WO2010077183A1 - Separable electrical contact connection and method for processing same - Google Patents
Separable electrical contact connection and method for processing same Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010077183A1 WO2010077183A1 PCT/RU2009/000738 RU2009000738W WO2010077183A1 WO 2010077183 A1 WO2010077183 A1 WO 2010077183A1 RU 2009000738 W RU2009000738 W RU 2009000738W WO 2010077183 A1 WO2010077183 A1 WO 2010077183A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- contact
- gallium
- alloy
- flux
- metal coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C28/00—Alloys based on a metal not provided for in groups C22C5/00 - C22C27/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
- H01R4/28—Clamped connections, spring connections
- H01R4/30—Clamped connections, spring connections utilising a screw or nut clamping member
- H01R4/304—Clamped connections, spring connections utilising a screw or nut clamping member having means for improving contact
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
- H01R4/28—Clamped connections, spring connections
- H01R4/30—Clamped connections, spring connections utilising a screw or nut clamping member
- H01R4/34—Conductive members located under head of screw
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
- H01R13/02—Contact members
- H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
Definitions
- the invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the manufacture of electrical equipment used in all existing industrial facilities, one of the main elements of which are collapsible electrical contact connections (REKS), including contact details.
- REKS collapsible electrical contact connections
- This group of inventions can be used in the processing of current-carrying contact surfaces of contact parts used in the manufacture of a collapsible electrical contact connection (REKS) containing two or more of these contact parts.
- REKS collapsible electrical contact connection
- a conditional contact area is formed, which is determined by the part of the working surface on which contact occurs contact parts and the effective contact area over which electric current passes from one contact part to another. Moreover, the effective contact area is only part of the conditional contact area. The discrepancy between the effective contact area and the conditional contact area in the REKS is the result of incomplete contact of the contact surfaces of the contact parts.
- Collapsible electrical contact joints are known in which the conductive surfaces of the contact parts are coated with an alloy based on tin or silver or nickel, etc., but the deposition technology is expensive and is applicable only in a stationary production environment.
- the alloy with the specified composition of the components limits the ability to control the properties of the alloy, such as mechanical hardness, corrosion resistance, electrical conductivity.
- the closest analogue adopted for the prototype in relation to the device is a collapsible contact connecting device, in which the reduction of the transient electrical resistance is achieved by coating the current-carrying surfaces of the contact parts, namely a coating based on a gallium alloy with a thickness of at least 15 ⁇ m, which prevents the formation of surfaces of contact parts of oxide and sulfide films having high electrical resistivity (RU patent for utility model JVb 8530, op. 16.11.1998).
- This technical solution is aimed at reducing and stabilizing the transient electrical resistance, but does not solve the problem of increasing the effective contact area.
- the low percentage of gallium in the alloy gives an increase in the electrical resistivity of the layer formed by this alloy, which increases the transient electrical resistance of the joint as a whole and reduces the reliability of the contact joint and worsens its operational parameters.
- the main method of assembling REKS is a bolted connection.
- the effective contact area is the contact surface in the area of the bolt head (area of the thrust washer).
- the remaining contact surface as a result of the relative surface roughness, low rigidity of the connecting structure has an incomplete fit of the contact surfaces and, as a result, has an increased transient electrical resistance already at the time of assembly, which increases during the period of operation as a result of access of the oxidizing medium.
- the effective contact area operates in high load mode during current transmission, as it is less than the conventional contact area.
- the increase in transient electrical resistance as a result of oxidation processes on the contact surface of the compound and the increased load during current transmission lead to instability of the modes of electrical consumers, exceeding the temperature conditions of the electrical installation as a whole and loss of electricity.
- a method of treating contact surfaces of a collapsible electrical contact connector in which a reduction in transient electric resistance is achieved by applying a special coating to the current-carrying surfaces of contact parts, namely, applying a gallium alloy with a coating thickness of at least 15 microns, which prevents the formation of contact parts oxide and sulfide films having a high electrical resistivity.
- This technical solution is aimed at reducing and stabilizing the transient electrical resistance, but does not solve the problem of increasing the effective contact area.
- the closest analogue adopted for the prototype in relation to the method is a method of treating contact surfaces of a collapsible electrical contact connection, including cleaning the contact surfaces from an oxide film using flux, heating the contact surface, mechanically cleaning and applying a metal coating on it, while heating is carried out to temperature 40-45 ° C, the deposition of a metal coating is carried out using local contact melting, and a layer of g is applied as a metal coating llievogo alloy having a melting temperature not above 30 ° C, not more than 0.1 mm thick (patent RU N ° 2,301,847, op. 27.06.2007).
- the disadvantages of the method include the following: 1.
- the flux solution is applied once, and then heating and mechanical cleaning take place.
- the amount of flux on the contact surface is minimal, since the flux is removed during mechanical cleaning and partially evaporates when the surface is heated.
- To treat the contact surface especially if we take into account the duration of the entire time period of the deposition of the alloy, to obtain maximum wettability of the contact surface, a constant presence on the surface of the flux during the entire time of deposition of the alloy is necessary.
- the flux removes the oxide film from the contact surface and prevents it from forming over the entire period of treatment of the contact surface. In the prototype, this condition is not satisfied.
- the contact surface is not neutralized from the remainder of the flux and even with a very small amount on the contact surface, the etching process continues, which destroys the contact surface.
- the application of the alloy on the contact surface with a thickness of not more than 0.1 mm does not allow to form a layer capable of improving and increasing the effective contact area, since in practice the layer of the specified thickness completely diffuses into the contact surface and does not allow to increase the effective contact area.
- Alloy with the specified composition of the components limits the possibility of: regulating the melting temperature of the alloy, and, therefore, limits the possibility of regulating the temperature of the technological process of processing the contact surface; - regulation of the properties of the alloy, such as mechanical hardness, corrosion resistance, electrical conductivity.
- the problem to which this invention is directed is to create a reliable, efficient in operation collapsible electrical connection, improve the quality of preparation of the contact surface and increase the load capacity of a collapsible electrical contact connection by increasing its effective contact surface, while ensuring the stability of the characteristics of the transient electrical resistance in the process operation.
- the metal coating is made of an alloy of the following composition: gallium - 64 ⁇ 99, 9999, indium - 0.001 + 35, tin - 0.001 ⁇ 28, silver - 0.001 ⁇ 7.5, cadmium - 0.001 ⁇ 5, zinc - 0.001 + 5, copper -0.0001 ⁇ S, aluminum - 0.000 l ⁇ l 2 this metal coating is made with a thickness of 0.1-0.5 mm.
- Contact details can be made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead, aluminum, grades AO ⁇ ADZ IT and its alloys.
- the task in terms of the method is solved by the fact that in the method of processing current-carrying contact surfaces of contact parts of a collapsible electrical contact connection, including processing current-carrying contact surfaces of contact parts in order to remove an oxide film by applying a liquid flux to these surfaces, heating the current-carrying contact surfaces of contact details their mechanical cleaning, applying a metal coating, which is used as a gallium-based alloy, according to the invention, initially carry out chemical treatment - etching of the contact surfaces with a first flux solution, followed by its neutralization and cleaning of the contact surfaces from the results of chemical treatment - etching, then carry out mechanical cleaning of the indicated contact surfaces by grinding, after which they are heated and metal coated gallium-based alloy in the environment of the second flux solution, after the deposition of the metal coating, the flux residues are neutralized to stop the etching process.
- composition of the metal coating alloy is as follows, May,%: gallium -64 ⁇ 99.9999, indium - 0.001 ⁇ 35, tin - 0.001 ⁇ 28, silver - 0.001 ⁇ 7.5, cadmium - 0.001 ⁇ 5, zinc - 0.001 ⁇ 25, copper - 0.0001 ⁇ 10, aluminum - 0.0001 ⁇ 12
- the metal coating is applied with a layer thickness of 0.1-0.5 mm.
- the contact surface is heated between 10-70 ° C.
- the first flux solution is prepared on the basis of hydrochloric acid with a concentration of 5-35% or on the basis of alkali with a concentration of 5-18%.
- As the second flux a solution similar to the first flux solution with a concentration of 1.5-2.5 times lower than the concentration of the first flux solution is used.
- the melting temperature of the metal coating of the gallium alloy is 9.0-30.8 ° C.
- the drawing shows a collapsible contact electrical connection containing contact parts 1, 2, the current-transmitting surfaces of which contain a coating containing a saturated layer of alloy 3 and layers 4, 5, diffused , respectively, in the contact parts 1 and 2.
- the coating is made of an alloy based on gallium of the following composition: gallium - 64 ⁇ 99.9999, indium - 0.001 ⁇ 35, tin - 0.001 ⁇ 28, silver - 0.001 ⁇ 7.5, cadmium - 0.001 ⁇ 5, zinc - 0.001 ⁇ 25, copper -0.0001 ⁇ S, aluminum - 0,000 l ⁇ l 2.
- the coating is made with a thickness of 0.1-0.5 mm. Due to the deposition of a layer with a thickness of more than 0.1 mm in the claimed technical solution, a layer diffused into the contact surface up to 20 ⁇ m and a saturated alloy layer on the contact surface itself are obtained, with which the effective contact area is increased during assembly of the contact joint.
- Contact - parts can be made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead, aluminum, preferably AO ⁇ ADZ IT grades and its alloys and can be interconnected by a fastening element 6, for example, bolted connection.
- contact surfaces copper-copper, copper-aluminum, aluminum-aluminum.
- the coating represents a new intermetallic layer formed by gallium alloy and contact surface material.
- the use of a coating thickness of the contact surface of less than 0.1 mm reduces the quality of the coating and, accordingly, the reliability of the connection, by increasing the transient electrical resistivity.
- the processing method is as follows. Initially, chemical treatment is carried out - etching of the contact surfaces with the first flux solution to clean the contact surfaces from oxide films.
- the first flux solution can be prepared on the basis of hydrochloric acid with a concentration of 5-35% with possible adjustment by zinc, iron in an aqueous medium, for example, a saturated solution of zinc chloride for contact surfaces based on copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead.
- Contact surfaces based on aluminum and its alloys are treated with the first alkali-based flux solution - NaOH in an aqueous solution with a concentration of 5-18%.
- the first flux solution is neutralized by wiping with a cotton swab moistened with a neutralization solution and the contact surfaces are cleaned of the results of etching with a dry cotton swab.
- the neutralization of the first flux residues is carried out depending on the type of flux: acid flux is neutralized, for example, with a solution of 5% bicarbonate of soda, alkaline flux is neutralized, for example, with a solution of 8% acetic acid.
- the contact surface is heated at temperatures of 10-70 ° C, while the contact surfaces made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, and lead are heated at –10–7 ° C, and the contact is heated surfaces made of aluminum and its alloys - within 10-52 ° C.
- a solution of the second flux is applied with the simultaneous application of a metal coating with a gallium alloy with a thickness of 0.1-0.5 mm without leaving the temperature range of 10-70 ° C.
- Application of the second flux immediately after heating the contact surface allows you to protect the contact surface from oxidative processes and increase the wettability of the applied alloy.
- the second flux a solution similar to the first flux solution with a concentration of 1.5-2.5 times lower than the concentration of the first flux solution is used.
- the deposition of the alloy is carried out by local contact melting of the contact surface, a gallium alloy having a melting point of 9.0 ⁇ 30.8 ° C is used as the alloy.
- the composition of the applied metal coating - gallium-based alloy is as follows: Gallium - 64 ⁇ 99.9999, Indium - 0.001 ⁇ 35, Tin - 0.001 ⁇ 28, Silver - 0.001 ⁇ 7.5, Cadmium - 0.001 ⁇ 5, Zinc - 0.001 ⁇ 25 , Copper - 0.0001 ⁇ S, Aluminum - 0.000 l ⁇ l 2.
- the electrical contact joint is assembled, for example, by means of a bolted joint, excess gallium alloy squeezed out of the contact surface after tightening the bolted joint is removed.
- the flux residues are neutralized with a neutralization solution and, if necessary, washed with water.
- the mechanical and chemical treatment of the contact surface ensures good wettability of the contact surfaces; an equilibrium state of the surface tension forces of the gallium alloy liquid layer on the solid surface of the contact material is created.
- the contact material within the treated surface is a new intermetallic layer formed by a gallium alloy and the material of the contact surface.
- the wetting angle of the liquid gallium alloy is 65-91.0 ° with a bond strength of 27-29 MPa with a contact surface with a thickness of the liquid gallium alloy of 0.1-0.5 mm.
- the given thickness of the liquid layer of gallium alloy provides alignment of the contact surface and increases the effective contact area of REKS, and taking into account the properties of gallium alloys, minimizes and stabilizes the electrical transient resistance in the contact connection.
- a wide range of liquid state of gallium alloy (about 9-
- This method is applicable for connecting the following types of contact surfaces: copper-copper, copper-aluminum, aluminum-aluminum.
- Example 1 A method of processing the contact surfaces of a collapsible electrical connection copper - copper.
- a cotton swab dipped in the first flux solution (20% hydrochloric acid solution adjusted by zinc to a saturation state) is wiped on the contact surface to remove contamination and oxide film. After thorough cleaning of the surface, it is wiped with a swab moistened in a solution for neutralization (5% solution of bicarbonate of soda) and wiped dry. With a stainless steel soft brush to grind the metal surface, the contact surface is cleaned with a grinder, after cleaning, the metal dust residues are removed - the result of grinding. Hair dryer or the infrared heat source heats the contact surface to a temperature of 35 ° C. Temperature control is carried out by any device with a measurement accuracy of ⁇ 0.5 ° C.
- the alloy layer on the contact surface should have a saturated (moistened) appearance of a brilliant (mirror) color.
- the contact surfaces are connected, the bolts are tightened with force according to the technical conditions.
- the remaining gallium alloy extruded from the contact surface is removed with a swab.
- the collected contact compound is treated with a swab dipped in a solution to neutralize the flux of a 5% solution of bicarbonate of soda, if necessary, washed with water and wiped dry.
- the alloy composition for the indicated temperature conditions gallium - 67%, indium - 22%, tin - 5%, silver - 1.5%, cadmium - 0.5%, zinc - 4%, copper - 0, 0001%, aluminum - 0, 0001%
- the melting point of the alloy is 12.5 ° C.
- Example 2 A method of processing contact surfaces of a collapsible electrical connection aluminum - aluminum. Cotton swab dipped in the first flux solution -
- the alloy layer on the contact surface should have a saturated (moistened) appearance of a brilliant (mirror) color.
- the contact surfaces are connected, the bolts are tightened with force according to the technical conditions.
- the remaining gallium alloy extruded from the contact surface is removed with a swab.
- the collected contact compound is treated with a swab dipped in a solution to neutralize the flux -6% solution of acetic acid, and wiped dry.
- the alloy composition for the indicated temperature regimes gallium - 80%, indium - 10%, tin - 5%, silver - 0.5%, cadmium - 1.5%, zinc - 3%, copper - 0, 0001%, aluminum - 0, 0001%
- the melting point of the alloy is 17.5 "C. Up to 0.05% of intermetallic compounds may be present in the alloy due to impurities contained in the components.
- a collapsible electrical contact connection can be processed by the claimed method, the conductive contact surface of at least one of the contact parts.
- the analysis of theoretical and experimental data on the use of one to eight component gallium alloys in the processing of REKS contact surfaces allowed us to create a universal method for processing REKS contact surfaces, taking into account the features of the treated contact surfaces and determining the method of pretreatment, the choice of alloy and the procedure for applying it.
- the processing method includes a list of preparatory operations for mechanical and chemical treatments, temperature conditions, the composition of the gallium alloy.
- this method can be used to solve such problems as reducing and stabilizing the transient electrical resistance of a contact joint, as well as increasing the effective contact area.
- This method allows to increase by 5-15% the load capacity of REKS when transmitting electrical energy without changing the design of the contact connection, while the temperature regime does not exceed the permissible limits. This is confirmed by the results of experimental and experimental studies.
- the technical result of the group of inventions is to create a reliable operation of a collapsible electrical contact connection, by ensuring the stability of the transitional electrical resistance for a period commensurate with the life of the electrical equipment as a whole.
- the inventive combination of features can minimize the loss of electrical energy in contact electrical connections, as well as improve the quality and efficiency of its transmission.
- the claimed group of inventions can be used in the field of electrical engineering in the manufacture of electrical equipment used in all existing industrial facilities, one of the main elements of which are collapsible electrical contact joints (REKS), including contact parts, namely when processing current-carrying contact surfaces of these contact parts used in the manufacture of a collapsible electrical contact connection (REKS) containing two or more of these contacts t-parts.
- REKS collapsible electrical contact joints
- REKS collapsible electrical contact joints
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Contacts (AREA)
Abstract
Description
РАЗБОРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ОБРАБОТКИ Dismountable ELECTRIC CONTACT CONNECTION AND METHOD OF ITS PROCESSING
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве электротехнического оборудования, применяемого на всех действующих объектах промышленности, одним из основных элементов которого являются разборные электрические контактные соединения (РЭКС), включающие контакт-детали.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the manufacture of electrical equipment used in all existing industrial facilities, one of the main elements of which are collapsible electrical contact connections (REKS), including contact details.
Данная группа изобретений может быть использована при обработке токопередающих контактных поверхностей контакт-деталей, использующихся при изготовлении разборного электрического контактного соединения (РЭКС), содержащего две и более указанных контакт- деталей.This group of inventions can be used in the processing of current-carrying contact surfaces of contact parts used in the manufacture of a collapsible electrical contact connection (REKS) containing two or more of these contact parts.
Существующие разработки в данной области направлены на увеличение надежности разборных электрических контактных соединений, что в свою очередь повышает надежность всей электроустановки в целом. При этом повышается качество потребления и передачи электроэнергии. Указанные задачи решаются путем снижения и стабилизации переходного электрического сопротивления, а также путем увеличения эффективной площади контактирования существующего РЭКС.Existing developments in this area are aimed at increasing the reliability of collapsible electrical contact connections, which in turn increases the reliability of the entire electrical installation as a whole. This improves the quality of consumption and transmission of electricity. These tasks are solved by reducing and stabilizing the transient electrical resistance, as well as by increasing the effective contact area of the existing REKS.
В практике применяются различные способы снижения переходного электрического сопротивления разборных электрических контактных соединений, одним из которых является применение специальных покрытий на токопередающие поверхности контакт -деталей.In practice, various methods are used to reduce the transient electrical resistance of collapsible electrical contact joints, one of which is the use of special coatings on the current-transmitting surfaces of contact parts.
Согласно ГОСТ 1431-79, при соединении двух контакт- деталей образуется условная площадь контактирования, которая определяется частью рабочей поверхности, по которой происходит соприкосновение контакт-деталей и эффективная площадь контактирования, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую. При этом эффективная площадь контактирования является лишь частью условной площади контактирования. Несоответствие между эффективной площадью контактирования и условной площадью контактирования в РЭКС является результатом неполного соприкосновение контактных поверхностей контакт- деталей.According to GOST 1431-79, when two contact parts are connected, a conditional contact area is formed, which is determined by the part of the working surface on which contact occurs contact parts and the effective contact area over which electric current passes from one contact part to another. Moreover, the effective contact area is only part of the conditional contact area. The discrepancy between the effective contact area and the conditional contact area in the REKS is the result of incomplete contact of the contact surfaces of the contact parts.
Предшествующий уровень техники Известны разборные электрические контактные соединения, у которых токопередающие поверхности контакт-деталей покрыты сплавом на основе олова или серебра или никеля и т.д., но технология нанесения является дорогостоящей и применима только в условиях стационарного производства.BACKGROUND OF THE INVENTION Collapsible electrical contact joints are known in which the conductive surfaces of the contact parts are coated with an alloy based on tin or silver or nickel, etc., but the deposition technology is expensive and is applicable only in a stationary production environment.
Известны разборные электрические контактные соединения [RU JЧ22301847, oп.27.06.2007], контактные поверхности которых выполнены из сплава на основе галлия с толщиной покрытия не более 0,1ммKnown collapsible electrical contact joints [RU JCH22301847, op.27.06.2007], the contact surfaces of which are made of an alloy based on gallium with a coating thickness of not more than 0.1 mm
Нанесение сплава на контактную поверхность толщиной покрытия не более 0,1 мм не позволяет сформировать слой, способный улучшить и увеличить эффективную площадь контактирования, так как практически слой покрытия толщиной менее 0,1мм полностью диффундирует в контактную поверхность на глубину 15мк и не позволяет сформировать на контактной поверхности насыщенный слой сплава, что не позволяет получить увеличения эффективной площади контактирования при сборке контактного соединения. Жесткая механическая обработка контактных поверхностей с образованием стружки нарушает контактную поверхность. На ней появляются глубокие царапины и неровности, что уменьшает точность соединения контактных поверхностей, и, следовательно, эффективную площадь контактирования. Эффективная площадь контактирования работает в режиме повышенной нагрузки при токопередаче, т.к. она меньше условной площади контактирования. Нарастание переходного электрического сопротивления в результате окислительных процессов на контактной поверхности и повышенная нагрузка при токопередаче приводят к нестабильности режимов электропотребителей, превышению температурных режимов электроустановки в целом и потерям электроэнергии.Application of the alloy to the contact surface with a coating thickness of not more than 0.1 mm does not allow to form a layer capable of improving and increasing the effective contact area, since practically the coating layer with a thickness of less than 0.1 mm completely diffuses into the contact surface to a depth of 15 μm and does not allow forming on the contact surface saturated layer of alloy, which does not allow to obtain an increase in the effective contact area during the assembly of the contact compound. Rigid machining of the contact surfaces with the formation of chips violates the contact surface. Deep scratches and irregularities appear on it, which reduces the accuracy of the connection of the contact surfaces, and, consequently, the effective contact area. The effective contact area operates in high load mode during current transmission, as it is less than the conventional contact area. The increase in transient electrical resistance as a result of oxidation processes on the contact surface and the increased load during current transmission lead to instability of the modes of electrical consumers, exceeding the temperature conditions of the electrical installation as a whole and loss of electricity.
Кроме того, сплав с указанным составом компонентов ограничивает возможность регулирования свойств сплава, таких как механическая твердость, коррозионная стойкость, удельная электропроводность.In addition, the alloy with the specified composition of the components limits the ability to control the properties of the alloy, such as mechanical hardness, corrosion resistance, electrical conductivity.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип в отношении устройства, является разборное контактное соединительное устройство, в котором снижение переходного электрического сопротивления достигается путем нанесения покрытия на токопередающие поверхности контакт- деталей, а именно покрытия на основе сплава галлия толщиной не менее 15мк, которое препятствует образованию на поверхности контакт- деталей оксидных и сульфидных пленок, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление (патент RU на полезную модель JVb 8530, оп. 16.11.1998г.). Данное техническое решение направлено на снижение и стабилизацию переходного электрического сопротивления, но не решает вопрос увеличения эффективной площади контактирования.The closest analogue adopted for the prototype in relation to the device is a collapsible contact connecting device, in which the reduction of the transient electrical resistance is achieved by coating the current-carrying surfaces of the contact parts, namely a coating based on a gallium alloy with a thickness of at least 15 μm, which prevents the formation of surfaces of contact parts of oxide and sulfide films having high electrical resistivity (RU patent for utility model JVb 8530, op. 16.11.1998). This technical solution is aimed at reducing and stabilizing the transient electrical resistance, but does not solve the problem of increasing the effective contact area.
Кроме того, малое процентное содержание галлия в сплаве дает увеличение удельного электрического сопротивления слоя, сформированного этим сплавом, что увеличивает переходное электрическое сопротивление соединения в целом и снижает надежность контактного соединения и ухудшает его эксплуатационные параметры.In addition, the low percentage of gallium in the alloy gives an increase in the electrical resistivity of the layer formed by this alloy, which increases the transient electrical resistance of the joint as a whole and reduces the reliability of the contact joint and worsens its operational parameters.
Известные способы для увеличения эффективной площадью контактирования включают следующие меры: Более точная обработка поверхностей;Known methods for increasing the effective contact area include the following measures: More accurate surface treatment;
- Увеличение усилия затяжки болтовых соединений;- An increase in the tightening force of bolted joints;
- Увеличение числа болтовых соединений;- An increase in the number of bolted joints;
- Применение прокладок из мягких легко деформируемых проводящих материалов.- The use of gaskets made of soft easily deformable conductive materials.
Основным способом сборки РЭКС является болтовое соединение. («Bыбop стабилизации контактного нажатия в разборных соединениях низковольтных комплектных устройству Лесных В. В., Цапенко А.В. журнал «Бeзoпacнocть труда в промышленности)) .N°7 2007.). Для болтового соединения эффективной площадью контактирования является контактная поверхность в зоне головки болта (зоне нажимной шайбы). Остальная контактная поверхность в результате относительной неровности поверхности, малой жесткости соединительной конструкции имеет неполное прилегание контактных поверхностей и, как следствие, имеет увеличенное переходное электрическое сопротивление уже в момент сборки, которое увеличивается в течение периода эксплуатации в результате доступа окислительной среды.The main method of assembling REKS is a bolted connection. (“The choice of stabilization of contact pressing in collapsible connections of low-voltage complete devices to Lesnykh V.V., Tsapenko A.V. journal“ Safety of labor in industry)) .N ° 7 2007.). For a bolted connection, the effective contact area is the contact surface in the area of the bolt head (area of the thrust washer). The remaining contact surface as a result of the relative surface roughness, low rigidity of the connecting structure has an incomplete fit of the contact surfaces and, as a result, has an increased transient electrical resistance already at the time of assembly, which increases during the period of operation as a result of access of the oxidizing medium.
Эффективная площадь контактирования работает в режиме повышенной нагрузки при токопередаче, т.к. она меньше условной площади контактирования. Нарастание переходного электрического сопротивления в результате окислительных процессов на контактной поверхности соединения и повышенная нагрузка при токопередаче приводят к нестабильности режимов электропотребителей, превышению температурных режимов электроустановки в целом и потерям электроэнергии.The effective contact area operates in high load mode during current transmission, as it is less than the conventional contact area. The increase in transient electrical resistance as a result of oxidation processes on the contact surface of the compound and the increased load during current transmission lead to instability of the modes of electrical consumers, exceeding the temperature conditions of the electrical installation as a whole and loss of electricity.
При эксплуатации таких электроустановок сокращаются межремонтные периоды, повышаются затраты на обслуживание и ремонты электроустановок, увеличивается время простоев, нарушаются технологические режимы производства промышленных предприятий. Из описания к патентам RU на полезную модель N° 8530, 8529, оп.During the operation of such electrical installations, the overhaul periods are reduced, the costs of maintenance and repairs of electrical installations are increased, the downtime is increased, and the technological regimes of production of industrial enterprises are violated. From the description of the RU patents for utility model N ° 8530, 8529, op.
16.11.1998г. известен способ обработки контактных поверхностей разборного электрического контактного соединительного устройства, в котором достигается снижение переходного электрического сопротивления путем нанесения специального покрытия на токопередающие поверхности контакт-деталей, а именно нанесение сплава галлия с толщиной покрытия не менее 15 мк, которое препятствует образованию на поверхности контакт- деталей оксидных и сульфидных пленок, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление. Данное техническое решение направлено на снижение и стабилизацию переходного электрического сопротивления, но не решает вопрос увеличения эффективной площади контактирования.11/16/1998 A method of treating contact surfaces of a collapsible electrical contact connector is known, in which a reduction in transient electric resistance is achieved by applying a special coating to the current-carrying surfaces of contact parts, namely, applying a gallium alloy with a coating thickness of at least 15 microns, which prevents the formation of contact parts oxide and sulfide films having a high electrical resistivity. This technical solution is aimed at reducing and stabilizing the transient electrical resistance, but does not solve the problem of increasing the effective contact area.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип в отношении способа, является способ обработки контактных поверхностей разборного электрического контактного соединения, включающий очистку контактных поверхностей от окисной пленки с применением флюса, нагрев контактной поверхности, механическую очистку и нанесение на неё металлического покрытия, при этом подогрев ведут до температуры 40-45 °C, нанесение металлического покрытия осуществляют с помощью локального контактного плавления, а в качестве металлического покрытия наносят слой галлиевого сплава, имеющего температуру плавления не выше 30°C, толщиной не более 0,1мм (патент на изобретение RU N° 2301847, оп. 27.06.2007).The closest analogue adopted for the prototype in relation to the method is a method of treating contact surfaces of a collapsible electrical contact connection, including cleaning the contact surfaces from an oxide film using flux, heating the contact surface, mechanically cleaning and applying a metal coating on it, while heating is carried out to temperature 40-45 ° C, the deposition of a metal coating is carried out using local contact melting, and a layer of g is applied as a metal coating llievogo alloy having a melting temperature not above 30 ° C, not more than 0.1 mm thick (patent RU N ° 2,301,847, op. 27.06.2007).
К недостаткам способа, можно отнести следующее: 1. При подготовке поверхности к обработке и в процессе обработки, раствор флюса наносится один раз и после этого происходит нагрев и механическая очистка. За время нагрева и механической очистки к моменту нанесения сплава, количество флюса на контактной поверхности минимально, так как флюс убирается при механической очистке и частично испаряется при нагревании поверхности. Для обработки контактной поверхности, особенно если учесть продолжительность всего временного периода нанесения сплава, для получения максимальной смачиваемости контактной поверхности, необходимо постоянное присутствие на поберхности флюса в течение всего времени нанесения сплава. Флюс удаляет окисную пленку с контактной поверхности и не дает ей сформироваться за весь период обработки контактной поверхности. В прототипе это условие не выполняется.The disadvantages of the method include the following: 1. When preparing the surface for processing and during processing, the flux solution is applied once, and then heating and mechanical cleaning take place. During heating and mechanical cleaning at the time of application of the alloy, the amount of flux on the contact surface is minimal, since the flux is removed during mechanical cleaning and partially evaporates when the surface is heated. To treat the contact surface, especially if we take into account the duration of the entire time period of the deposition of the alloy, to obtain maximum wettability of the contact surface, a constant presence on the surface of the flux during the entire time of deposition of the alloy is necessary. The flux removes the oxide film from the contact surface and prevents it from forming over the entire period of treatment of the contact surface. In the prototype, this condition is not satisfied.
2. После окончания обработки, контактная поверхность не нейтрализуется от остатка флюса и даже при его очень малом количестве на контактной поверхности продолжается процесс травления, что разрушает контактную поверхность.2. After processing, the contact surface is not neutralized from the remainder of the flux and even with a very small amount on the contact surface, the etching process continues, which destroys the contact surface.
3. При механической очистке поверхности с помощью металлической щетки, установленной на дрель в результате обработки образуется стружка, факт появления которой указывает на нарушение контактной поверхности (появление глубоких царапин и неровностей), что уменьшает точность соединения контактных поверхностей, и, следовательно, эффективную площадь контактирования.3. During mechanical cleaning of the surface with a metal brush installed on the drill as a result of processing, chips are formed, the appearance of which indicates a violation of the contact surface (the appearance of deep scratches and irregularities), which reduces the accuracy of the contact surfaces and, therefore, the effective contact area .
4. Нанесение сплава на контактную поверхность толщиной не более 0,1 мм не позволяет сформировать слой, способный улучшить и увеличить эффективную площадь контактирования, так как практически слой указанной толщины полностью диффундирует в контактную поверхность и не позволяет увеличить эффективную площадь контактирования.4. The application of the alloy on the contact surface with a thickness of not more than 0.1 mm does not allow to form a layer capable of improving and increasing the effective contact area, since in practice the layer of the specified thickness completely diffuses into the contact surface and does not allow to increase the effective contact area.
5. Сплав с указанным составом компонентов ограничивает возможность: регулирования температуры плавления сплава, а, следовательно, ограничивается возможность регулирования температурных режимов технологического процесса обработки контактной поверхности; - регулирования свойств сплава, таких как механическая твердость, коррозионная стойкость, удельная электропроводность.5. Alloy with the specified composition of the components limits the possibility of: regulating the melting temperature of the alloy, and, therefore, limits the possibility of regulating the temperature of the technological process of processing the contact surface; - regulation of the properties of the alloy, such as mechanical hardness, corrosion resistance, electrical conductivity.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание надежного, эффективного в эксплуатации разборного электрического соединения, повышение качества подготовки контактной поверхности и повышение нагрузочной способности разборного электрического контактного соединения за счет увеличения его эффективной контактной поверхности, при обеспечении стабильности характеристик переходного электрического сопротивления в процессе эксплуатации.The problem to which this invention is directed, is to create a reliable, efficient in operation collapsible electrical connection, improve the quality of preparation of the contact surface and increase the load capacity of a collapsible electrical contact connection by increasing its effective contact surface, while ensuring the stability of the characteristics of the transient electrical resistance in the process operation.
Поставленная задача решается тем, что в разборном электрическом контактном соединении, включающем контакт - детали, токопередающие контактные поверхности которых содержат металлическое покрытие, выполненное из сплава на основе галлия, согласно полезной модели, металлическое покрытие выполнено из сплава следующего состава: галлий - 64÷ 99,9999, индий - 0,001 + 35, олово - 0,001 ÷ 28, серебро - 0,001÷ 7,5, кадмий - 0,001÷ 5, цинк - 0,001+ 5, медь -0,0001 ÷Ю, алюминий - 0,000 l÷l 2 При этом металлическое покрытие выполнено толщиной 0,1 -0,5мм.The problem is solved in that in a collapsible electrical contact connection, including contact - parts whose current-carrying contact surfaces contain a metal coating made of gallium-based alloy, according to a utility model, the metal coating is made of an alloy of the following composition: gallium - 64 ÷ 99, 9999, indium - 0.001 + 35, tin - 0.001 ÷ 28, silver - 0.001 ÷ 7.5, cadmium - 0.001 ÷ 5, zinc - 0.001 + 5, copper -0.0001 ÷ S, aluminum - 0.000 l ÷ l 2 this metal coating is made with a thickness of 0.1-0.5 mm.
Контакт- детали могут быть выполнены из меди и её сплавов, стали и её сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца, алюминия марок АО÷АДЗ IT и его сплавов.Contact details can be made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead, aluminum, grades AO ÷ ADZ IT and its alloys.
Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе обработки токопередающих контактных поверхностей контакт-деталей разборного электрического контактного соединения, включающем обработку токопередающих контактных поверхностей контакт-деталей с целью удаления окисной пленки с нанесением на эти поверхности жидкого флюса, нагрев токопередающих контактных поверхностей контакт-деталей, их механическую очистку, нанесение металлического покрытия, в качестве которого используют сплав на основе галлия, согласно изобретению, первоначально осуществляют химическую обработку - травление указанных контактных поверхностей первым раствором флюса, с последующей его нейтрализацией и очисткой указанных контактных поверхностей от результатов химической обработки - травления, затем проводят механическую очистку указанных контактных поверхностей шлифованием, после которой осуществляют их нагрев и нанесение металлического покрытия из сплава на основе галлия в среде второго раствора флюса, после окончания нанесения металлического покрытия остатки флюса нейтрализуют для прекращения процесса травления.The task in terms of the method is solved by the fact that in the method of processing current-carrying contact surfaces of contact parts of a collapsible electrical contact connection, including processing current-carrying contact surfaces of contact parts in order to remove an oxide film by applying a liquid flux to these surfaces, heating the current-carrying contact surfaces of contact details their mechanical cleaning, applying a metal coating, which is used as a gallium-based alloy, according to the invention, initially carry out chemical treatment - etching of the contact surfaces with a first flux solution, followed by its neutralization and cleaning of the contact surfaces from the results of chemical treatment - etching, then carry out mechanical cleaning of the indicated contact surfaces by grinding, after which they are heated and metal coated gallium-based alloy in the environment of the second flux solution, after the deposition of the metal coating, the flux residues are neutralized to stop the etching process.
Состав сплава металлического покрытия при этом следующий, мае, %: галлий -64÷ 99,9999, индий - 0,001 ÷ 35, олово - 0,001 ÷ 28, серебро - 0,001÷ 7,5, кадмий - 0,001÷ 5, цинк - 0,001÷ 25, медь - 0,0001 ÷ 10, алюминий - 0,0001 ÷ 12The composition of the metal coating alloy is as follows, May,%: gallium -64 ÷ 99.9999, indium - 0.001 ÷ 35, tin - 0.001 ÷ 28, silver - 0.001 ÷ 7.5, cadmium - 0.001 ÷ 5, zinc - 0.001 ÷ 25, copper - 0.0001 ÷ 10, aluminum - 0.0001 ÷ 12
Металлическое покрытие наносят слоем толщиной 0,1 -0,5мм.The metal coating is applied with a layer thickness of 0.1-0.5 mm.
Нагрев контактной поверхности осуществляют в пределах 10-70°C.The contact surface is heated between 10-70 ° C.
Раствор первого флюса приготовлен на основе соляной кислоты с концентрацией 5-35% или на основе щелочи с концентрацией 5-18%. В качестве второго флюса используют раствор, аналогичный первому раствору флюса с концентрацией в 1,5-2,5 раза ниже концентрации раствора первого флюса.The first flux solution is prepared on the basis of hydrochloric acid with a concentration of 5-35% or on the basis of alkali with a concentration of 5-18%. As the second flux, a solution similar to the first flux solution with a concentration of 1.5-2.5 times lower than the concentration of the first flux solution is used.
Температура плавления металлического покрытия галлиевого сплава составляет 9,0-30,8 °C На чертеже представлено разборное контактное электрическое соединение, содержащее контакт-детали 1 , 2, токопередающие поверхности которых содержат покрытие, содержащее насыщенный слой 3 сплава и слои 4, 5, диффундированные, соответственно, в контакт- детали 1 и 2. Покрытие выполнено из сплава на основе галлия следующего состава: галлий - 64 ÷ 99,9999, индий - 0,001 ÷ 35, олово - 0,001 ÷ 28, серебро - 0,001÷ 7,5, кадмий - 0,001÷ 5, цинк - 0,001÷ 25, медь -0,0001 ÷Ю, алюминий - 0,000 l÷l 2.The melting temperature of the metal coating of the gallium alloy is 9.0-30.8 ° C. The drawing shows a collapsible contact electrical connection containing contact parts 1, 2, the current-transmitting surfaces of which contain a coating containing a saturated layer of alloy 3 and layers 4, 5, diffused , respectively, in the contact parts 1 and 2. The coating is made of an alloy based on gallium of the following composition: gallium - 64 ÷ 99.9999, indium - 0.001 ÷ 35, tin - 0.001 ÷ 28, silver - 0.001 ÷ 7.5, cadmium - 0.001 ÷ 5, zinc - 0.001 ÷ 25, copper -0.0001 ÷ S, aluminum - 0,000 l ÷ l 2.
Покрытие выполнено толщиной 0,1- 0,5мм. Благодаря нанесению слоя толщиной свыше 0,1мм в заявляемом техническом решении получают слой диффундированный в контактную поверхность до 20мк и насыщенный слой сплава на самой контактной поверхности, с помощью которого при сборке контактного соединения увеличивается эффективная площадь контактирования. Контакт - детали могут быть выполнены из меди и её сплавов, стали и её сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца, алюминия, предпочтительно, марок АО÷АДЗ IТ и его сплавов и могут быть соединены между собой крепежным элементом 6, например, болтовым соединением.The coating is made with a thickness of 0.1-0.5 mm. Due to the deposition of a layer with a thickness of more than 0.1 mm in the claimed technical solution, a layer diffused into the contact surface up to 20 μm and a saturated alloy layer on the contact surface itself are obtained, with which the effective contact area is increased during assembly of the contact joint. Contact - parts can be made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead, aluminum, preferably AO ÷ ADZ IT grades and its alloys and can be interconnected by a fastening element 6, for example, bolted connection.
В качестве контактных пар возможно использовать следующие типы контактных поверхностей: медь-медь, медь-алюминий, алюминий- алюминий.The following types of contact surfaces can be used as contact pairs: copper-copper, copper-aluminum, aluminum-aluminum.
Покрытие представляет новый интерметаллический слой сформированный галлиевым сплавом и материалом контактной поверхности. Применение толщины покрытия контактной поверхности менее 0,1мм снижает качество покрытия и соответственно надежность соединения, за счет повышения переходного удельного электрического сопротивления.The coating represents a new intermetallic layer formed by gallium alloy and contact surface material. The use of a coating thickness of the contact surface of less than 0.1 mm reduces the quality of the coating and, accordingly, the reliability of the connection, by increasing the transient electrical resistivity.
Применение толщины покрытия контактной поверхности более 0,5мм технически и экономически нецелесообразно, так как это приводит к удорожанию конструкции и не улучшает технические характеристики.The use of a contact surface coating thickness of more than 0.5 mm is technically and economically impractical, since this leads to a rise in the cost of the structure and does not improve technical characteristics.
В некоторых случаях, для повышения качества и надежности РЭКС достаточно обработать токопередающую контактную поверхность, по меньшей мере, одной из контакт-деталей.In some cases, to improve the quality and reliability of REKS, it is enough to process the current-transmitting contact surface of at least one of the contact parts.
Способ обработки осуществляют следующим образом. Первоначально осуществляют химическую обработку — травление контактных поверхностей первым раствором флюса для очистки контактных поверхностей от окисных пленок. В зависимости от контактируемых поверхностей первый раствор флюса может быть приготовлен на основе соляной кислоты с концентрацией 5-35% с возможной корректировкой цинком, железом в водной среде, например, насыщенный раствор хлористого цинка для контактных поверхностей на основе меди и её сплавов, стали и её сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца. Контактные поверхности на основе алюминия и его сплавов обрабатывают первым раствором флюса на основе щелочи - NaOH в водном растворе с концентрацией 5-18%.The processing method is as follows. Initially, chemical treatment is carried out - etching of the contact surfaces with the first flux solution to clean the contact surfaces from oxide films. Depending on the contacted surfaces, the first flux solution can be prepared on the basis of hydrochloric acid with a concentration of 5-35% with possible adjustment by zinc, iron in an aqueous medium, for example, a saturated solution of zinc chloride for contact surfaces based on copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, lead. Contact surfaces based on aluminum and its alloys are treated with the first alkali-based flux solution - NaOH in an aqueous solution with a concentration of 5-18%.
Затем первый раствор флюса нейтрализуют путем протирки хлопчатобумажным тампоном, смоченным раствором нейтрализации и очищают контактные поверхности от результатов травления сухим хлопчатобумажным тампоном. Нейтрализацию остатков первого флюса осуществляют в зависимости от типа флюса: кислотный флюс нейтрализуют, например, раствором 5% двууглекислой соды, щелочной флюс нейтрализуют, например, раствором 8% уксусной кислоты.Then, the first flux solution is neutralized by wiping with a cotton swab moistened with a neutralization solution and the contact surfaces are cleaned of the results of etching with a dry cotton swab. The neutralization of the first flux residues is carried out depending on the type of flux: acid flux is neutralized, for example, with a solution of 5% bicarbonate of soda, alkaline flux is neutralized, for example, with a solution of 8% acetic acid.
Затем проводят механическую очистку контактных поверхностей шлифованием. После чего, сухим тампоном протирают контактную поверхность от результатов шлифования - металлической пыли. Далее осуществляют нагрев контактной поверхности в пределах температур 10- 70°C, при этом нагрев контактных поверхностей, выполненных из меди и её сплавов, стали и её сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца ведут в пределах - 10-7CГC, а нагрев контактных поверхностей, выполненных из алюминия и его сплавов - в пределах 10-52°C.Then carry out mechanical cleaning of the contact surfaces by grinding. Then, with a dry swab, wipe the contact surface from the results of grinding - metal dust. Then, the contact surface is heated at temperatures of 10-70 ° C, while the contact surfaces made of copper and its alloys, steel and its alloys, cobalt, silver, tin, and lead are heated at –10–7 ° C, and the contact is heated surfaces made of aluminum and its alloys - within 10-52 ° C.
После чего наносят раствор второго флюса с одновременным нанесением металлического покрытия галлиевым сплавом толщиной 0,1- 0,5мм не выходя из температурных пределов 10-70°C. Нанесение второго флюса сразу после нагрева контактной поверхности позволяет защитить контактную поверхность от окислительных процессов и повысить смачиваемость наносимым сплавом.After that, a solution of the second flux is applied with the simultaneous application of a metal coating with a gallium alloy with a thickness of 0.1-0.5 mm without leaving the temperature range of 10-70 ° C. Application of the second flux immediately after heating the contact surface allows you to protect the contact surface from oxidative processes and increase the wettability of the applied alloy.
В качестве второго флюса используют раствор, аналогичный первому раствору флюса с концентрацией в 1,5-2,5 раза ниже концентрации раствора первого флюса.As the second flux, a solution similar to the first flux solution with a concentration of 1.5-2.5 times lower than the concentration of the first flux solution is used.
Нанесение сплава осуществляют путем локального контактного плавления контактной поверхности, в качестве сплава применяется галлиевый сплав, имеющий температуру плавления 9,0÷30,8°C. Состав наносимого металлического покрытия - сплава на основе галлия следующий: Галлий - 64 ÷ 99,9999, Индий - 0,001 ÷ 35, Олово - 0,001 ÷ 28, Серебро - 0,001÷ 7,5, Кадмий - 0,001÷ 5, Цинк - 0,001÷ 25, Медь - 0,0001 ÷Ю, Алюминий - 0,000 l÷l 2.The deposition of the alloy is carried out by local contact melting of the contact surface, a gallium alloy having a melting point of 9.0 ÷ 30.8 ° C is used as the alloy. The composition of the applied metal coating - gallium-based alloy is as follows: Gallium - 64 ÷ 99.9999, Indium - 0.001 ÷ 35, Tin - 0.001 ÷ 28, Silver - 0.001 ÷ 7.5, Cadmium - 0.001 ÷ 5, Zinc - 0.001 ÷ 25 , Copper - 0.0001 ÷ S, Aluminum - 0.000 l ÷ l 2.
Затем осуществляется сборка электрического контактного соединения, например, с помощью болтового соединения, излишки галлиевого сплава, выдавленные с контактной поверхности после затяжки болтового соединения, удаляют.Then the electrical contact joint is assembled, for example, by means of a bolted joint, excess gallium alloy squeezed out of the contact surface after tightening the bolted joint is removed.
После сборки соединения остатки флюса нейтрализуют раствором для нейтрализации, а при необходимости промывают водой. Механическая и химическая обработка контактной поверхности обеспечивает хорошую смачиваемость контактных поверхностей, создается состояние равновесия сил поверхностного натяжения жидкого слоя галлиевого сплава на твердой поверхности контактного материала. При этом контактный материал в пределах обработанной поверхности представляет новый интерметаллический слой, сформированный галлиевым сплавом и материалом контактной поверхности. Краевой угол смачивания жидкого галлиевого сплава составляет 65-91,0° при прочности сцепления с контактной поверхностью 27-29 МПа при толщине слоя жидкого галлиевого сплава 0,1-0,5 мм. Данная толщина жидкого слоя галлиевого сплава обеспечивает выравнивание контактной поверхности и увеличивает эффективную площадь контактирования РЭКС, а учитывая свойства галлиевых сплавов, минимизирует и стабилизирует электрическое переходное сопротивление в контактном соединении. Широкий диапазон жидкого состояния галлиевого сплава (порядка 9-After the assembly of the compound, the flux residues are neutralized with a neutralization solution and, if necessary, washed with water. The mechanical and chemical treatment of the contact surface ensures good wettability of the contact surfaces; an equilibrium state of the surface tension forces of the gallium alloy liquid layer on the solid surface of the contact material is created. Moreover, the contact material within the treated surface is a new intermetallic layer formed by a gallium alloy and the material of the contact surface. The wetting angle of the liquid gallium alloy is 65-91.0 ° with a bond strength of 27-29 MPa with a contact surface with a thickness of the liquid gallium alloy of 0.1-0.5 mm. The given thickness of the liquid layer of gallium alloy provides alignment of the contact surface and increases the effective contact area of REKS, and taking into account the properties of gallium alloys, minimizes and stabilizes the electrical transient resistance in the contact connection. A wide range of liquid state of gallium alloy (about 9-
250°C) позволяет создать стабильность контактной площади при внешних механических и тепловых воздействиях на конструкцию РЭКС при эксплуатации.250 ° C) allows you to create stability of the contact area under external mechanical and thermal influences on the design of REKS during operation.
При механической обработке применяется мягкая щетка из нержавеющей стали для шлифовки металлических поверхностей. При обработке нельзя допускать крупных царапин и стружки.When machining, a soft stainless steel brush is used to grind metal surfaces. When processing, large scratches and chips should not be allowed.
Выполнение механической обработки перед нагревом контактных поверхностей, а не после нагрева, как в прототипе, позволяет сократить период нахождения контактной поверхности на открытом воздухе, т.е. замедлить окислительные процессы.Performing machining before heating the contact surfaces, and not after heating, as in the prototype, reduces the period of contact surface in the open air, i.e. slow down oxidative processes.
Данный способ применим для соединения следующих типов контактных поверхностей: медь-медь, медь-алюминий, алюминий- алюминий.This method is applicable for connecting the following types of contact surfaces: copper-copper, copper-aluminum, aluminum-aluminum.
Пример 1. Способ обработки контактных поверхностей разборного электрического соединения медь - медь.Example 1. A method of processing the contact surfaces of a collapsible electrical connection copper - copper.
Хлопчатобумажным тампоном, смоченным в первый раствор флюса (20% раствор соляной кислоты, корректированный цинком до состояния насыщения) протирают контактную поверхность для удаления загрязнения и окисной пленки. После полной очистки поверхности её протирают тампоном, смоченным в растворе для нейтрализации (5% раствор двууглекислой соды) и вытирают насухо. Мягкой щеткой из нержавеющей стали для шлифования металлической поверхности шлифовальной машинкой зачищают контактную поверхность, после зачистки удаляют остатки металлической пыли - результат шлифования. Феном или инфракрасным источником тепла нагревают контактную поверхность до температуры 35°C. Контроль температуры осуществляют любым прибором с точностью измерения ±0,5 °C. Тампоном, смоченным в растворе флюса -8% раствор соляной кислоты, корректированный цинком до состояния насыщения, смачивают контактную поверхность и сразу наносят слой галлиевого сплава толщиной 0,4мм. Слой сплава на контактной поверхности должен иметь насыщенный (увлажненный) вид блестящего (зеркального) цвета. Контактные поверхности соединяют, болты затягивают с усилием согласно техническим условиям. Остатки галлиевого сплава, выдавленные с контактной поверхности удаляют тампоном. Собранное контактное соединение обрабатывают тампоном, смоченным в растворе для нейтрализации флюса 5% раствора двууглекислой соды, при необходимости промывают водой и протирают насухо.A cotton swab dipped in the first flux solution (20% hydrochloric acid solution adjusted by zinc to a saturation state) is wiped on the contact surface to remove contamination and oxide film. After thorough cleaning of the surface, it is wiped with a swab moistened in a solution for neutralization (5% solution of bicarbonate of soda) and wiped dry. With a stainless steel soft brush to grind the metal surface, the contact surface is cleaned with a grinder, after cleaning, the metal dust residues are removed - the result of grinding. Hair dryer or the infrared heat source heats the contact surface to a temperature of 35 ° C. Temperature control is carried out by any device with a measurement accuracy of ± 0.5 ° C. A tampon moistened with a flux solution of -8% hydrochloric acid solution, adjusted to a saturation state with zinc, moisten the contact surface and immediately apply a 0.4 mm thick gallium alloy layer. The alloy layer on the contact surface should have a saturated (moistened) appearance of a brilliant (mirror) color. The contact surfaces are connected, the bolts are tightened with force according to the technical conditions. The remaining gallium alloy extruded from the contact surface is removed with a swab. The collected contact compound is treated with a swab dipped in a solution to neutralize the flux of a 5% solution of bicarbonate of soda, if necessary, washed with water and wiped dry.
Состав сплава для указанных температурных режимов: галлий - 67%, индий - 22%, олово - 5%, серебро - 1,5%, кадмий - 0,5%, цинк - 4%, медь - 0, 0001 %, алюминий - 0, 0001 % Температура плавления сплава - 12,5 °C.The alloy composition for the indicated temperature conditions: gallium - 67%, indium - 22%, tin - 5%, silver - 1.5%, cadmium - 0.5%, zinc - 4%, copper - 0, 0001%, aluminum - 0, 0001% The melting point of the alloy is 12.5 ° C.
Пример 2. Способ обработки контактных поверхностей разборного электрического соединения алюминий - алюминий. Хлопчатобумажным тампоном, смоченным в первом растворе флюса-Example 2. A method of processing contact surfaces of a collapsible electrical connection aluminum - aluminum. Cotton swab dipped in the first flux solution -
15% растворе щелочи, протирают контактную поверхность для удаления загрязнения и окисной пленки. После полной очистки поверхности её протирают тампоном, смоченным в растворе для нейтрализации - 8% раствор уксусной кислоты, и вытирают насухо. Мягкой щеткой из нержавеющей стали для шлифования металлической поверхности шлифовальной машинкой зачищают контактную поверхность, после зачистки удаляют остатки металлической пыли - результат шлифования. Феном или инфракрасным источником тепла нагревают контактную поверхность до температуры 25 °C. Контроль температуры осуществляют любым прибором с точностью измерения ±0,5 °C. Тампоном, смоченным в растворе флюса - 6% раствор щелочи, смачивают контактную поверхность и сразу наносят слой галлиевого сплава толщиной 0,3 мм. Слой сплава на контактной поверхности должен иметь насыщенный (увлажненный) вид блестящего (зеркального) цвета. Контактные поверхности соединяют, болты затягивают с усилием согласно техническим условиям. Остатки галлиевого сплава, выдавленные с контактной поверхности удаляют тампоном. Собранное контактное соединение обрабатывают тампоном, смоченным в растворе для нейтрализации флюса -6% раствор уксусной кислоты, и протирают насухо.15% alkali solution, wipe the contact surface to remove contamination and oxide film. After thorough cleaning of the surface, it is wiped with a swab dipped in a solution for neutralization - an 8% solution of acetic acid, and wiped dry. With a stainless steel soft brush to grind the metal surface, the contact surface is cleaned with a grinder, after cleaning, the metal dust residues are removed - the result of grinding. Use a hairdryer or infrared heat source to heat the contact surface to a temperature of 25 ° C. Temperature control is carried out any instrument with a measurement accuracy of ± 0.5 ° C. A swab dipped in a flux solution - 6% alkali solution, moisten the contact surface and immediately apply a layer of gallium alloy with a thickness of 0.3 mm. The alloy layer on the contact surface should have a saturated (moistened) appearance of a brilliant (mirror) color. The contact surfaces are connected, the bolts are tightened with force according to the technical conditions. The remaining gallium alloy extruded from the contact surface is removed with a swab. The collected contact compound is treated with a swab dipped in a solution to neutralize the flux -6% solution of acetic acid, and wiped dry.
Состав сплава для указанных температурных режимов: галлий - 80%, индий - 10%, олово - 5%, серебро - 0,5%, кадмий - 1,5%, цинк - 3%, медь - 0, 0001%, алюминий - 0, 0001% Температура плавления сплава - 17,5 "С. В сплаве может присутствовать до 0,05% интерметаллических соединений за счет примесей, содержащихся в компонентах.The alloy composition for the indicated temperature regimes: gallium - 80%, indium - 10%, tin - 5%, silver - 0.5%, cadmium - 1.5%, zinc - 3%, copper - 0, 0001%, aluminum - 0, 0001% The melting point of the alloy is 17.5 "C. Up to 0.05% of intermetallic compounds may be present in the alloy due to impurities contained in the components.
В разборном электрическом контактном соединении может быть обработана заявляемым способом токопередающая контактная поверхность, по меньшей мере, одной из контакт-деталей. Анализ теоретических и экспериментальных данных по применению одного - восьми компонентных галлиевых сплавов при обработке контактных поверхностей РЭКС позволил создать универсальный метод обработки контактных поверхностей РЭКС, учитывающий особенности обрабатываемых контактных поверхностей и определяющий способ предварительной обработки, выбор сплава и порядок его нанесения.In a collapsible electrical contact connection can be processed by the claimed method, the conductive contact surface of at least one of the contact parts. The analysis of theoretical and experimental data on the use of one to eight component gallium alloys in the processing of REKS contact surfaces allowed us to create a universal method for processing REKS contact surfaces, taking into account the features of the treated contact surfaces and determining the method of pretreatment, the choice of alloy and the procedure for applying it.
Способ обработки при этом включает перечень подготовительных операций механической и химической обработок, температурные режимы, состав галлиевого сплава. В зависимости от технических требований к разборным электрическим контактным соединениям при производстве, эксплуатации и ремонте электротехнического оборудования, с помощью этого способа можно решать такие вопросы как уменьшение и стабилизация переходного электрического сопротивления контактного соединения, а также увеличение эффективной площади контактирования. Данный способ позволяет увеличить на 5-15% нагрузочную способность РЭКС при передаче электрической энергии без изменения конструкции контактного соединения, при этом температурный режим работы не выходит за пределы допустимого. Это подтверждается результатами опытных и экспериментальных исследований.The processing method includes a list of preparatory operations for mechanical and chemical treatments, temperature conditions, the composition of the gallium alloy. Depending on the technical requirements for collapsible electrical contact joints during the manufacture, operation and repair of electrical equipment, this method can be used to solve such problems as reducing and stabilizing the transient electrical resistance of a contact joint, as well as increasing the effective contact area. This method allows to increase by 5-15% the load capacity of REKS when transmitting electrical energy without changing the design of the contact connection, while the temperature regime does not exceed the permissible limits. This is confirmed by the results of experimental and experimental studies.
Технический результат группы изобретений заключается в создании надежного в эксплуатации разборного электрического контактного соединения, за счет обеспечения стабильности величины переходного электрического сопротивления на срок соизмеримый со сроком эксплуатации электрооборудования в целом.The technical result of the group of inventions is to create a reliable operation of a collapsible electrical contact connection, by ensuring the stability of the transitional electrical resistance for a period commensurate with the life of the electrical equipment as a whole.
Заявляемая совокупность признаков позволяет минимизировать потери электрической энергии в контактных электрических соединениях, а также повысить качество и эффективность её передачи. Промышленная применимостьThe inventive combination of features can minimize the loss of electrical energy in contact electrical connections, as well as improve the quality and efficiency of its transmission. Industrial applicability
Заявляемая группа изобретений может быть использована в области электротехники при производстве электротехнического оборудования, применяемого на всех действующих объектах промышленности, одним из основных элементов которого являются разборные электрические контактные соединения (РЭКС), включающие контакт-детали, а именно при обработке токопередающих контактных поверхностей указанных контакт-деталей, использующихся при изготовлении разборного электрического контактного соединения (РЭКС), содержащего две и более указанных контакт-деталей. В некоторых случаях, для повышения качества и надежности РЭКС достаточно обработать заявленным способом токопередающую контактную поверхность, по меньшей мере, одной из контакт-деталей. The claimed group of inventions can be used in the field of electrical engineering in the manufacture of electrical equipment used in all existing industrial facilities, one of the main elements of which are collapsible electrical contact joints (REKS), including contact parts, namely when processing current-carrying contact surfaces of these contact parts used in the manufacture of a collapsible electrical contact connection (REKS) containing two or more of these contacts t-parts. In some cases, To improve the quality and reliability of REKS, it is enough to process the current-transmitting contact surface of at least one of the contact parts in the claimed manner.
Claims
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009100909 | 2008-12-30 | ||
| RU2009100939/02A RU2411305C2 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | Method to treat contact surfaces of knock-down electric contact joint |
| RU2009100909 | 2008-12-30 | ||
| RU2009100939 | 2008-12-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010077183A1 true WO2010077183A1 (en) | 2010-07-08 |
Family
ID=42309996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000738 Ceased WO2010077183A1 (en) | 2008-12-30 | 2009-12-28 | Separable electrical contact connection and method for processing same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2010077183A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107645074A (en) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 通用电气公司 | Hot coolant interface for electrical connector |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1527980A (en) * | 1974-09-25 | 1978-10-11 | Johnson Matthey Co Ltd | Electrical connector |
| SU825288A1 (en) * | 1979-01-22 | 1981-04-30 | Предприятие П/Я В-8495 | Arrangement for supplying current to welding machine rotating electrode |
| JPH05326098A (en) * | 1992-05-19 | 1993-12-10 | Fujitsu Ltd | Electrical connection of terminals |
| RU8529U1 (en) * | 1998-02-16 | 1998-11-16 | Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Dismountable CONTACT CONNECTOR |
| RU2301847C1 (en) * | 2005-12-01 | 2007-06-27 | Григорий Наумович Перельштейн | Method of application of metal coat on current-transmitting surfaces of detachable contact connectors |
-
2009
- 2009-12-28 WO PCT/RU2009/000738 patent/WO2010077183A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1527980A (en) * | 1974-09-25 | 1978-10-11 | Johnson Matthey Co Ltd | Electrical connector |
| SU825288A1 (en) * | 1979-01-22 | 1981-04-30 | Предприятие П/Я В-8495 | Arrangement for supplying current to welding machine rotating electrode |
| JPH05326098A (en) * | 1992-05-19 | 1993-12-10 | Fujitsu Ltd | Electrical connection of terminals |
| RU8529U1 (en) * | 1998-02-16 | 1998-11-16 | Институт теплофизики Уральского отделения РАН | Dismountable CONTACT CONNECTOR |
| RU2301847C1 (en) * | 2005-12-01 | 2007-06-27 | Григорий Наумович Перельштейн | Method of application of metal coat on current-transmitting surfaces of detachable contact connectors |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107645074A (en) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 通用电气公司 | Hot coolant interface for electrical connector |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106222645B (en) | The method of brass surfaces chemically blackening | |
| CN111676502A (en) | Hard anodizing pretreatment process for large aluminum alloy parts | |
| RU2411305C2 (en) | Method to treat contact surfaces of knock-down electric contact joint | |
| RU2516189C2 (en) | Method for application of metal coating to current-transmitting surfaces of dismountable contact connections | |
| WO2010077183A1 (en) | Separable electrical contact connection and method for processing same | |
| US3616279A (en) | Electrolyte method and composition for coloring titanium and its alloys | |
| US3416975A (en) | Etching of aluminum for bonding | |
| CN109554741B (en) | Titanium metal and plastic integrated surface treatment method and composite product thereof | |
| US4861374A (en) | Non-abrasive polish or cleaning composition and process for its preparation | |
| RU83659U1 (en) | Dismountable ELECTRIC CONTACT CONNECTION | |
| CN108988185A (en) | A method of extending the electrical connector time between overhauls(TBO) | |
| CN1038436C (en) | Pickling paste for stainless steel | |
| CN108406072B (en) | Method for prolonging service life of aluminum alloy spot welding electrode | |
| CN112226794B (en) | Method for repairing contact surface of joint of electrical equipment | |
| JPS6335787A (en) | Washing bath and method for removing niobium-containing coating on substrate | |
| RU2301847C1 (en) | Method of application of metal coat on current-transmitting surfaces of detachable contact connectors | |
| CN112371467A (en) | Metal surface treatment method | |
| CN111519175B (en) | Processing method of golden yellow oxide film on surface of brass product | |
| RU2777647C1 (en) | Method for application of protective conductive coating from gallium alloy on contact surface of electric contact joint | |
| CN112160002B (en) | Method for carrying out surface activation treatment on copper alloy surface | |
| CN112615170A (en) | Electric primary equipment joint and heating processing method thereof | |
| WO2023128796A1 (en) | Method for applying protective metal coatings to contact surfaces of electrical contact connections | |
| JPH02145794A (en) | Copper or copper alloy material plated with tin or solder reflowed and excellent in thermal peeling resistance | |
| JP7583419B1 (en) | How to recycle lead wires for barrel plating equipment | |
| Polini et al. | Analysis of adhesion in an aggressive environment of a protective paint coating on an aluminium alloy surface treated by air cold plasma |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09836457 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: a201108816 Country of ref document: UA |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09836457 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |