ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
В странах СНГ и за рубежом в качестве
материалов для электрических контактов
широко применяют серебро и псевдосплавы
типа
серебро-оксид
кадмия,
серебровольфрам и т.п., полученные с помощью
порошковой металлургии.
На Украине впервые в мировой практике
разработаны
принципиально
новые
микрокристаллические
и
микрослойные
материалы для разрывных электрических
контактов на основе медь-молибден.
Микроструктураконтактных материалов
Изготавливаются подобные материалы с
помощью высокоскоростного электроннолучевого
испарения
и
последующей
конденсации в вакууме металлических и
неметаллических
материалов.
Типичные
электрические
контакты,
изготовленные с использованием материалов
МДК
Новые материалы, получившие название
МДК, сертифицированы и выпускаются
согласно ТУ У20113410.001-98. Материалы
защищены патентами Украины №17204А от
01.04.1997г., №34875А от 15.03.2001г.
Основные достоинства материалов МДК:
• Не содержат серебра и поэтому в 2,5...3
раза стоят дешевле по сравнению с
серебросодержащими
порошковыми
электроконтактными материалами.
• По эксплуатационной долговечности
МДК в 1,5...2,5 раза превосходят контактные
материалы.
• Превосходят
известные
контактные
материалы по радиационной стойкости,
термической
стабильности,
а
также
износоустойчивости,
обладают
высокой
тепло- и электропроводностью.
• Новые материалы не поддерживают
горения дуги.
• Полностью
заменяют
бериллиевую
бронзу.
• Обеспечивают высокую
надежность
срабатывания контактов.
• Поддерживают максимальную величину
коммутационного тока до 1200 А.
• Материалы
МДК
хорошо
обрабатываются
резанием,
штамповкой,
шлифованием, сверлением, легко паяются
любым из известных способов пайки с
использованием
стандартных
серебросодержащих и бессеребряных припоев.
Экономическая эффективность МДК:
Экономический эффект от использования
МДК
обуславливается
влиянием
трех
факторов:
• увеличением срока службы контактов;
• сокращением стоимости самих контактов;
• сокращением необходимого рабочего
времени на обслуживание контактов.
Общая экономия денежных средств за счет
использования материалов МДК составит
30%-60%.
Наиболее
эффективные
области
применения МДК:
• городской
транспорт
(контакты,
используемые
в
городских
трамваях,
троллейбусах, поездах метро);
• лифтовое хозяйство (пассажирские и
грузовые лифты);
• портовые, корабельные краны и другие
подъемно-транспортные механизмы;
• электрокары всех типов;
• горно-шахтное оборудование;
• промышленные
и
бытовые
электротехнические устройства, содержащие
реле, пускатели, контакторы, рубильники и
т.п.;
• электроды контактных сварочных машин.
• междугородный
электротранспорт
(электровозы, тепловозы, электрички).
На
сегодняшний
день
в
НПП
«ЭЛТЕХМАШ» в соответствии с ТУ У освоено производство и изготовлено более 1,5
млн.
электрических
контактов
376
типоразмеров,
которые
успешно
эксплуатируются на Украине, в странах СНГ,
Чехии, Румынии.
Существует возможность реставрации контактов путем замены использованной контактной площадки на новую, из МДК, что
позволяет сократить необходимый бюджет
для приобретения контактов на 20-70%.
Компания
«ЭЛТЕХМАШ»
представляет
полный цикл услуг по реставрации контактов.
Реставрации подлежит не только контактная
площадка, но также возможна и реставрация
контактодержателей.
По желанию Заказчика на основании техни-
ческого задания или по образцу могут
изготавливаться и реставрироваться любые
типы электрических контактов.
Серийный Г-образный электрический
контакт с контактной площадкой из МДК
Удельное
Коммутируемый электросопротивление, Твердость,
ток, А
МПа
мкОм х см
Марка контакта (состав):
КМК А10 М (Ag-W) Россия
до 160
2,8...4
800
Mallory D-55, PR Mallory&Co. Inc. USA
до 160
2,2
350
Mallory D-55 W
до 200
2,1
570
Mallory D-55 F
до 240
2,3
700
Matthey 20S (W-Ag), England
до 240
3
1000
AgCdO 15, "CI Rau", Germany
до 250
2,6
1150
Dodurit CD015P "Doduko KC1", Germany
до 280
2,2
700
Elkonite 10W3, (W-Cu) USA
до 250
3,6
980
-
1,7
до 400
1,63
до 1200
2,6...4
Медь Ml (ГОСТ 859-78)
Серебро Cpl (ГОСТ 7221-80)
МДК-3 «ЭЛТЕХМАШ», Украина
1833
Физико-механические характеристики контактных материалов МДК в сравнении с Ag-W
(КМК), Ag-CdO. W-Cu. «чистыми» серебром и медью
Материал
Предельная
прочность,
МПа
Серебро (99,9%)
135-147
32-53
-
-
КМК (Ag-W)
МДК-3
680-800
Предельная
текучесть,
МПа
640-750
Относит.
удлиннение,
%
48-60
Условная
Стоимость,
долговечность
USD/кг
0,3-0,4
до 450
-
1
до 470
2-5
1,2-1,5
140-180
Сравнительная оценка физических свойств и стоимости материалов для электрических контактов
Особенностью реставрации контактов с
применением МДК
является факт
сохранения
всех
технологических,
физических
и
эксплуатационных
характеристик нового контакта.
Реставрированный и новый контакт не
имеют
никаких
отличий.
НПП
«ЭЛТЕХМАШ» гарантирует долговечность
на реставрированные контакты такую же, как
и на новые.
2. Контактов для дугогасительных камер на
основе материалов медь-хром и медьвольфрам (патенты Украины №
)
На предприятии разработаны технологии
изготовления:
1. Скользящих контактов на основе
материала:
медь-углерод,
медь-железоуглерод
3. Электродов для контактной сварки
ЖАРОСТОЙКИЕ И ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ
ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Проблема создания эффективно, экономно и
надежно работающих газовых турбин наиболее сложная среди многочисленных
проблем, возникающих на пути развития
газотурбостроения. Важными элементами
турбин являются рабочие и сопловые лопатки,
материал и конструкция которых определяют
допустимую температуру газа перед турбиной
и тем самым непосредственно влияют на
технико-экономические показатели работы
ГТД. Технологические трудности дальнейшего
форсирования конвективного охлаждения
лопаток, энергетическая ущербность пленочных завес и теплообменников, состояние разви
тия металлургии жаропрочных сплавов
указывают на то, что улучшение параметров
ЗАЩИТЫ
цикла ГТД следует связывать с разработкой
качественно новых систем защиты лопаток
газовых турбин и переходом от жаростойких
многокомпонентных
покрытий
к
теплозащитным (ТЗП).
Попытки
создания
теплозащитных
покрытий предпринимались более 60 лет
назад. Однако интерес к ним возрос в
последние годы, когда были созданы более
современные ГТД с температурой рабочего
газа
близкой
или
превышающей
температурный максимум работы существующих жаропрочных сплавов.
Проведенные исследования показали, что
применением ТЗП толщиной 250 мкм с теплопроводностью 1 Вт/м°К на двух ступенях
турбины можно реализовать одну из двух
возможностей:
- при неизменной рабочей температуре материала лопаток увеличить температуру газа перед турбиной примерно на 100°С, что приведет
к повышению КПД и экономии топлива более
чем на 13%;
- не изменяя температуры газа перед турбиной - увеличить долговечность лопаток
примерно в 4 раза, вследствие снижения их
рабочей температуры.
В НПП «ЭЛТЕХМАШ» защитные покрытия
на
лопатки
турбин
получают
путем
электронно-лучевого
испарения
сплавов
MeCrAlY (где Me- Ni, Co, Fe), MeCrAIYHfSiZr
и керамики на основе Zr02, стабилизированного
Y203, и последующей конденсации паровой
фазы на поверхности рабочих и направляющих
лопаток
газовых
турбин
различного
назначения.
Разработаны три класса покрытий:
- однослойные
металлические
типа
MeCrAlY, MeCrAIYHfSiZr;
- однослойные композиционные микрослойного типа с чередованием слоев
- MeCrAlY
(MeCrAIYHfSiZr)-MeCrAIY
(MeCrAIYHfSiZr)+MeO (где MeO- Al203 или
Zr02+6...8Mac.% Y203);
- двухслойные покрытия с внутренним металлическим MeCrAlY (MeCrAIYHfSiZr) и
внешним керамическим (Zr02-Y203) слоями;
керамическим (Zr02-Y203) слоями;
- трехслойные покрытия с внутренним и
промежуточным металлическими слоями на
основе сплавов MeCrAlY (MeCrAIYHfSiZr) и
внешним керамическим слоями на основе
керамики (Zr02-Y203);
- трехслойные покрытия с внутренним
металлическим MeCrAlY (MeCrAIYHfSiZr),
промежуточным композиционным MeCrAlY
(MeCrAIYHfSiZr)-МеО
дисперсноупрочненного или микрослойного типов и
внешним керамическим (Zr02-Y203) слоями.
Разработанные
НПП
«ЭЛТЕХМАШ»
защитные покрытия и технологии защищены
Патентом Украины №42052 от 15.10.2001 г.
В НПП «ЭЛТЕХМАШ» разработана
технология нанесения новых типов керамических материалов для ТЗП с повышенной
вязкостью разрушения, содержащих так
называемые «элементы саморегулирования» частицы
или
микрослои,
способные
«залечивать» микротрещины в керамическом
материале, возникающие при термоциклах
"нагрев-охлаждение".
Стоимость нанесения покрытия от 40 до 150
долларов США в зависимости от количества
одновременно
покрываемых
лопаток
в
оснастке.
Возможно также проведение реставрации
лопаток, отработавших свой ресурс.
Применение защитных покрытий позволяет:
- увеличить долговечность рабочих и
направляющих лопаток в 2-5 раз;
- повысить рабочую температуру газа и
коэффициент полезного действия турбин;
- обеспечить более полное сгорание топлива;
- использовать малоочищенное топливо.
Лопатки газотурбинных двигателей:
- слева - без покрытий
- в центре – с металлическим покрытием
- справа – с двухслойным покрытием металл/
керамика
- двухслойные покрытия с внутренним
композиционным
MeCrAlY
(MeCrAIYHfSiZr)+MeO
дисперсноупрочненного или микрослойного типов и внешним
Образцы лопаток и других деталей горячего тракта
ГТД без покрытия и с нанесенным защитным
покрытием
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА Л-1 ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ
ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЛОПАТКИ ТУРБИН
Современные теплозащитные покрытия
(ТЗП),
обладающие
наибольшим
эксплуатационным ресурсом, наносят на
защищаемые изделия в основном с помощью
двухстадийной технологии. По такому пути
пошла в частности американская компания
«Pratt
and
Whitney».
Внутренний
металлический слой Ni(Co)CrAIYHfSi наносят
с помощью плазменного напыления, а
внешний керамический слой - электроннолучевым осаждением.
Подобное
техническое
решение
обусловлено еще и тем, что до последнего
времени введение необходимого количества
иттрия, гафния, кремния и циркония во
внутренний металлический слой с помощью
электронно-лучевой технологии испарением
из одного источника не представлялась
возможным.
Разработанное в НПП «ЭЛТЕХМАШ» новое
тигельное устройство позволило решить
задачу введения практически любых количеств легирующих добавок в стандартные
жаростойкие сплавы типа MeCrAlY, в том
числе Hf, Si, Y, и др. Это открывает новые
возможности
применения
электроннолучевой технологии для совершенствования
теплозащитных покрытий:
- применение
электронно-лучевой
технологии несомненно экономически более
целесообразно,
поскольку
осаждение
сложного двухслойного покрытия типа
MeCrAIYHfSi/Zr02-Y203 осуществляется на
одном типе оборудования и за один технологический цикл;
- нет
никаких
технологических
затруднений в получении двухслойных ТЗП с
внутренним
металлическим
слоем,
упрочненным
дисперсными
частицами
оксидных,
карбидных
или
боридных
соединений, что осуществить с помощью
плазменной технологии чрезвычайно трудно;
- нет
никаких
технологических
трудностей в получении двухслойных ТЗП с
градиентом концентраций компонентов во
внутреннем металлическом слое, что также с
помощью
плазменной
технологии
затруднено;
- легко
осуществимым
является
получение
теплозащитных
покрытий,
выполненных в виде отдельных микрослоев, с
чередованием микрослоев металл/металл,
металл/металлокерамика,
металл/оксид,
оксид/оксид, оксид/карбид, ок-сид/борид с
толщиной слоев от 0,001 до 10-30 мкм;
- имеющееся оборудование дает возможность приступить к разработке новых типов
керамических материалов для ТЗП с
повышенной
вязкостью
разрушения,
содержащихе так называемые «элементы
саморегулирования» - частицы или микрослои,
способные залечивать микротрещины в
керамическом материале, возникающие при
термоциклах "нагрев-охлаждение";
- важным
направлением
дальнейших
исследований является разработка электроннолучевой
технологии
осаждения
новых
металлических материалов, используемых в
качестве жаростойких покрытий, в частности материалов на
основе хрома.
Указанные
задачи
могут
быть
конкретизированы в случае выполнения
совместных научно- исследовательских и
прикладных работ
Производительность
промышленного
электронно-лучевого
оборудования
составляет 20-50 тысяч лопаток в год, в
зависимости от их типоразмера.
За счет нанесения покрытий срок
эксплуатации лопаток увеличивается в 3-5
раз.
Техническая характеристика
Параметр
Установленная мощность, кВт
Напряжение питающей трехфазной сети промышленной частотой 50 Гц, В
Ускоряющее напряжение электронно-лучевых пушек, кВ
Количество и номинальная мощность электронных пушек
n x кВт:
- для испарения материалов
- для вакуума
нагрева изделий
Степень
в рабочей камере, Па
Величина
330
380
20
4x60
2x60
6x103 - 1x102
Размеры поверхностей конденсации, мм:
- прямоугольной плоской
- круглой плоской (диаметр)
- цилиндрической:
диаметр
длина
Расстояние от поверхности испарения до поверхности конденсации (оси
цилиндра),
мм
Толщина
конденсата,
мм
Количество тиглей, шт.
Размер испаряемых слитков, мм:
- диаметр
- длина
Грузоподъемность горизонтального штока, кг
Грузоподъемность вертикального штока, кг
Габаритные размеры установки, мм:
- длина
- ширина
- высота
6900
10300
3800
Площадь, занимаемая установкой, м2
Масса установки, т
140
30
550x360
750
300
550
350
0,1-5
4
70
500
50
100
Схема промышленной электронно-лучевой установки Л-1 для нанесения защитных
покрытий на лопатки турбин
1. Шлюзовая камера правая
2. Технологическая камера
3. Шлюзовая камера левая
4. Механизм горизонтальной подачи изделий
5. Механизм подачи слитков на испарение
6. Механизм подвески и вращения изделий
7. Высоковольтный ввод
8. Электронно-лучевые пушки для нагрева изделий сверху
9. Изделие в виде диска
10. Электронно-лучевые пушки для испарения слитков
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Изделие в виде цилиндра или кассета с изделиями
Тигельные заслонки
Тигли
Слитки испаряемого материала
Крышка камеры пушек
Камера пушек
Смотровое окно
Электронно-лучевые пушки для нагрева изделий снизу
Камера напыления
Смотровая система
ОСОБОТВЕРДЫЕ И ИЗНОСОСТОЙКИЕ
ПОКРЫТИЯ
Покрытия из карбида титана, карбида циркония, карбида ниобия, диборида титана, диборида
циркония, их смесей и других соединений
толщиной
до
100
мкм
наносят
на
твердосплавный инструмент, пресс-формы,
штампы и другие изделия с помощью прямого
электронно-лучевого
испарения
соответствующих исходных материалов.
Для повышения эксплуатационной долговечности изделий, в соответствии с техническим
заданием Заказчика, промышленное электронно
- лучевое оборудование,
Трубчатые проставки
с
особотвердым
покрытием:
- слева – без покрытия
- справа – с покрытием без окончательной
полировки
эксплуатируемое в НПП «ЭЛТЕХМАШ»,
позволяет формировать покрытия градиентного
и дисперсно-упрочненного микрослойного
(многослойного)
типа:
карбид/карбид,
карбид/борид, борид/борид, металл (сплав)/карбид, металл (сплав)/борид и т. д.
Применение особотвердых и износостойких
покрытий позволяет увеличить стойкость
штампов и инструмента в 2 - 3 раза.
Оснастка с закрепленными твердосплавными
пластинами для последующего нанесения
покрытий