[go: up one dir, main page]

RU2750256C1 - Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts - Google Patents

Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts Download PDF

Info

Publication number
RU2750256C1
RU2750256C1 RU2020136461A RU2020136461A RU2750256C1 RU 2750256 C1 RU2750256 C1 RU 2750256C1 RU 2020136461 A RU2020136461 A RU 2020136461A RU 2020136461 A RU2020136461 A RU 2020136461A RU 2750256 C1 RU2750256 C1 RU 2750256C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
electrical
silver
copper
formation
Prior art date
Application number
RU2020136461A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Анатольевич Романов
Василий Витальевич Почетуха
Кирилл Валерьевич Соснин
Станислав Владимирович Московский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ"
Priority to RU2020136461A priority Critical patent/RU2750256C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750256C1 publication Critical patent/RU2750256C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/126Detonation spraying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • H01H1/023Composite material having a noble metal as the basic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the formation of coatings on copper electrical contacts, it can be used in electrical engineering. The method for applying electrical-erosion-resistant coatings based on silver and nickel containing nickel nitrides to copper electrical contacts includes an electric explosion of a two-layer composite electrically exploding conductor, one of the layers of which consists of a silver foil weighing 60-360 mg, and the second layer consists of a nickel foil equal to 0.5-2.0 of the mass of the first layer, the formation of a pulsed multiphase plasma jet from the explosion products, melting of the surface of the copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW/m2, deposition of the explosion products on the surface and the formation of a Ni-Ag system coating on it, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600°C and subsequent pulse-periodic electron beam treatment of the coating surface at an absorbed energy density of 40-60 J/cm2, pulse duration of 150-200 mcs and the number of pulses of 10-30.
EFFECT: formation of a surface layer with increased electrical conductivity and electrical-erosion resistance, which increases the service life and expands the scope of practical application of electrical contacts in electrical equipment.
1 cl, 3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии, в частности, к технологии получения на медных электрических контактах покрытий на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N, которые могут быть использованы в электротехнике как электроэрозионностойкие покрытия с высокой электропроводностью и адгезией с подложкой на уровне когезии.The invention relates to a technology for applying coatings on metal surfaces using concentrated energy flows, in particular, to a technology for obtaining coatings on copper electrical contacts based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N, which can be used in electrical engineering as electroerosion resistant coatings with high electrical conductivity and adhesion to the substrate at the level of cohesion.

Известен способ нанесения на контактные поверхности электроэрозионностойких молибден-медных композиционных покрытий с наполненной структурой [RU №2451111, МПК С23С 14/32, С23С 14/16, опубл. 20.05.2012], включающий использование концентрированного потока энергии для испарения исходных материалов молибдена и меди и конденсацию их на контактную поверхность. В качестве исходных материалов попеременно используют сначала фольгу меди массой 4…5 мг с навеской порошка молибдена массой 0,8…0,9 г, затем одну фольгу меди массой 175…185 мг, испарение осуществляют при пропускании по фольге электрического тока, вызывающего ее электрический взрыв, а конденсацию продуктов взрыва на контактную поверхность осуществляют при значении поглощаемой плотности мощности на упрочняемой поверхности 4,5…5,0 и 7,6…8,1 ГВт/м2 соответственно.A known method of applying to the contact surfaces of electroerosion-resistant molybdenum-copper composite coatings with a filled structure [RU No. 2451111, IPC C23C 14/32, C23C 14/16, publ. 20.05.2012], including the use of a concentrated energy flow for the evaporation of the starting materials of molybdenum and copper and their condensation on the contact surface. As starting materials, first copper foil weighing 4 ... 5 mg is used alternately with a sample of molybdenum powder weighing 0.8 ... 0.9 g, then one copper foil weighing 175 ... 185 mg, evaporation is carried out by passing an electric current through the foil, causing its electric explosion, and the condensation of explosion products on the contact surface is carried out at a value of the absorbed power density on the surface to be hardened 4.5 ... 5.0 and 7.6 ... 8.1 GW / m 2, respectively.

Недостатком способа является низкая стабильность структуры в процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями. В процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями происходит оплавление их поверхности, под воздействием искрообразования и возникновения электрической дуги возникает локальное оплавление и разбрызгивание металла, в результате чего металлическое изделие нарушает свою целостность, изменяет размеры и форму. Поскольку вольфрам и медь являются несмешивающимися компонентами во всем температурном и концентрационном интервале, при взаимодействии искры или дуги при коммутации контактов на поверхности покрытия возникают различного вида дефекты. В процессе испытаний легкоплавкая медь испаряется и основным элементом покрытия становится вольфрам, который образует матрицу с включениями меди с размерами порядка нескольких микрометров [Электровзрывное напыление износо- и электроэрозионностойких покрытий / Д.А. Романов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов. - Новокузнецк: Изд-во ООО «Полиграфист», 2014. - 203 с.]. Это может стать причиной преждевременного отказа в работе электрических контактов. Кроме того, для ряда практических применений электрических контактов, помимо электроэрозионной стойкости необходима высокая твердость.The disadvantage of this method is the low stability of the structure during the operation of electrical contacts with such coatings. During the operation of electrical contacts with such coatings, their surface melts, under the influence of sparking and the occurrence of an electric arc, local melting and splashing of metal occurs, as a result of which the metal product violates its integrity, changes its size and shape. Since tungsten and copper are immiscible components in the entire temperature and concentration range, during the interaction of a spark or arc during the switching of contacts, various types of defects appear on the coating surface. In the process of testing, low-melting copper evaporates and tungsten becomes the main element of the coating, which forms a matrix with copper inclusions with dimensions of the order of several micrometers [Electroexplosive spraying of wear- and electroerosion-resistant coatings / D.A. Romanov, E.A. Budovskikh, V.E. Gromov, Yu.F. Ivanov. - Novokuznetsk: Publishing house of LLC "Polygraphist", 2014. - 203 p.]. This can cause premature failure of electrical contacts. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to EDM resistance, high hardness is required.

Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе оксида кадмия и серебра на медные электрические контакты [RU №2663022, МПК С23С 4/10, С23С 4/12, H01H 1/02, опубл. 01.08.2018], включающий электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка оксида кадмия массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы CdO-Ag и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.Closest to the claimed is a method of applying electroerosion-resistant coatings based on cadmium oxide and silver on copper electrical contacts [RU No. 2663022, IPC C23C 4/10, C23C 4/12, H01H 1/02, publ. 08/01/2018], including an electric explosion of a composite electrically explosive conductor, consisting of a two-layer flat silver shell weighing 60-360 mg and a core in the form of cadmium oxide powder weighing 0.5-2.0 shell mass, the formation of a pulsed multiphase the plasma jet, the surface of its melting copper in electrical contact with the absorbed power density 4.5-6.5 GW / m 2, the deposition on the surface of the explosion products with the formation thereon of composite coating CdO-Ag system, and the subsequent periodic pulsed electron-beam treatment of the surface coatings with an absorbed energy density of 40-60 J / cm 2 , a pulse duration of 150-200 μs and a number of pulses of 10-30.

Недостатком способа является низкая стабильность структуры в процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями, а также их низкая электропроводность. В процессе эксплуатации электрических контактов с такими покрытиями происходит оплавление их поверхности, под воздействием искрообразования и возникновения электрической дуги возникает локальное оплавление и разбрызгивание металла, в результате чего металлическое изделие нарушает свою целостность, изменяет размеры и форму. При коммутации контактов на поверхности покрытия CdO-Ag возникают пары и дым. Образующиеся в результате оплавления монооксида кадмия электрической дугой, пары и дым являются токсичными и ядовитыми для человека. В процессе испытаний легкоплавкое серебро испаряется и основным элементом покрытия становится монооксид кадмия, который образует матрицу с включениями серебра с размерами порядка нескольких микрометров [Структура и электроэрозионная стойкость медных электрических контактов, модифицированных электровзрывным методом / Д.А. Романов, С.В. Московский, В.Е. Громов и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2019. - Т 16. - №1. С. 62-70]. Это может стать причиной преждевременного отказа в работе электрических контактов. Низкая электропроводность покрытий вызывает перегрев электрических контактов в процессе эксплуатации, в результате чего уменьшается ресурс их работы. Кроме того для ряда практических применений электрических контактов помимо электроэрозионной стойкости необходима высокая твердость.The disadvantage of this method is the low stability of the structure during the operation of electrical contacts with such coatings, as well as their low electrical conductivity. During the operation of electrical contacts with such coatings, their surface melts, under the influence of sparking and the occurrence of an electric arc, local melting and splashing of metal occurs, as a result of which the metal product violates its integrity, changes its size and shape. When the contacts are switched, vapors and smoke appear on the surface of the CdO-Ag coating. Vapors and fumes resulting from the reflow of cadmium monoxide by an electric arc are toxic and poisonous to humans. In the process of testing low-melting silver evaporates and the main element of the coating becomes cadmium monoxide, which forms a matrix with silver inclusions with sizes of the order of several micrometers [Structure and electroerosion resistance of copper electrical contacts modified by the electroexplosive method / D.А. Romanov, S.V. Moskovsky, V.E. Gromov et al. // Fundamental problems of modern materials science. - 2019. - T 16. - No. 1. S. 62-70]. This can cause premature failure of electrical contacts. Low electrical conductivity of coatings causes overheating of electrical contacts during operation, as a result of which their service life decreases. In addition, for a number of practical applications of electrical contacts, in addition to EDM resistance, high hardness is required.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является получение композиционных покрытий на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N с наполненной микрокристаллической структурой, обладающих высокой стабильностью структуры, когезией между серебряно-никелевой матрицей и фазами нитридов никеля Ni3N и Ni4N, высокой степенью гомогенизации структуры поверхностного слоя, зеркальным блеском поверхности, высокой электропроводностью и электроэрозионной стойкостью.The technical problem solved by the claimed invention is to obtain composite coatings based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N with a filled microcrystalline structure, having high structural stability, cohesion between the silver-nickel matrix and the phases of nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N, a high degree of homogenization of the surface layer structure, a mirror-like gloss of the surface, high electrical conductivity and electrical discharge resistance.

Существующая техническая проблема реализуется способом нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе серебра, никеля и нитридов никеля на медные электрические контакты, включающем электрический взрыв двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника, один из слоев которого состоит из серебряной фольги массой 60-360 мг, а второй слой - из никелевой фольги равной 0,5-2,0 массы первого слоя, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней покрытия системы Ni-Ag, азотирование в течение 3-5 часов при температуре 500-600°С и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве 10-30 импульсов.The existing technical problem is realized by the method of applying electroerosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides on copper electrical contacts, including an electric explosion of a two-layer composite electrically explosive conductor, one of the layers of which consists of a silver foil weighing 60-360 mg, and the second layer is made of nickel foil equal to 0.5-2.0 mass of the first layer, formation of a pulsed multiphase plasma jet from the explosion products, melting the surface of a copper electrical contact with it at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m 2 , deposition of explosion products on the surface and forming a coating of the Ni-Ag system on it, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600 ° C and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the coating surface with an absorbed energy density of 40-60 J / cm 2 , pulse duration 150- 200 μs and the number of 10-30 pulses.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что, при электрическом взрыве двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника состава Ni-Ag продукты разрушения образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности медных электрических контактов покрытия на основе серебра и никеля. Электровзрывное напыление приводит к формированию покрытия с высокой адгезией с медной подложкой. Азотирование электровзрывных покрытий приводит к формированию в покрытии нитридов никеля Ni3N и Ni4N (установлено методом рентгенофазового анализа), которые обладают высокой электропроводностью, дугостойкостью и твердостью. Применение серебра и нитридов никеля Ni3N и Ni4N обеспечивает высокую электропроводность формируемых покрытий. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка приводит к формированию в покрытии высокодисперсной и однородной структуры. Поверхность покрытия приобретает зеркальный блеск. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании поверхностного слоя с повышенной электропроводностью и электроэрозионной стойкостью, что увеличивает срок службы и расширяет область практического применения электрических контактов в электротехнической аппаратуре. Кроме того, повышается безопасность обслуживающего электрические устройства персонала вследствие применения экологически чистых нетоксичных материалов.The technical result obtained during the implementation of the invention consists in the fact that, with an electric explosion of a two-layer composite electrically explosive conductor of the composition Ni-Ag, the destruction products form a plasma jet, which serves as a tool for forming a coating based on silver and nickel on the surface of copper electrical contacts. Electroexplosive spraying leads to the formation of a coating with high adhesion to the copper substrate. Nitriding of electroexplosive coatings leads to the formation of nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N in the coating (established by X-ray phase analysis), which have high electrical conductivity, arc resistance and hardness. The use of silver and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N provides high electrical conductivity of the formed coatings. Pulsed-periodic electron-beam treatment leads to the formation of a highly dispersed and homogeneous structure in the coating. The surface of the coating acquires a mirror-like shine. The advantage of the proposed method in comparison with the prototype is the formation of a surface layer with increased electrical conductivity and electrical discharge resistance, which increases the service life and expands the field of practical application of electrical contacts in electrical equipment. In addition, the safety of personnel operating electrical devices is increased due to the use of environmentally friendly non-toxic materials.

Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при электровзрывном напылении на медных электрических контактах путем электрического взрыва двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2 происходит формирование покрытия на основе серебра и никеля. Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 4,5-6,5 ГВт/м2, установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 4,5 ГВт/м2 не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из меди, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 6,5 ГВт/м2 происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы серебряной фольги менее 60 мг становится невозможным изготовление из нее двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника. При значении массы серебряной фольги более 360 мг покрытие на основе серебра и никеля на медных электрических контактах обладает большим количеством дефектов. При значении массы никеля менее 0,5 или более 2,0 массы фольги покрытие на основе серебра и никеля на медных электрических контактах также обладает дефектной структурой. Граница электровзрывного покрытия с медной подложкой не является ровной, что позволяет увеличить адгезию покрытия с подложкой.Studies by scanning electron microscopy have shown that when electroexplosive spraying on copper electrical contacts by means of an electric explosion of a two-layer composite electrically explosive conductor at an absorbed power density of 4.5-6.5 GW / m 2 , a coating is formed based on silver and nickel. The specified mode, in which the absorbed power density is 4.5-6.5 GW / m 2 , is established empirically and is optimal, since at an exposure intensity below 4.5 GW / m 2, no relief is formed between the coating and the copper substrate. whereby the coating may peel, and above 6.5 GW / m 2 is formed developed relief surface of the sprayed coating. When the mass of the silver foil is less than 60 mg, it becomes impossible to manufacture a two-layer composite electrically explosive conductor from it. With a silver foil mass of more than 360 mg, the silver and nickel-based coating on copper electrical contacts has a large number of defects. If the mass of nickel is less than 0.5 or more than 2.0 mass of the foil, the coating based on silver and nickel on copper electrical contacts also has a defect structure. The boundary of the electroexplosive coating with the copper substrate is not even, which makes it possible to increase the adhesion of the coating to the substrate.

При времени азотирования менее 3 часов и температуре ниже 500°С поверхностный слой электровзрывных покрытий на основе серебра и никеля слабо насыщается ионами азота, что не обеспечивает формирование нитридов никеля Ni3N и Ni4N. При времени азотирования более 5 часов и температуре выше 600°С в поверхностном слое электровзрывных покрытий на основе серебра и никеля насыщение покрытие азотом прекращается.At a nitriding time of less than 3 hours and a temperature below 500 ° C, the surface layer of electroexplosive coatings based on silver and nickel is weakly saturated with nitrogen ions, which does not ensure the formation of nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N. At a nitriding time of more than 5 hours and a temperature above 600 ° С in the surface layer of electroexplosive coatings based on silver and nickel, the saturation of the coating with nitrogen stops.

Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка поверхности электровзрывного покрытия с поверхностной плотностью поглощаемой энергии 40-60 Дж/см2, длительностью импульсов 150-200 мкс, количеством импульсов 10-30 приводит к выглаживанию рельефа поверхности до образования зеркального блеска. Толщина модифицированных слоев после электронно-пучковой обработки изменяется в пределах от 20 до 40 мкм и незначительно увеличивается с ростом плотности энергии пучка электронов. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка, сопровождающаяся переплавлением слоя покрытия приводит к формированию в нем более дисперсной и однородной композиционной наполненной структуры [Мэттьюз М., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.] на основе серебряно-никелевой матрицы и включений нитридов никеля Ni3N и Ni4N. Указанный режим является оптимальным, поскольку при поверхностной плотности энергии меньше 40 Дж/см2, длительности импульсов короче 150 мкс, количестве импульсов менее 10 имп. не происходит образования однородной структуры на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N. При поверхностной плотности энергии больше 60 Дж/см2, длительности импульсов длиннее 200 мкс, количестве импульсов более 30 имп. происходит формирование рельефа поверхности.Pulse-periodic electron-beam treatment of the surface of an electroexplosive coating with a surface density of absorbed energy of 40-60 J / cm 2 , a pulse duration of 150-200 μs, a number of pulses of 10-30 leads to smoothing of the surface relief until a specular sheen is formed. The thickness of the modified layers after electron-beam processing varies in the range from 20 to 40 μm and slightly increases with an increase in the energy density of the electron beam. Pulsed-periodic electron-beam processing, accompanied by remelting of the coating layer leads to the formation of a more dispersed and uniform composite filled structure in it [Matthews M., Rawlings R. Composite materials. Mechanics and technology. - M .: Tekhnosfera, 2004. - 408 p.] On the basis of a silver-nickel matrix and inclusions of nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N. This mode is optimal, since at a surface energy density less than 40 J / cm 2 , the pulse duration shorter than 150 μs, the number of pulses is less than 10 impulses. there is no formation of a homogeneous structure based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N. When the surface energy density is more than 60 J / cm 2 , the pulse duration is longer than 200 μs, the number of pulses is more than 30 pulses. the formation of the surface relief occurs.

Электроэрозионную стойкость покрытий, полученных заявленным способом, в условиях дуговой эрозии измеряли на контактах электромагнитных пускателей марки ПМА 4100. Испытания на коммутационную износостойкость в режиме АС-4 согласно ГОСТу [ГОСТ 2933-83. Испытание на механическую и коммутационную износостойкость. Аппараты электрические низковольтные методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 26 с.] проводили на испытательном комплексе ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» (г. Новокузнецк) при токе коммутирования 378 А, который в 6 раз превышал номинальный, и cosϕ=0,35. Число циклов включений-отключений до полного разрушения составило ~11000-12000. Это превышает требования ГОСТа согласно которому число циклов включений-отключений до полного разрушения для таких контактов должно составлять 10000.The electrical discharge resistance of coatings obtained by the claimed method under arc erosion conditions was measured at the contacts of electromagnetic starters of the PMA 4100 brand. Tests for switching wear resistance in the AC-4 mode according to GOST [GOST 2933-83. Test for mechanical and switching endurance. Electrical low-voltage test methods. - M .: Publishing house of standards, 1983. - 26 p.] Was carried out at the test complex of the Siberian State Industrial University (Novokuznetsk) at a switching current of 378 A, which was 6 times higher than the nominal, and cosϕ = 0 , 35. The number of on-off cycles until complete destruction was ~ 11000-12000. This exceeds the requirements of GOST according to which the number of on-off cycles until complete destruction for such contacts should be 10,000.

Испытания покрытий на электроэрозионную стойкость в условиях искровой эрозии проводили при точечном контакте. Ток составлял 3А и напряжение - 220 В. После 10000 включений-отключений измеряли потерю массы образца. Формирующиеся в предлагаемом способе покрытия обладают большей электроэрозионной стойкостью в условиях искрового разряда по сравнению с электротехнической медью марки М00. Относительное изменение электроэрозионной стойкости в условиях искровой эрозии покрытий с композиционной наполненной структурой mэ/m составляет 9,8, где mэ - потеря массы меди марки М00, принятой за эталон при 10000 циклов включений-отключений.Tests of coatings for electrical discharge resistance under spark erosion conditions were carried out at point contact. The current was 3A and the voltage was 220 V. After 10,000 switching on-off, the weight loss of the sample was measured. The coatings formed in the proposed method have a higher electrical discharge resistance under spark discharge conditions in comparison with electrical copper grade M00. The relative change in electrical discharge resistance under spark erosion of coatings with a composite filled structure m e / m is 9.8, where m e is the mass loss of copper grade M00, taken as a standard at 10,000 on-off cycles.

Измерение удельной электропроводности покрытий производили с использованием измерителя электропроводности Константа К6. Значение удельной электропроводности покрытий на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N превышает на 4% удельную электропроводность покрытий, полученных в прототипе.The measurement of the specific electrical conductivity of the coatings was carried out using a constant K6 electrical conductivity meter. The value of the electrical conductivity of coatings based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N exceeds by 4% the electrical conductivity of the coatings obtained in the prototype.

Способ иллюстрируется рисунками, где:The method is illustrated in the figures, where:

на фиг. 1 представлена структура поперечного сечения поверхностного слоя композиционного покрытия на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N, - покрытие получено на электротехнической меди марки М00;in fig. 1 shows the structure of the cross-section of the surface layer of a composite coating based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N, - the coating is obtained on electrical copper grade M00;

на фиг. 2 - структура поперечного сечения поверхностного слоя композиционного покрытия на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N с медной подложкой (марка меди М00);in fig. 2 - the structure of the cross-section of the surface layer of the composite coating based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N with a copper substrate (copper grade M00);

на фиг. 3 - структура композиционного покрытия на основе серебра, никеля и нитридов никеля Ni3N и Ni4N.in fig. 3 - structure of a composite coating based on silver, nickel and nickel nitrides Ni 3 N and Ni 4 N.

Примеры конкретного осуществления способа:Examples of specific implementation of the method:

Пример 1.Example 1.

Обработке подвергали контактную поверхность медного электрического контакта командоконтроллера ККТ 61 площадью 1,5 см2. Использовали двухслойный композиционный электрически взрываемый проводник, один из слоев которого состоял из серебряной фольги массой 60 мг, а второй слой - из никелевой фольги массой 30 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5 ГВт/м2 и формировали на ней электровзрывное покрытие системы Ni-Ag. Азотирование проводили в течение 3 часов при температуре 500°С. Последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия проводили при поверхностной плотности энергии 40 Дж/см2, длительности импульсов - 150 мкс, количестве импульсов - 10 имп. Азотирование и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку проводили на установке «КОМПЛЕКС» (объект инфраструктуры зарегистрирован на сайте http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/03_06.html).The processing was applied to the contact surface of the copper electrical contact of the KKT 61 controller with an area of 1.5 cm 2 . A two-layer composite electrically explosive conductor was used, one of the layers of which consisted of a 60 mg silver foil, and the second layer consisted of a 30 mg nickel foil. Formed plasma jet melts the surface of the copper electric contact when the absorbed power density of 4.5 GW / m 2 and formed thereon electroexplosive coating Ni-Ag system. Nitriding was carried out for 3 hours at a temperature of 500 ° C. Subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment of the coating surface was carried out at a surface energy density of 40 J / cm 2 , a pulse duration of 150 μs, and a number of pulses of 10 pulses. Nitriding and subsequent pulse-periodic electron-beam processing were carried out on the COMPLEX installation (the infrastructure object is registered on the website http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu /unikuum/03_06.html).

Получили электроэрозионностойкое покрытие с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии. На ООО «Мысковский завод электромонтажных изделий» (Кемеровская область - Кузбасс, г. Мыски) медные контакты, упрочненные заявляемым способом, показали увеличенный ресурс коммутационного износа в 1,9…2,3 раза по сравнению с серийными контактами.Received an electroerosion-resistant coating with high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion. At LLC Myskovsky Plant of Electrical Installation Products (Kemerovo Region - Kuzbass, Myski), copper contacts, strengthened by the claimed method, showed an increased switching wear resource by 1.9 ... 2.3 times compared to serial contacts.

Пример 2.Example 2.

Обработке подвергали медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марок ПВИ-320А площадью 0,8 см2. Использовали двухслойный композиционный электрически взрываемый проводник, один из слоев которого состоял из серебряной фольги массой 360 мг, а второй слой - из никелевой фольги массой 720 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли медную электроконтактную поверхность контактов пускателей марок ПВИ-320А при поглощаемой плотности мощности 6,5 ГВт/м2 и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы Ni-Ag. Азотирование проводили в течение 5 часов при температуре 600°С. Последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия проводили при поверхностной плотности энергии 60 Дж/см2, длительности импульсов - 200 мкс, количестве импульсов - 30 имп. Азотирование и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку проводили на установке «КОМПЛЕКС» (объект инфраструктуры зарегистрирован на сайте http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/03_06.html).Copper electrical contact surface of contacts of starters of PVI-320A brands with an area of 0.8 cm 2 was subjected to processing. A two-layer composite electrically explosive conductor was used, one of the layers of which consisted of a silver foil with a mass of 360 mg, and the second layer consisted of a nickel foil with a mass of 720 mg. Formed plasma jet melts the copper electric-starter surface contacts marks PVI-320A when the absorbed power density of 6.5 GW / m 2 and formed thereon a composite coating electroexplosive Ni-Ag system. Nitriding was carried out for 5 hours at a temperature of 600 ° C. Subsequent repetitively pulsed electron-beam treatment of the coating surface was carried out at a surface energy density of 60 J / cm 2 , a pulse duration of 200 μs, and a number of pulses of 30 pulses. Nitriding and subsequent pulse-periodic electron-beam processing were carried out on the COMPLEX installation (the infrastructure object is registered on the website http://www.ckp-rf.ru https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu /unikuum/03_06.html).

Получили электроэрозионностойкое покрытие с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии. На ООО «Ремкомплект», г. Новокузнецк медные контакты, упрочненные заявляемым способом, показали ресурс коммутационного износа на уровне в 2,4 раза выше контактов пускателей марок ПВИ-320А.Received an electroerosion-resistant coating with high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion. At OOO Remkomplekt, Novokuznetsk, copper contacts, hardened by the claimed method, showed a switching wear resource at a level 2.4 times higher than the contacts of PVI-320A starters.

Claims (1)

Способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе серебра и никеля, содержащих нитриды никеля, на медные электрические контакты, включающий электрический взрыв двухслойного композиционного электрически взрываемого проводника, один из слоев которого состоит из серебряной фольги массой 60-360 мг, а второй слой - из никелевой фольги, равной 0,5-2,0 массы первого слоя, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней покрытия системы Ni-Ag, азотирование в течение 3-5 часов при температуре 500-600°С и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве 10-30 импульсов.A method of applying electroerosion-resistant coatings based on silver and nickel containing nickel nitrides on copper electrical contacts, including an electric explosion of a two-layer composite electrically explosive conductor, one of the layers of which consists of a silver foil weighing 60-360 mg, and the second layer is of nickel foil, 0.5-2.0 equal weight of the first layer, the formation of explosive products polyphase pulse plasma jet, its melting copper surface in electrical contact with the absorbed power density 4.5-6.5 GW / m 2, the deposition on the surface of the explosion products and the formation of on it coatings of the Ni-Ag system, nitriding for 3-5 hours at a temperature of 500-600 ° C and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the coating surface with an absorbed energy density of 40-60 J / cm 2 , pulse duration 150-200 μs and the number of 10-30 pulses.
RU2020136461A 2020-11-03 2020-11-03 Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts RU2750256C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136461A RU2750256C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136461A RU2750256C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750256C1 true RU2750256C1 (en) 2021-06-24

Family

ID=76504783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136461A RU2750256C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750256C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767326C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts
RU2768068C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts
RU2768806C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method for application of electroerosion-resistant coatings based on silver, cobalt and cobalt nitrides on copper electrical contacts
RU2768808C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU2769782C1 (en) * 2021-10-28 2022-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU210556U1 (en) * 2022-01-12 2022-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" CONTACT BRIDGE OF ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE
RU210560U1 (en) * 2022-01-12 2022-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВО "СИбГИУ" VACUUM CONTACTOR
RU2834114C1 (en) * 2024-09-18 2025-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method for electroexplosive sputtering of electroerosion-resistant composite coating containing matrix based on silver and nickel with inclusions of titanium diboride on copper electrical contact

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077100A (en) * 1989-10-17 1991-12-31 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method for forming electrical connections between copper conductors
RU2546940C1 (en) * 2013-12-16 2015-04-10 Денис Анатольевич Романов Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts
RU2623546C2 (en) * 2015-10-13 2017-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper to electric copper contacts
RU2663023C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electric erosion-resistant coatings based on tin and silver oxides onto the copper electric contacts
RU2663022C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077100A (en) * 1989-10-17 1991-12-31 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method for forming electrical connections between copper conductors
RU2546940C1 (en) * 2013-12-16 2015-04-10 Денис Анатольевич Романов Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts
RU2623546C2 (en) * 2015-10-13 2017-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper to electric copper contacts
RU2663023C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electric erosion-resistant coatings based on tin and silver oxides onto the copper electric contacts
RU2663022C1 (en) * 2017-07-26 2018-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767326C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts
RU2768068C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts
RU2768806C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method for application of electroerosion-resistant coatings based on silver, cobalt and cobalt nitrides on copper electrical contacts
RU2768808C1 (en) * 2021-10-28 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU2769782C1 (en) * 2021-10-28 2022-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU210556U1 (en) * 2022-01-12 2022-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" CONTACT BRIDGE OF ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE
RU210560U1 (en) * 2022-01-12 2022-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВО "СИбГИУ" VACUUM CONTACTOR
RU2834114C1 (en) * 2024-09-18 2025-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method for electroexplosive sputtering of electroerosion-resistant composite coating containing matrix based on silver and nickel with inclusions of titanium diboride on copper electrical contact

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2750256C1 (en) Method for applying electric-erosion-resistant coatings based on silver, nickel and nickel nitrides to copper electrical contacts
RU2750255C1 (en) Method for applying electrical erosion resistant coatings based on silver, tungsten carbides and tungsten mononitride on electric copper contacts
RU2623546C2 (en) Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper to electric copper contacts
RU2663022C1 (en) Method of application of electroerousion-resistant coatings based on oxide cadmium and silver onto copper electrical contacts
SU1069611A3 (en) Tool electrode for electrical discharge cutting
RU2663023C1 (en) Method of application of electric erosion-resistant coatings based on tin and silver oxides onto the copper electric contacts
RU2545852C1 (en) Method of application of electrical erosion-resistant coatings based on molybdenum and copper on copper electric contacts
Jung et al. Anodic dissolution characteristics and electrochemical migration lifetimes of Sn solder in NaCl and Na2SO4 solutions
Irimiciuc et al. Investigation of laser‐produced plasma multistructuring by floating probe measurements and optical emission spectroscopy
RU2699487C1 (en) Method for application of electroerosion-resistant coatings based on zinc oxide and silver on copper electric contacts
RU2546940C1 (en) Method for application of electroerosion-resistant coatings based on carbonaceous wolfram, wolfram and copper to copper electric contacts
RU2537687C1 (en) Method for application of erosion-resistant coatings based on carbonaceous molybdenum, molybdenum and copper to copper electric contacts
KR20130086238A (en) Method for manufacturing surface treatment metal material
RU2768806C1 (en) Method for application of electroerosion-resistant coatings based on silver, cobalt and cobalt nitrides on copper electrical contacts
RU2768068C1 (en) Method of application of electroerosion-resistant coatings of cd-ag-n system on copper electrical contacts
DE973070C (en) Method of manufacturing a spark generator
RU2665689C1 (en) Method of manufacture of reed switch with nitrogen contact sites
RU2769782C1 (en) METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Ni-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU2767326C1 (en) Method of application of electroerosion-resistant coatings of sno2-in2o3-ag-n system to copper electrical contacts
RU2768808C1 (en) METHOD FOR APPLICATION OF ELECTROEROSION-RESISTANT COATINGS OF THE Mo-C-Ag-N SYSTEM ON COPPER ELECTRIC CONTACTS
RU2617190C2 (en) Method of tungsten, nickel and copper-based electro-erosion resistant coatings application onto copper electric contacts
RU2699486C1 (en) Method for application of electroerosion-resistant coatings based on copper and silver oxide on copper electric contacts
RU2843374C1 (en) Method for electro-explosive sputtering of electro-erosion-resistant coating containing tungsten, molybdenum, copper, nickel and silver, on copper electrical contact
RU2539138C1 (en) Method for application of erosion-resistant coatings based on diboride titanium and copper to copper electric contacts
Trinh et al. The role of microstructure and surface topography in the electrical behavior of Sn-coated Cu contacts