reforef.ru 1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ



В странах СНГ и за рубежом в качестве мате­риалов для электрических контактов широко применяют серебро и псевдосплавы типа сереб­ро-оксид кадмия, серебро-вольфрам 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 электронно-лучевого 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 сереб-росодержащих 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



Марка контакта (состав):



Коммутируемый

ток, А

Удельное

электросопротивление,

мкОм х см


Твердость,

МПа

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

Медь Ml (ГОСТ 859-78)

-

1,7




Серебро Cpl (ГОСТ 7221-80)

до 400

1,63




МДК-3 «ЭЛТЕХМАШ», Украина

до 1200

2,6...4

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

Предельная

текучесть,

МПа

Относит.

удлиннение,

%

Условная

долговечность

Стоимость,

USD/кг

Серебро (99,9%)

135-147

32-53

48-60

0,3-0,4

до 450

КМК (Ag-W)

-

-

-

1

до 470

МДК-3

680-800

640-750

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.
На предприятии разработаны технологии изготовления:

1. Скользящих контактов на основе материала: медь-углерод, медь-железо-углерод

2. Контактов для дугогасительных камер на основе материалов медь-хром и медь-вольфрам (патенты Украины № )


3. Электродов для контактной сварки


жаростойкие и теплозащитные покрытия для защиты 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 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;



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 дисперсноупрочнен-ного или микрослойного типов и внешним 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 дисперсно-упрочненного 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.




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 - электронно-лучевым 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 электронно-лучевой 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 электронно-луче-­

вой технологии осаждения новых металлических материалов, используемых в качестве жаростой-

ких 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 Величина

Установленная мощность, кВт

330

Напряжение питающей трехфазной сети промышленной частотой 50 Гц, В

380

Ускоряющее напряжение электронно-лучевых пушек, кВ

20

Количество и номинальная мощность электронных пушек n x кВт:

- для испарения материалов

- для нагрева изделий


4x60 2x60

Степень вакуума в рабочей камере, Па

6x103 - 1x102

Размеры поверхностей конденсации, мм:

- прямоугольной плоской

- круглой плоской (диаметр)

- цилиндрической:

диаметр

длина



550x360

750
300

550

Расстояние от поверхности испарения до поверхности конденсации (оси цилиндра), мм

350

Толщина конденсата, мм

0,1-5

Количество тиглей, шт.

4

Размер испаряемых слитков, мм:

- диаметр

- длина


70

500

Грузоподъемность горизонтального штока, кг

50

Грузоподъемность вертикального штока, кг

100

Габаритные размеры установки, мм:

- длина

- ширина

- высота


6900

10300

3800

Площадь, занимаемая установкой, м2

140

Масса установки, т

30


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


  1. Изделие в виде цилиндра или кассета с изделиями

  2. Тигельные заслонки

  3. Тигли

  4. Слитки испаряемого материала

  5. Крышка камеры пушек

  6. Камера пушек

  7. Смотровое окно

  8. Электронно-лучевые пушки для нагрева изделий снизу

  9. Камера напыления

  10. 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