RU2404493C1 - Electrotechnical connecting item - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: electrotechnical connecting item with clamp and tail parts, in which contact surfaces are made of electroconductive material sprayed onto solid metal base with thickness of at least 12 micrometre by electroblasting method of coatings application. ^ EFFECT: improved electric conductivity of electrotechnical items, by arrangement of pore-free metal coatings with high electric permeability and high adhesion to base on their contact surfaces. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике. Сущность: в электротехническом соединительном изделии с зажимной и хвостовой частями контактные поверхности выполнены из напыленного на цельнометаллическую основу электропроводного материала толщиной не менее 15 мкм электровзрывным способом нанесения покрытий.The invention relates to electrical engineering. SUBSTANCE: in an electrotechnical connecting product with clamping and tail parts, contact surfaces are made of an electrically conductive material sprayed onto an all-metal base with a thickness of at least 15 μm by an electric explosive coating method.

Известны электротехнические соединительные изделия из группы разъемных соединений, такие как кабельные наконечники, изготовленные, например, из биметаллического материала (алюминиевого прутка, покрытого медным слоем по всей поверхности) [1], или пластины переходные медно-алюминиевые, в которых хвостовая и зажимная части соединены контактной сваркой, а также плакированные [2].Known electrical connectors from the group of detachable joints, such as cable lugs made, for example, of a bimetallic material (an aluminum rod coated with a copper layer over the entire surface) [1], or transitional copper-aluminum plates in which the tail and clamp parts are connected resistance welding, as well as clad [2].

Для кабельных наконечников важно покрытие только зажимной части, а нанесение покрытия по всей поверхности не является необходимым, что приводит к повышенному расходу меди и не улучшает качество наконечников. Недостатками пластин являются сварной шов и большой расход меди.For cable lugs, it is important to cover only the clamping part, and coating over the entire surface is not necessary, which leads to increased copper consumption and does not improve the quality of the lugs. The disadvantages of the plates are the weld and high consumption of copper.

Известно электротехническое изделие, например кабельный наконечник, выполненный из хвостовой и зажимной частей, соединенных между собой контактной сваркой [3]. Недостатком кабельных наконечников и переходных пластин комбинированного типа является их механическая непрочность, которая ведет к их поломке в месте сварки алюминиевой и медной частей, что приводит к серьезным авариям.Known electrical product, such as a cable lug made of a tail and clamp parts connected to each other by contact welding [3]. The disadvantage of cable lugs and adapter plates of the combined type is their mechanical fragility, which leads to their breakdown in the place of welding of aluminum and copper parts, which leads to serious accidents.

Наиболее близкими к заявляемому являются [4] электротехнические соединительные изделия из группы разъемных соединений, такие как кабельные наконечники, контактные поверхности зажимной части которых выполнены, например, из напыленного на цельнометаллическую основу электропроводного материала толщиной не менее 10 мкм способом холодного газодинамического напыления (ХГН).Closest to the claimed are [4] electrical connecting products from the group of detachable joints, such as cable lugs, the contact surfaces of the clamping part of which are made, for example, of an electrically conductive material sprayed onto an all-metal base with a thickness of at least 10 μm by cold gas-dynamic spraying (CGN).

Недостатком ХГН является пористость получаемых покрытий, которая обычно составляет 3-7% [5] и принципиально неустранима, так как при формировании таких покрытий используется газо-порошковая смесь. Пористость является существенным недостатком таких покрытий, нанесенных на контактные поверхности, поскольку она отрицательно сказывается на их электрической проводимости.The disadvantage of CGN is the porosity of the resulting coatings, which is usually 3-7% [5] and fundamentally unrecoverable, since the formation of such coatings uses a gas-powder mixture. Porosity is a significant drawback of such coatings deposited on contact surfaces, since it negatively affects their electrical conductivity.

Задачей настоящего изобретения является повышение электрической проводимости электротехнических изделий, путем получения на их контактных поверхностях беспористых металлических покрытий, обладающих высокой электрической проводимостью и высокой адгезией к основе.The objective of the present invention is to increase the electrical conductivity of electrical products, by obtaining on their contact surfaces non-porous metal coatings with high electrical conductivity and high adhesion to the base.

Поставленная задача реализуется посредством нанесения металлических покрытый на контактные поверхности электровзрывным способом. При этом формирование импульсной многофазной плазменной струи с использованием плазменного ускорителя и воздействие ею на контактную поверхность должно осуществляться в пороговом режиме воздействия без оплавления материала поверхности, сопровождающемся осаждением капельной фазы струи. Пороговое значение удельного потока энергии плазменной струи обеспечивает нагрев поверхности до температуры плавления при ее расположении перпендикулярно оси плазменной струи. Полученные металлические покрытия беспористые, обладают высокой электрической проводимостью и высокой адгезией к материалу контактной поверхности.The task is realized by applying metal coated on the contact surface by an electric blasting method. In this case, the formation of a pulsed multiphase plasma jet using a plasma accelerator and its impact on the contact surface should be carried out in the threshold mode of exposure without melting the surface material, accompanied by the deposition of the droplet phase of the jet. The threshold value of the specific energy flux of the plasma jet provides heating of the surface to the melting temperature when it is located perpendicular to the axis of the plasma jet. The resulting metal coatings are non-porous, have high electrical conductivity and high adhesion to the material of the contact surface.

При нанесения металлических покрытий на контактные поверхности электровзрывным способом обработка проводится в вакууме, поэтому возникновение пор, которое имеет место при ХГН в силу того, что при ХГН используется газо-порошковая смесь, полностью исключено. Поскольку нанесение покрытия осуществляется в режимах без оплавления поверхности, образование промежуточного слоя, в котором из-за перемешивания материала потока, образующего покрытие, и материала подложки могут образоваться интерметаллиды, наличие которых ухудшило бы электрическую проводимость покрытий, исключено.When metal coatings are applied to the contact surfaces by the electric blasting method, the treatment is carried out in vacuum, therefore, the occurrence of pores that occurs during CGN due to the fact that gas-powder mixture is used in CGN is completely excluded. Since the coating is carried out in modes without surface melting, the formation of an intermediate layer in which intermetallic compounds can form due to mixing of the coating flow material and the substrate material, the presence of which would impair the electrical conductivity of the coatings, is excluded.

Исследование структуры методом световой микроскопии поверхности прямых шлифов алюминиевых кабельных наконечников с нанесенным электровзрывным способом медным покрытием показали, что покрытия однородны по структуре и не имеют пор. Вместе с тем, между покрытием и основой отсутствует промежуточный слой. При этом на границе покрытия с основой вследствие силового плазменного воздействия формируется рельеф, который увеличивает адгезию. Все это показывает возможность использования электровзрывного способа нанесения покрытий на электротехнические контактные изделия.The study of the structure by light microscopy of the surface of direct sections of aluminum cable lugs coated with an electric blasting method using a copper coating showed that the coatings are uniform in structure and have no pores. However, there is no intermediate layer between the coating and the base. At the same time, a relief is formed at the boundary of the coating with the substrate due to the plasma force, which increases the adhesion. All this shows the possibility of using the electric blasting method for coating electrical contact products.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники, и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень. Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, например, в электротехнике.These features are not identified in other technical solutions when studying the level of this technical field, and, therefore, the solution is new and has an inventive step. The proposed technical solution is industrially applicable, for example, in electrical engineering.

На фиг.1 представлено электротехническое соединительное изделие - кабельный наконечник, на фиг.2 - электротехническое соединительное изделие - пластина переходная. На фиг.3 представлена схема импульсного плазменного ускорителя для электровзрывного нанесения металлических покрытий.Figure 1 shows the electrical connecting product - cable lug, figure 2 - electrical connecting product - adapter plate. Figure 3 presents a diagram of a pulsed plasma accelerator for electroexplosive deposition of metal coatings.

Электротехническое соединительное изделие - кабельный наконечник выполнено цельнометаллическим и содержит хвостовую 1 и зажимную 2 части, контактные поверхности 3 которых выполнены из напыленного электропроводного материала, например из Cu, Ni электровзрывным способом нанесения покрытий толщиной не менее 12 мкм, электротехническое соединительное изделие - пластина переходная, контактная поверхность 4 которой выполнена из напыленного электропроводного материала, например из Cu, Ni электровзрывным способом нанесения покрытий толщиной не менее 12 мкм.Electrotechnical connecting product - the cable lug is made of all-metal and contains the tail 1 and clamping 2 parts, the contact surfaces 3 of which are made of a sprayed conductive material, for example, Cu, Ni by an explosive coating method with a thickness of at least 12 μm, the electrical connecting product is a transition plate, contact surface 4 of which is made of a deposited electrically conductive material, for example, of Cu, Ni, by an electric explosive coating method not thicker her 12 microns.

Плазменный ускоритель состоит из коаксиально-торцевой системы токоподводящих электродов: 5 - внутренний электрод, 6 - внешний электрод, разделенных изолятором 7, разрядной камеры 8, локализующей продукты взрыва, и сопла, по которому они истекают в вакуумируемую технологическую камеру. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник 9 тока большой плотности при разряде конденсаторной батареи.The plasma accelerator consists of a coaxial-end system of current-supplying electrodes: 5 — an internal electrode, 6 — an external electrode separated by an insulator 7, a discharge chamber 8 localizing the explosion products, and a nozzle through which they flow into the evacuated process chamber. Electric explosion occurs as a result of passing high-density current through the conductor 9 during the discharge of a capacitor bank.

Нанесение электропроводного покрытия на контактные поверхности изделия осуществляется электровзрывным способом нанесения покрытий, заключающимся в формировании импульсной многофазной плазменной струи продуктов электрического взрыва проводников и воздействии ею на контактную поверхность. Нанесение покрытий осуществляется в вакууме в пороговом режиме обработки, обеспечивающем нагрев поверхности до температуры плавления материала и формирование на ней мелкоразмерного рельефа.The application of an electrically conductive coating on the contact surfaces of the product is carried out by the electric-explosive coating method, which consists in the formation of a pulsed multiphase plasma jet of electrical explosion products of conductors and their impact on the contact surface. Coating is carried out in vacuum in a threshold treatment mode, providing heating of the surface to the melting temperature of the material and the formation of a small-sized relief on it.

При нанесении медного (никелевого) покрытия, формирование импульсной многофазной плазменной струи продуктов электрического взрыва проводников происходило за счет электрического взрыва круглой медной (никелевой) фольги диаметром 50 мм и толщиной 15 мкм. Воздействие ею на контактную поверхность алюминиевого кабельного наконечника типа ТА по ГОСТ 9581-80 осуществлялось в вакууме в пороговом режиме обработки, обеспечивающем нагрев поверхности до температуры плавления материала и формирование на ней мелкоразмерного рельефа медного покрытия. Пороговое значение удельного потока энергии определялось согласно [6] по соотношениюWhen applying a copper (nickel) coating, the formation of a pulsed multiphase plasma jet of electrical explosion products of conductors occurred due to the electrical explosion of a round copper (nickel) foil with a diameter of 50 mm and a thickness of 15 μm. Its impact on the contact surface of the TA type aluminum cable lug according to GOST 9581-80 was carried out in vacuum in a threshold processing mode, which provided heating of the surface to the melting temperature of the material and the formation of a small-sized relief of the copper coating on it. The threshold value of the specific energy flux was determined according to [6] from the relation

,

,

где Т - температура плавления металла; χ и λ - средние значения температуро- и теплопроводности металла в интервале температур от комнатной до температуры плавления; λ - среднее значение; τ - время импульса.where T is the melting point of the metal; χ and λ are the average values of the thermal and thermal conductivity of the metal in the temperature range from room temperature to the melting point; λ is the average value; τ is the pulse time.

Для алюминия пороговое значение поглощаемой плотности мощности составляет q=3,7 ГВт/м².For aluminum, the threshold value of the absorbed power density is q = 3.7 GW / m ² .

Контактную поверхность ориентировали перпендикулярно к оси плазменной струи. При этом расстояние облучаемой поверхности от среза сопла электровзрывного укорителя и значение напряжения обеспечивало достижение необходимого порогового значения удельного потока энергии плазменной струи и нагрева поверхности до температуры плавления, а адгезия бала максимальна.The contact surface was oriented perpendicular to the axis of the plasma jet. In this case, the distance of the irradiated surface from the nozzle exit of the electroexplosive accelerator and the voltage value ensured the achievement of the required threshold value of the specific energy flux of the plasma jet and surface heating to the melting temperature, and ball adhesion was maximal.

За один импульс обработки на контактной поверхности кабельного наконечника площадью 7 см² формируется однородный слой меди (никеля) толщиной 12…15 мкм. При повторной обработке толщина покрытия увеличивалась пропорционально числу импульсов. Так при трех импульсах она достигала 45…50 мкм. При этом граница между последовательно наносимыми слоями отсутствовала.For one processing pulse, a uniform copper (nickel) layer 12 ... 15 μm thick is formed on the contact surface of the cable lug with an area of 7 cm ² . During reprocessing, the coating thickness increased in proportion to the number of pulses. So with three pulses, it reached 45 ... 50 microns. In this case, the boundary between successively applied layers was absent.

Применение предлагаемых электротехнических соединительных изделий обеспечивает не только значительную экономию цветных металлов, качество контактных соединений и защиту от электрохимической коррозии, приводящей к разрушению электротехнических изделий при контакте разнородных материалов, взаимодействующих с электролитом, в частности с влагой атмосферы, но и высокую электрическую проводимость за счет полного отсутствия пор в покрытии.The application of the proposed electrical connecting products provides not only significant savings of non-ferrous metals, the quality of contact compounds and protection against electrochemical corrosion, leading to the destruction of electrical products upon contact of dissimilar materials interacting with the electrolyte, in particular with atmospheric moisture, but also high electrical conductivity due to the full lack of pores in the coating.

Источники информацииInformation sources

1. SU, авторское свидетельство, 1686543, кл. H01R 11/00, 1991.1. SU, copyright certificate, 1686543, cl. H01R 11/00, 1991.

2. ГОСТ 19357-81. Пластины переходные медно-алюминиевые. Тех. условия - Взамен ГОСТ 19357-74. Введен 01.01.81 до 01.01.96. - М.: 1981.2. GOST 19357-81. Transition plates copper-aluminum. Those. conditions - Instead of GOST 19357-74. Introduced 01.01.81 to 01.01.96. - M .: 1981.

3. ГОСТ 9581-80. Наконечники кабельные алюминиевые и медно-алюминиевые, закрепляемые опрессовкой. Конструкция и размеры - Взамен ГОСТ 9581-68. Введен 01.01.83. - М.: 1984.3. GOST 9581-80. Tips cable aluminum and copper-aluminum, fixed by crimping. Design and dimensions - Instead of GOST 9581-68. Introduced on 01.01.83. - M .: 1984.

4. Пат.RU 2096877, кл. H01R 11/00 Российская Федерация. Электротехническое соединительное изделие / А.П.Алхимов [и др.] // Бюллетень. - 1997. - №32.4. Pat.RU 2096877, cl. H01R 11/00 Russian Federation. Electrotechnical connecting product / A.P. Alkhimov [et al.] // Bulletin. - 1997. - No. 32.

5. Клюев О.Ф. Оборудование «ДИМЕТ» для нанесения металлических покрытий при производстве и ремонте деталей машин / О.Ф.Клюев, А.И.Каширин, Т.В.Буздыгар, А.В.Шкодкин // Сварочное производство, 2005, №9, с.43-47.5. Klyuev O. F. Equipment "DIMET" for applying metal coatings in the production and repair of machine parts / O.F. Klyuev, A.I. Kashirin, T.V. Buzdygar, A.V. Shkodkin // Welding production, 2005, No. 9, p. 43-47.

6. Рыкалин Н.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справ. / Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев, А.Н.Кокора. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.6. Rykalin N.N. Laser and electron beam processing of materials: Ref. / N.N. Rykalin, A.A. Uglov, I.V. Zuev, A.N. Kokora. - M.: Mechanical Engineering, 1985 .-- 496 p.

Claims (1)

Электротехническое соединительное изделие из группы электропроводных разъемных соединений, например кабельный наконечник, содержащее хвостовую и зажимную части, отличающееся тем, что контактные поверхности изделия выполнены из напыленного на цельнометаллическую основу электропроводного материала электровзрывным способом нанесения покрытий толщиной не менее 12 мкм. An electrotechnical connecting product from the group of electrically conductive detachable joints, for example, a cable lug containing the tail and clamp parts, characterized in that the contact surfaces of the product are made of an electrically explosive coating deposited on an all-metal base by an electric explosive coating method of a thickness of at least 12 μm.

Images