Композиційний матеріал для електричних контактів на основі міді

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам для электрических контактов на основе меди. Известен композиционный материал для электрических контактов на основе меди [1]. Указанный материал содержит, мас.%: графит 0,5-0,9 кадмий 0,5-1,5 медь остальное Низшие показатели свойств имеет композиция материала, которая содержит 0,9 мас.% графита, 1 мас.% кадмия, остальное медь. При этом показатели свойств следующие: плотность - 8,32г/см, твердость - 67кг/мм2, предел прочности на разрыв - 19,2кг/мм2, удельное электрическое сопротивление -0,026Ом×мм2/м. Недостатками известного материала можно считать невысокие показатели твердости, прочности и электропроводности, что снижает эффективность и ограничивает применение этого материала в электрических аппаратах и приборах. Так, применение указанного материала для разрывных и скользящих контактов, например, в автоматических выключателях, практически, невозможно. Таким образом, для повышения стойкости материала к электрическому износу необходимо повысить его твердость и прочность, а в случае использования его для скользящих контактов необходимо обеспечить более высокую стойкость к свариванию. В основу изобретения поставлена задача создания такой композиционный материал для электрических контактов на основе меди, в котором новый состав позволил обеспечить повышение твердости, прочности и удельного электрического сопротивления, что создает возможность дополнительно использовать его в электрических аппаратах и приборах, например, для разрывных и скользящих контактов в автоматических выключателях, электрических утюгах, т.е. расширяет область применения. Для решения указанной задачи усовершенствуется известный композиционный материал для электрических контактов на основе меди, содержащий графит и кадмий, который, согласно изобретению, дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 0,5-2,0 кадмий 0,8-1,0 хром 0,5-2,0 медь остальное. Хром обладает твердостью НВ=80-100кг/мм, температурой плавления 1800°С, температурой кипения 2200°С, удельным электрическим сопротивлением, равным 0,15Ом×мм2/м. В процессе твердофазного спекания хром и медь взаимно не растворяются, что позволяет получать композиционный материал, таким образом, введение в сплав хрома обеспечивает получение композиционного материала с гетерогенной структурой, а это при выбранном соотношении компонентов обеспечивает повышение твердости и прочности материала и одновременно стойкости к электрическому износу. В присутствии графита хром в меди не растворяется, а это необходимо для получения композиционного материала с физико-механическими свойствами выше чем у известного. Следовательно, наличие графита в композиции обязательно. Кроме этого, наличие графита необходимо для придания контактам стойкости к свариванию. В процессе получения предложенного материала для исследования его свойств готовилась шихта, состав которой приведен в таблицах 1, 2, 3, 4. Всего 9 различных составов. Пример. Исходную шихту (компоненты композиционного материала, каждый вариант отдельно) смешивают в смесителях до получения однородного состава (обычно не менее 1,5 часа). Из полученной шихты прессуют образцы размером 5x5x70мм. Прессование осуществляют на прессах при удельном давлении 4т/см. Полученные заготовки спекают в атмосфере осушенного водорода при температуре 900+20°С в течение не менее 1 часа. Спеченные образцы подвергали повторному прессованию при удельном давлении 6т/см2. Полученные образцы композиционного материала для электрических контактов на основе меди имеют физико-механические свойства, приведенные в таблицах 1, 2, 3, 4. Допустимое содержание кадмия в материале без ухудшения свойств по сравнению с прототипом определяют на основании данных, приведенных в таблицах 1, 4. Анализ данных показал, что по мере увеличения содержания кадмия в сплаве твердость и предел прочности материала возрастают. В процессе исследования композиции и свойств предложенного материала все попытки увеличить содержание кадмия в сплаве более 1 мас.% не увенчались успехом. Кадмий, введенный в сплав более 1 мас.%, при температуре 900+20°С, соответствующей температуре спекания меди, испарялся. Допустимое содержание хрома определили на основании данных приведенных в таблицах 2, 4. Из приведенных данных видно, что увеличение содержания хрома в сплаве более 2 мас. % не оказывает существенного влияния на твердость и прочность материала, но ощутимо увеличивает его удельное электрическое сопротивление. Установлено также, что увеличение содержания хрома в сплаве выше указанных пределов ухудшает условия прессования. Графит вводится в сплав с целью повышения его стойкости к свариванию. При этом наличие в сплаве графита вызывает снижение основных физико-механических показателей материала. Влияние графита на свойства композиционного материала для электрических контактов приведено в таблицах 3, 4. Из приведенных данных видно, что введение графита более 2 мас.% приводит к резкому снижению механических свойств и электропроводности композиционного материала для электрических контактов на основе меди и поэтому вводить его в больших количествах нецелесообразно. Анализ данных, приведенных в таблицах 1,2,3,4, указывает на то, что предложенный материал с оптимальным составом, содержащим, мас.%: графита - 0,9, кадмия -0,9, хрома - 2,0, медь - остальное, имеет по сравнению с известным твердость выше на 41%, предел прочности на растяжение выше на 48%, а удельное электрическое сопротивление ниже на 11,5%. Контакты, изготовленные из предложенного материала, установлены в контакторы, работающие на электрокарах и погрузчиках фирмы "Балканкар". Указанные контакты заменили изношенные серебросодержащие контакты марки СОК15. Наблюдение за опытными контактами, которые проходят испытания в течение 3-х месяцев и продолжают нормально работать, указывает на то, что такая замена вполне допустима и может быть осуществлена и на других изделиях.