мо 0,1÷10 Зл 0,1÷2,0 Ру 0,1÷1,0 Зл-Н 0,01÷1,5 | 0,07÷0,09 | 1×10 8 срабатываний | 1×10 8 срабатываний | 1,5×10 6 срабатываний | 1,8×10 6 срабатываний | 1×10 6 срабатываний | 1×10 4 срабатываний |
Список литературы
1. Патент России на полезную модель №66109 H01H 1/66, H01H 1/02, опубл. 27.02.2007 г. бюл. №24
2. СЯO.360.020.ТУ, утв. 9.04.1997 г
3. Патент России на изобретение №2279149, H01H 1/02, опубл. 17.06.2006 г., бюл. №18.
4. Патент России на полезную модель №50714 H01H 1/66, Н01Н 1/02, опубл. 20.01.2006 г., бюл. №2.
1. Магнитоуправляемый контакт, содержащий стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, отличающийся тем, что контакт-детали на конце плющения имеют двухслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01÷1,5 мкм.
2. Магнитоуправляемый контакт, содержащий стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, отличающийся тем, что контакт-детали на конце плющения имеют трехслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм, слоя золота толщиной 0,1÷2,0 мкм и слоя рутения толщиной 0,1÷1,0 мкм.
3. Магнитоуправляемый контакт, содержащий стеклянный баллон, в торцах которого заварены ферромагнитные контакт-детали, отличающийся тем, что контакт-детали на конце плющения имеют четырехслойное покрытие, состоящее из слоя никель-молибденового сплава толщиной 0,1÷10 мкм, слоя золота толщиной 0,1÷2,0 мкм, слоя рутения толщиной 0,1÷1,0 мкм и слоя золото-никелевого сплава толщиной 0,01÷1,5 мкм.
