Материалы для разрывных контактов

Материалы для разрывных контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными повер­хностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры или дуги. Этот процесс сопровождается элек­трической эрозией, которая является причиной нарушения нормальной работы соответствующего прибора. На поверхностях разрывных контактов образуются оксидные пленки, поэтому они подвержены также коррозии или химическому износу.

Материалы для разрывных контактов должны обладать сле­дующими свойствами:

- низкое значение удельного электрического сопротивления;

- малое падение напряжения на контактах;

- стойкость к механическому и электрическому износу;

- не допускать эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей;

- не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под действием электрической дуги при размыкании контак­тов;

- постоянство контактного электрического сопротивления;

- легкая обработка;

- низкая стоимость.

Выбор материалов для разрывных контактов ведут по значе­нию коммутируемого тока или по мощности размыкания электри­ческих цепей.

По значению коммутируемого тока разрывные контакты делят на слаботочные (работают при токах до единиц ампер) и сильноточные (работают при токах, больших единиц ампер).

По значению мощности контакты этого типа делят на маломощ­ные и мощные.

Слаботочные (маломощные) разрывные контакты изготавливают из благородных и тугоплавких металлов и сплавов на их основе типа твердых растворов.

В широкой номенклатуре контактов применяется чистое сереб­ро, которое обеспечивает высокую электропроводность и низкое переходное электрическое сопротивление, однако имеет недоста­точную стойкость к эрозии, и серебряные контактные поверхности легко свариваются между собой. Чистое серебро не используют так­же для особо точных размыкающих контактов с малой силой кон­тактного нажатия (малонагруженных) и в сочетании с материала­ми, содержащими серу (например, резина, эбонит).

Большей стойкостью к эрозии по сравнению с чистым серебром обладают сплавы серебра с медью, однако в малонагруженных кон­тактах они корродируют.

Сплавы серебро-кадмий отличаются высокой эрозионной стой­костью вследствие высокой скорости гашения дуги между контак­тами за счет паров кадмия и кислорода, однако контакты из этих сплавов требуют больших контактных нажатий.

Сплавы серебро-магний-никель с добавками золота и цирко­ния удачно сочетают в себе свойства упругого и контактного мате­риалов. Это позволяет успешно использовать их как единые детали «контакт-пружина», что весьма ценно в малогабаритных и мини­атюрных устройствах.

Эти сплавы обладают переходным электрическим сопротивле­нием таким же, как у серебра.

Слаботочные разрывные контакты из серебра и его сплавов используют в устройствах электронной техники, работающих в бездуговом режиме, в приборах автоматики, в аппаратуре авиацион­ного и морского оборудования.

Золото обладает коррозионной стойкостью к образованию сер­нистых пленок при комнатной температуре и нагревании, однако оно склонно к дугообразованию, и даже при малых токах на золо­тых контактах в результате эрозии образуются иглы и наросты. Поэтому золото в чистом виде применяют для изготовления пре­цизионных контактов, которые работают при малых напряжениях и малом контактном нажатии. В качестве контактного материала золото используют главным образом в виде сплавов с платиной, серебром, никелем, цирконием, которые имеют повышенную твер­дость, хорошую коррозионную и эрозионную стойкость.

Платина в чистом виде редко применяется для изготовления кон­тактов. Она служит хорошей основой для ряда контактных спла­вов, так как не окисляется на воздухе и не образует сернистых пле­нок, а также обеспечивает платиновым контактам стабильное пе­реходное сопротивление.

Наибольшее распространение получили сплавы платины с никелем, серебром, золотом, иридием, которые, обладая повышенной твердостью и удельным электрическим сопротивлением, применяются в прецизионных реле, работающих без дуговых разрядов, контрольных реле авиационного электрооборудования, в малогабаритных и миниатюрных реле радиоэлектронной аппаратуры.

Вольфрам давно получил распространение в качестве контактного материала благодаря ряду свойств, удовлетворяющих совокупности наиболее нужных характеристик контактных материалов:

- вольфрамовые контакты не свариваются во время работы, так как температура плавления вольфрама 3380°С;

- в несколько раз более стойки к эрозии, чем платина;

- не поддаются заметному механическому износу благодаря вы­сокой твердости.

Наилучшими свойствами обладают контакты из вольфрамовой проволоки с продольно-волокнистым строением. Если зерна у на­резанных из проволоки контактов вытянуты вдоль оси контакта, заметно повышается его износостойкость.

Легирование вольфрама молибденом повышают его твердость, удельное электрическое сопротивление и снижает тугоплавкость. Однако молибден вводят в сплав с вольфрамом в ограниченных количествах, так как молибден корродирует при комнатной темпе­ратуре с образованием рыхлых окисных пленок.

Вольфрамовые контакты применяют в контрольных реле авиа­ционного оборудования, в телеграфных, сигнальных реле, в пре­рывателях и преобразователях тока, в вакуумных или газонапол­ненных выключателях.

Сильноточные (мощные) разрывные контакты изготавливают из металлокерамических материалов, получаемых ме­тодами порошковой металлургии. Металлокерамические контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными металлическими:

- более стойки к оплавлению, привариванию и износу;

- не заменимы при высоких токовых и механических нагрузках;

- значительно увеличивают срок службы контактов при умерен­ных нагрузках;

- повышают надежность и долговечность аппаратов при значи­тельной экономии серебра (от 10 до 70%).

Металлокерамические материалы для сильноточных контактов должны состоять из невзаимодействующих друг с другом компо­нентов, один из которых обладает значительно большей тугоплав­костью, а другой обеспечивает хорошую проводимость материала. Менее тугоплавкий компонент удерживается в порах более тугоп­лавкого силами поверхностного натяжения.

Композиции, содержащие серебро и медь, обеспечивают контак­там высокую электро- и теплопроводность.

Композиции, содержащие тугоплавкие фазы в виде равномер­ных включений оксидов кадмия, меди, никеля, вольфрама, графи­та, препятствуют свариванию контактов, повышают их износо- и термостойкость. При этом оксид кадмия при температуре пример­но 900°С, а окись меди при более высоких температурах, разлага­ясь на кадмий и кислород и медь и кислород, увеличивают скорость гашения дуги.

Композиция серебра с никелем хорошо поддается механической обработке и обладает высокой коррозионной стойкостью.

Композиция серебра с окисью кадмия не образует непроводящих окислов и поэтому не требует высоких контактных давлений. Ее ис­пользуют для изготовления контактов, работающих в цепях посто­янного тока (300 А, 500 В). В процессе эксплуатации контакты на основе этой композиции нельзя зачищать наждачной бумагой.

Мелкодисперсные контактные материалы повышают срок служ­бы размыкающих контактов в 1,5...3 раза, если исходные компо­ненты материала измельчены до размеров 0,5...2 мкм вместо обыч­ных размеров 50...150 мкм.

По стойкости к свариванию (в порядке уменьшения) контакт­ные материалы располагаются следующим образом: графит (С), вольфрам (W), вольфрам-молибден (W–Mo), металлокерамика вольфрам-медь (серебро) [W–Си(Ag)], карбид вольфрама-серебро (WC–Ag), сплавы серебро-кадмий (Ag–Cd), металлокерамика серебро-оксид кадмия (оксид меди) [Ag–CdO(CuO)], серебро (медь)-графит [Ag(Cu)–C].

Сильноточные металлокерамические разрывные контакты используются для общепромышленных целей, в частности в авиа­ционных реле и выключателях среднего и тяжелого режимов, в ав­томатических предохранителях, контакторах, пускателях, реле сиг­нализации.

Не существует контактных материалов, удовлетворяющих всем необходимым требованиям. Удается только приблизиться к созда­нию материалов с совокупностью наиболее нужных характеристик. Поэтому устройства с размыкающими и скользящими контактами стремятся по возможности заменять соответствующими схемотех­ническими решениями. Это позволяет эксплуатировать приборы в более жестких условиях, снижает число отказов и повышает срок службы приборов.

Припои

Кроме подвижных контактов в радиоэлектронной аппаратуре широко используются и неподвижные контакты, основными из ко­торых являются пайка, сварка и соединение контактолами.

Пайку применяют не только для получения постоянного элект­рического контакта с малым переходным сопротивлением и хоро­шей механической прочностью, но и для получения вакуумплотных швов.

Пайкой называется процесс получения неразъемных соедине­ний с помощью специальных сплавов или металлов, температура плавления которых ниже температур плавления соединяемых де­талей.

Специальные сплавы, применяемые при пайке, называют припо­ями. Процесс пайки сопровождается нагреванием. В результате при­пой плавится, растекается по поверхности соединяемых деталей, заполняя зазор между ними. На границе соприкосновения расплав­ленного припоя и поверхностей соединяемых деталей происходят сложные физико-химические процессы. Припой диффундирует в основной металл, а поверхностный слой основного металла раство­ряется в припое, образуя промежуточную прослойку. После засты­вания образуется неразъемное соединение.

Наличие оксидных пленок, механических и органических загряз­нений на поверхностях соединяемых деталей затрудняет процесс пайки. Поэтому перед пайкой соединяемые поверхности тщатель­но очищают, а в процессе пайки защищают от окисления вспомога­тельными составами, называемыми флюсами.

Припои должны обладать следующими свойствами: хорошая жидкотекучесть, т.е. способность легко растекаться в расплавлен­ном состоянии и заполнять узкие зазоры и щели; малый интервал температур кристаллизации; высокая механическая прочность; кор­розионная стойкость; высокая электропроводность.

Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Т _плдо 400°С и твердые с температурой плавления Т _пл выше 400°С.

Кроме температуры плавления припои существенно различа­ются по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении не выше 50...70 МПа, а твердые – до 500 МПа. Различие между пайкой мягкими и твердыми припоями состоит в том, что при пайке мягкими припоями преобладает адгезия (поверхностное сцепление), которая способствует смачиванию, а при пайке твердыми припоями наряду с адгезией - сплавление и диффузия. С повышением температуры скорость взаимной диффу­зии и смачиваемость возрастают.

Основные свойства и область применения мягких припоев при­ведены в таблице 2.10.

 

 

Таблица 2.10 – Состав, основные свойства и область

применения мягких припоев

Марка припоя	Химический состав, %	Температу-ра плавления Т, °C	Область применения
ПОС-30	Sn – 30; Pb – 68; Sb – 2		Пайка меди, латуней, оцинкованного железа
ПОС-61	Sn – 61; Pb – 38,l; Sb – 0,8; Bi – 0,l		Пайка гибридно-пленочных микросхем, полупроводниковых микросхем, печатных плат, радиодеталей
ПOC-61+3%Ag	Sn – 61; Pb – 35,9; Sb – 0,l; Ag – 3		То же
ПОС-90	Sn – 90; Pb – 9,7; Sb – 0,3		Пайка деталей с гальваническими покрытиями
ПОСК-47	Sn – 47; Pb – 36; Sb – 5,5; Cd – 11,5		Создание контактов с посеребренной и омедненной керамикой

Продолжение таблицы 2.10

ПОСИС-1	Sn – 30; Pb – 19; In – 50; Ag – l		Пайка проводов к тонким пленкам на подложках из стекла
Сплав Вуда	Sn – 12,5; Pb – 25; Bi – 50; Cd – 12,5		Заливка деталей и пайка контактов, требующих пониженных температур
АВИА-1	Sn – 55; Cd – 20; Zn – 25		Пайка алюминия и его сплавов
АВИА-2	Sn – 40; Cd – 20; Zn – 25; Al – 15		То же
ПСр-2,5	Pb – 92,7; Ag – 2,5		Пайка проводов радиодета­лей, работающих при повышенных температурах; пайка элементов микроэлектроники

 

Название марок припоев определяется металлами, входящими в них в наибольшем количестве (олово – О, свинец – С, алюминий – А, серебро – Ср, сурьма – Су, медь – М, цинк – Ц, висмут – Ви, кадмий – К). Обозначение драгоценного или редкого металла, вхо­дящего в состав припоя, присутствует в названии марки даже при малых количествах этого металла в сплаве. Марка припоя выбирается в зависимости от рода соединяемых металлов и сплавов, тре­буемой механической прочности, коррозионной стойкости и удель­ной электрической проводимости припоя (при пайке токоведущих частей).

Мягкие припои. Мягкие припои имеют сравнительно невысокую температуру плавления и в ряде случаев не обеспечивают контакту необходимую механическую прочность. Мягкими в основном яв­ляются оловянно-свинцовые припои (ПОС) с содержанием олова от 18% (ПОС-18) до 90% (ПОС-90). Удельная проводимость этих припоев составляет 9...13% от удельной проводимости меди, а температурный коэффициент линейного расширения ТК l больше, чем у меди, на 60...70%. Они содержат эвтектику Sn–Pb с температурой плав­ления Т _пл = 183°С.

Введение сурьмы повышает прочность припоя марки ПОС и уменьшает его «ползучесть» под нагрузкой. По содержанию сурь­мы припои марки ПОС подразделяют на бессурьмянистые, мало-сурьмянистые (0,2...0,5% сурьмы, например ПОССу-30-0,5) и сурь­мянистые (1...5% сурьмы, например ПОССу-40-2).

Добавка кадмия повышает проводимость и механическую проч­ность контакта (например, припои марки ПОСК).

Мягкие припои подразделяют также на низкотемпературные с температурой плавления Т _плдо 400°С и легкоплавкие с температу­рой плавления Т _плдо 145°С. Механическая прочность этих припо­ев не значительна, но они находят применение при пайке деталей, чувствительных к нагреванию (полупроводниковые приборы, тон­копленочные выводы гибридно-пленочных и многокристальных больших интегральных микросхем). Для придания припоям таких свойств в их состав вводят индий, висмут, кадмий. Например, сплав Вуда (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd) имеет температуру плав­ления всего 65°С.

Разработанные для пайки алюминия и его сплавов припои, со­держащие цинк, кадмий и алюминий, не нашли широкого примене­ния в микроэлектронике.

Мягкие припои используют для пайки внутренних выводов кор­пусов микросхем, проволочных выводов навесных компонентов, герметизации корпусов, лужения наружных выводов корпусов микросхем, коммутационных слоев печатных плат, мест монтажа бескорпусных интегральных микросхем.

Твердые припои. Твердые припои отличаются тугоплавкостью (температура плавления 500...900°С) и высокой механической проч­ностью, но технология пайки при этом значительно сложнее и процесс ведется в специальных электрических печах.

Твердые припои на основе серебра (ПСр) применяют при пайке особо ответственных изделий электронной техники. В электрова­куумной промышленности твердыми припоями паяют узлы электронных ламп, электровакуумных устройств, а также герметичных корпусов. Такие припои называются электровакуумными. Они дол­жны обладать следующими свойствами:

- обеспечивать высокую механическую прочность паяного соеди­нения в инертной среде или вакууме без применения флюса, посколь­ку остатки флюса и образующиеся оксиды могут загрязнять внут­реннюю поверхность электровакуумного устройства;

- не испаряться при нагревании и не загрязнять внутренние детали устройства;

- температура плавления припоя должна быть примерно на 100°С выше температуры нагревания прибора Т при вакуумной откачке;

- обладать достаточно большими значениями электро- и тепло­проводности.

Состав, основные свойства и область применения твердых при­поев приведены в таблице 2.11. Они представляют собой сплавы серебро-медь-олово, серебро-медь-индий, которые часто ис­пользуют в порошке, поскольку они отличаются хрупкостью.

Припои для приборов с Т _н = 700°С представляют собой сплавы на основе золота, меди, палладия и никеля.

Таблица 2.11 – Состав, основные свойства и область

применения твердых припоев

Марка припоя	Химический состав, %	Температура плавления Т пл, ˚С	Область применения
ПСр-25   ПСр-70   ПСр-36 ПМЦ-62	Ag – 25; Cu – 40; Zn – 35   Ag – 70; Cu – 20; Zn – 10   Сu – 36; Zn – 64 Сu – 62; Zn – 38		Пайка стальных и медных деталей Пайка серебра и платины Пайка латуней и бронз Пайка меди и сталей

Металлокерамика

Металлокерамические или порошковые сплавы получают из ме­таллических порошков методом их прессования и последующего спекания при температуре ниже температуры плавления исходных материалов или с частичным расплавлением наиболее тугоплавкой составляющей смеси.

Основным сырьем для получения металлокерамических изделий являются порошки вольфрама, титана, кобальта, марганца, хрома, железа, меди, олова, алюминия, ферросплавов и других металлов и сплавов.

Способом порошковой металлургии получают металлокерами­ческие детали, твердые сплавы, фрикционные и антифрикционные материалы, а также полупроводниковые материалы.

Материалы и изделия, полученные методами порошковой ме­таллургии, обладают жаропрочностью, износостойкостью, стабиль­ными магнитными свойствами, механическими свойствами, кото­рые незначительно уступают механическим свойствам литых и кованных заготовок.

Методами порошковой металлургии могут быть изготовлены детали, которые получают литьем. Но потери при изготовлении деталей методами порошковой металлургии составляют 3...7%, а отходы материала при литье иногда достигают 80%. Однако мето­ды порошковой металлургии наиболее эффективны в условиях се­рийного и массового производства.

Технологический процесс изготовления металлокерамических изделий состоит из следующих операций: приготовление порош­ков, приготовление смеси (шихты) порошков заданного состава, дозирование шихты, формование деталей, спекание, калибрование или чеканка, отделочные операции (термическая обработка, механическая обработка, гальванопокрытие).

Для получения порошков исходные материалы дробят и измель­чают в шаровых (черные и цветные металлы) или вихревых мельни­цах (железо, медь, алюминий, серебро, губчатый титан и их сплавы).

Измельченный материал очищают от примесей и просеивают через сита. Частицы, не прошедшие через сито, возвращаются для повторного дробления.

Полученные таким способом порошки смешивают в вибраци­онных или барабанных смесителях. Полученную шихту дозируют по массе или объемным способом. Для формования изделий при­меняют пресс-формы, которые изготавливают из прочных легиро­ванных сталей с высокой чистотой рабочих поверхностей.

Формы помещают в гидравлические или кривошипные прессы и проводят операцию прессования. В зависимости от размеров де­тали применяют одно- или двустороннее прессование.

Спекание проводят в электрических или вакуумных печах в вос­становительной или защитной среде для предохранения металлов от окисления. В результате спекания сцепление частиц порошка происходит вследствие взаимной диффузии атомов настолько плотно, что отдельные частицы порошка перестают существовать самостоятельно. Продолжительность процесса спекания может со­ставлять от нескольких минут до нескольких часов, что зависит от конфигурации и размеров изделия.

При горячем прессовании процессы прессования и спекания про­водят одновременно, что сокращает время спекания в 20...30 раз. После спекания заготовки калибруют или чеканят, т. е. снимают под большим давлением с помощью пресс-формы, выполненной точно по размерам готового изделия, дефектный поверхностный слой за­готовки.

Широкое распространение получили металлокерамические твер­дые сплавы, которые обладают высокой твердостью и износостой­костью из-за наличия в их составе карбидов вольфрама, молибде­на, хрома и титана. Применяют металлокерамические твердые спла­вы для режущего и штамповочного инструмента, наплавки на быс­троизнашивающиеся детали.

Для изготовления металлокерамических твердых сплавов исполь­зуют мелкие порошки карбида вольфрама или карбида титана, об­ладающих высокой твердостью. В качестве вязких связующих ма­териалов в смесь вводят кобальт или никель. В электродах, кото­рые используются для герметизации корпусов микросхем ударной конденсаторной сваркой, применяют твердый сплав эльконайт, получают методом порошковой металлургии, пропитывая спрес­сованные вольфрамовые заготовки расплавленной медью, и выпус­кают в виде слитков цилиндрической формы.

 

Металлические покрытия

Под действием влаги или технологических факторов изделия из металлов или сплавов изменяют цвет, внешний вид, механические и электрические свойства и могут приходить в негодность частич­ную или полную. Это является следствием коррозии, которая разрушает металл или сплав вследствие химического или электрохи­мического воздействия окружающей среды.

При равномерной коррозии разрушение происходит с одинако­вой силой по всей поверхности. Равномерной коррозии подвержены чистые металлы и однофазные сплавы в агрессивных средах.

Местная коррозия представляет собой разрушение поверхности на некоторых участках. Наблюдается при нарушении слоя покрытия.

Интеркристаллитная (межкристаллитная) коррозия – это разрушение материала по зернам.

Различают химическую и электрохимическую коррозию:

Химическая коррозия возникает при воздействии на металл при высокой температуре находящихся в атмосфере газов и паров, а также жидких неэлектролитов (минеральное масло, керосин и др.).

Рисунок 2.4 – Зависимость скорости окисления от температуры для железа, вольфрама, меди, хрома, никеля (на воздухе)

Химическая коррозия – окислительно-восстановительный процесс, при взаимодействии металла (сплава), с газами (О₂, СО₂, сернистый газ) и жидкостями. Из всех металлов (сплавов) черных, цветных, благородных наиболее сильно подвергаются химической коррозии черные металлы. Fe при повышенной температуре и наличии паров воды окисляется с образованием ржавчины:

4Fe + 2H₂O + 3O₂ = 2Fe₂O₃ + H₂O

Цветные металлы подвергают коррозии в меньшей степени, а благородные в основном не окисляются, только Ag на воздухе, в котором содержится сероводород чернеет:

4Ag + 2H₂S + O₂ = 2Ag₂S + 2H₂O

В результате химической коррозии на поверхности металла (сплава) образуются химические соединения, пленки оксидов, сульфидов, которые могут быть пористыми и сплошными, прочными и непрочными, они не могут защищать поверхность Fe от дальнейшего окисления. Оксидные пленки на поверхности Ni, Сr, Сu, Al, Zn, сплошные, прочные и защищают металл от дальнейшего разрушения.

Химическая коррозия в чистом виде наблюдается редко, чаще протекает электрохимическая коррозия. Она возникает на контакте двух металлов, находящихся в электролите, т.е. жидкости, которая проводит электрический ток (это водные растворы солей, щелочей, кислот). В этом случае образуется гальванический элемент, электродами которого являются металлы, причем возникает электрический ток тем большей силы, чем дальше отстоят друг от друга металлы в ряду активности:

Li, К, Mg, Al, Zn, Сr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Pt, Au.

Поток электронов движется or более активного в электролите металла к менее активному. Более активный металл, стоящий левее в ряду активности, разрушается. Причем скорость коррозии тем больше, чем дальше в ряду активности стоят друг от друга металлы, образующие гальваническую пару. Например, при возникновении гальванической пары Cu-Pt, разрушается Сu, Cu-Zn, коррозирует Zn.

С точки зрения электрохимической коррозии понятно, что если металле присутствуют дополнительные примеси, то металл ипримеси могут образовывать гальваническую пару и это приведет к разрушению металла. Поэтому, когда требуется очень высокая химическая устойчивость материала, то в первую очередь используют чистые металлы, а не сплавы. Сплавы металлов обладают различной коррозионной стойкостью. Сплавы цветных металлов более коррозионностойкие, чем сплавы черных металлов. Высокими коррозионными свойствами обладает сплавы Ti, Al, и т.д. Коррозия наносит народному хозяйству большой ущерб. Потери Fe от коррозии составляют около 10% от его выплавки. Для сокращения этих потерь применяют различные методы защиты от коррозии. Одним из них является метод нанесения защиты покрытий.

Для защиты от коррозии, обеспечения качества, надежной работы и придания эстетичного внешнего вида на детали радиоэлектронной аппаратуры наносят защитные и декоративные покрытия.

Наибольшее распространение получили металлические, хими­ческие и лакокрасочные покрытия.

Металлические покрытия представляют собой тонкий слой ме­талла, нанесенный на поверхность. Металлические покрытия вы­полняют для защиты от коррозии, получения высокой чистоты поверхности, создания хрупкой пленки на свариваемых поверхнос­тях и улучшения внешнего вида.

К металлическим покрытиям предъявляются следующие основ­ные требования: прочное сцепление с основным металлом; мелко­кристаллическая структура, обеспечивающая наилучшие механичес­кие свойства; равномерная толщина.

Технологический процесс нанесения металлических покрытий включает в себя следующие основные операции: подготовка повер­хности, нанесение покрытий, промывка и сушка.

Перед нанесением покрытия поверхность подвергают:

механической обработке для повышения чистоты поверхности, удаления неровностей и продуктов коррозии;

обезжириванию путем промывки в органических растворителях (керосин, бензин), обработке в извести и горячих растворах щелочей;

декопированию (легкому травлению) путем погружения детали в 5...10%-й раствор серной или соляной кислоты на одну-две мину­ты для удаления с поверхности детали тонких оксидных пленок и выявления структуры, что способствует лучшему сцеплению метал­лического покрытия с основным металлом.

Металлические покрытия могут наноситься гальваническим, вакуумным и химическим способами, а также металлизацией.

Гальванические (электролитические) покрытия получают осаждением металлов при электролизе водных раство­ров соответствующих солей.

Гальванические покрытия получают под действием постоянно­го тока в кислых и цианистых электролитах.

Покрываемая деталь является отрицательным полюсом (като­дом), а металлическое покрытие – положительным полюсом (анодом). Под действием ЭДС молекулы солей в водных растворах дис­социируют на электрически заряженные (положительно и отрица­тельно) частицы – ионы. При этом положительные ионы движутся к катоду и осаждаются на нем, т.е. на детали, а отрицательные – к аноду, где происходит их рекомбинация и переход металла элект­рода в виде положительных ионов в раствор. Перенос ионов под действием ЭДС называют электролизом.

Если металлическое покрытие имеет по сравнению с основным металлом более отрицательный потенциал, такое покрытие называют анодным. В этом случае металлическое покрытие образует с основным металлом гальваническую пару, в которой металличес­кое покрытие, являясь анодом, разрушается и предупреждает раз­рушение основного металла.

К анодным покрытиям относятся цинк, кадмий, олово.

Металлическое покрытие, которое имеет более положитель­ный потенциал, чем основной металл, называют катодным. В этом случае металл детали и осажденное металлическое покры­тие образуют гальваническую пару, анодом в которой является основной металл детали. При попадании влаги через дефекты в покрытии между покрытием и основным металлом основной металл разрушается.

К катодным покрытиям относятся никель, медь, серебро.

В радиоэлектронике применяют цинкование, кадмирование, ни­келирование, хромирование, серебрение и лужение. Изделия из ста­ли чаще всего покрывают цинком, кадмием, никелем или хромом, а изделия из медных сплавов – никелем, серебром, оловом. Корпуса микросхем из ковара покрывают гальваническим никелем, который может служить защитным покрытием и подслоем для последующе­го нанесения золотого гальванического покрытия.

Металлизация – это процесс получения относительно тол­стого металлического покрытия.

Толстые металлические покрытия получают погружением дета­ли в расплавленный металл (горячая металлизация) или с помощью пистолета-распылителя (горячее распыление).

Горячую металлизацию применяют для получения покрытий только на металлических деталях. Для металлизации используют цинк или олово. Покрытие оловом осуществляют при выполнении монтажных работ в производстве радиоэлектронной аппаратуры для получения поверхностного электропроводного слоя и защиты от коррозии.

Горячее распыление применяют для получения металлических покрытий на металле, керамике, пластмассе, стекле, конденсаторной бумаге, тончайшей ткани, полистирольной пленке и других материалах с низкой нагревостойкостью.

Нагретый в пистолете металл распыляют на поверхность детали нейтральным газом азотом или углекислым газом.

Вакуумные покрытия получают при нанесении тонкого слоя любого металла на поверхность металлических и неметаллических деталей в вакууме. При этом используют катодное распыление или вакуумное испарение.

Катодное распыление проводят в вакуумных установках. В качестве анода используют металлическую пластину, на которую зак­репляют деталь. Катодом служит пластинка металла, которым эту деталь необходимо покрыть. Под действием разности потенциалов частицы с катода переносятся на анод и осаждаются на деталь. Процесс катодного распыления требует высокого напряжения (примерно 10...30 кВ) и протекает в течение нескольких часов.

Вакуумное испарение также проводят в вакуумных установках. Деталь закрепляют на держателе на определенном расстоянии от испарителя. Испаритель представляет собой вольфрамовую спираль, покрытую металлом, который подлежит испарению. Спираль нагревают в вакууме до температуры, при которой наступает интенсивное испарение и осаждение металла на деталь.

Вакуумное испарение находит более широкое применение, так как не имеет недостатков катодного распыления.

Химический способ применяют для получения металлических покрытий с помощью специальных растворов без электри­ческого тока. Он основан на восстановлении ионов осаждаемого металла в результате взаимодействия с восстановителем. Восстано­витель окисляется и отдает свои электроны. Находящиеся в раство­ре ионы металла присоединяют эти электроны, превращаются в ато­мы и осаждаются на деталь в виде металлической пленки. Реакция восстановления протекает лишь на металлической поверхности.

Наиболее широко применяют химическое никелирование и химическое меднение.

Химическое никелирование позволяет покрывать детали сложной формы и внутренние поверхности, которые не доступны для покрытия гальваническим способом. В микроэлектронике химичес­кий никель наносят на детали корпусов микросхем, которые герме­тизируются контактными методами сварки.

Химическое меднение используют для металлизации пластмасс при изготовлении печатных плат.

 

Проводниковые изделия

Для передачи и распределения электрической энергии, соедине­ния различных приборов и их частей, изготовления обмоток элект­рических машин применяют:

обмоточные провода;

монтажные провода;

установочные провода и шнуры;

кабели.

Обмоточные провода. Обмоточные провода применяют для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и при­боров. В качестве проводникового материала в обмоточных проводах применяют медь и алюминий. В зависимости от применяемой изоляции обмоточные прово­да выпускают с эмалевой, волокнистой, пленочной и эмалевоволокнистой изоляцией (см. таблице 2.12).

Эмалированные провода являются наиболее перспектив­ными среди обмоточных проводов, так как имеют наименьшую тол­щину изоляции (0,007...0,065 мм). Применяя такую проволоку, мож­но увеличить мощность электрической машины за счет большего числа витков в объеме обмотки.

Эмалевая изоляция наносится на эмалировочных станках в виде гибкого лакового покрытия.

Наибольшее применение находят провода с высокопрочными эмалевыми покрытиями на основе поливинилацеталевой и поли­эфирной смол (провода марок ПЭВ и ПЭТВ с нагревостойкостью до 130°С), а также провода с высокопрочным эмалевым покрыти­ем на основе полиуретановой смолы (провод марки ПЭВТЛ лужен­ный с нагревостойкостью до 120°С).

 

Таблица 2.12 – Некоторые медные и алюминиевые провода

с эмалевой изоляцией

Марка провода	Диаметр жилы (без изоляции), мм	Толщина слоя изо-ляции (на одну сто-рону), мм	Характеристика провода	Область применения
Медные:
ПЭЛ	0,02...2,44	0,0075...0,05	Провод, изолированный эмалью на высыхающих маслах	Для катушек в электрических аппаратах и приборах. Наибольшая допустимая температура 150˚С
ПЭВ-1	0,05...2,44	0,012...0,05	Провод, изо-лированный с высокопроч-ной эмалью (винифлекс)	Для обмоток в электрических машинах и аппа-ратах. Наибольшая допустимая температура 110°С

 

 

Продолжение таблицы 2.12

ПЭВТЛ-1	0,06...1,0	0,010...0,05	Провод, изо-лированный высокопроч-ной полиуре-тановой эмалью повышенной теплоемкости, лудящийся	То же, но наибольшая допустимая температура 120°С. Эмаль при пайке не требует зачистки, т. к. она плавится и служит флюсом
ПЭВТЛ-2	0,06...1,0	0,015...0,065	То же, но с утолщенным слоем эмали	То же
ПЭТВ	0,06...2,44	0,015...0,065	Провод, изолирован-ный высоко-прочной теплостойкой полиэфирной эмалью	Для обмоток в электрических машинах и аппаратах. Наибольшая допустимая температура 130°С

 

 

Продолжение таблицы 2.12

Алюминиевые:
ПЭЛ	0,03...0,55	0,007...0,025	Провод, изолированный эмалью на высыхаюыщих маслах	Для катушек в электрических аппаратах и при- борах. Наибольшая допустимая температура 105°С
ПЭВА	0,82...2,44	0,015...0,065	Провод, изо-лированный высокопрочной эмалью	Для обмоток в электрических машинах. Наибольшая допустимая температура 110°С
ПЭЛРА	0,08...2,44	0,015...0,065	(винифлекс) Провод, изо-лированный высокопроч-ной эмалью (полиимиднорезольной)	Для катушек в электрических аппаратах и при- борах. Наибольшая допустимая температура 105 °С

 

Обмоточные провода с волокнистой изоляцией имеют большую толщину изоляции (0,05...0,17 мм) по сравне­нию с эмалированными проводами. В качестве волокнистой изоля­ции применяют пряжу: хлопчатобумажную, шелковую, из капро­новых, асбестовых, лавсановых и стеклянных волокон.

Наибольшая нагревостойкость обмоточных проводов достигается применением стеклянной и асбестовой пряжи, подклеиваемой к поверхности провода с помощью глифталевых и кремнийорганических лаков, которые обладают повышенной стойкостью к нагре­ванию.

Характеристики некоторых медных и алюминиевых проводов с волокнистой и пленочной изоляцией представлены в таблице 2.13.

В качестве пленочной изоляции для проводов, которые используют для изготовления обмоток трансформаторов, применяют бумажную ленту, хорошо пропитанную минеральным маслом. Проволока с пленочной бумажной изоляцией обеспечивает высо­кую электрическую прочность обмоткам трансформаторов. Для повышения механической прочности изоляции из бумажной ленты ее покрывают хлопчатобумажной или капроновой пряжей.

Обмоточные провода с волокнистой обмоткой обладают следу­ющими свойствами:

невысокие электроизоляционные свойства, так как все виды во­локнистой изоляции гигроскопичны, т.е. поглощают влагу из воз­духа;

обмотки из проводов с волокнистой изоляцией требуют тщатель­ной сушки и пропитки изоляционными лаками или компаундами; пробивное напряжение проводов с шелковой изоляцией 450......600 В, с хлопчатобумажной изоляцией – 700...1000 В, с асбесто­вой изоляцией – 450...500 В.

Таблица 2.13 – Некоторые медные и алюминиевые провода

с волокнистой и пленочной изоляцией

Марка провода	Диаметр провода без изоля-ции, мм	Толщина слоя изоля­ции (на одну сто-рону), мм	Характеристика
Медные:
ПБ	1,0...5,2	0,15...0,30	Провод, изолированый несколькими слоями кабельной бумаги
ПВО	0,2...2,1	0,05...0,07	Провод, изолированный одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи
ПБОО	1,0...5,2	0,42	Провод, изолированный одним слоем обмотки и оплетки из хлопчатобумажной пряжи

Продолжение таблицы 2.13

ПШД	Прямоугольного сечения 0,83 3,53	0,07...0,08	Провод, изолированный двумя слоями обмотки из натурального шелка
ПСД	0,35...5,2	0,11...0,165	Провод, изолированный двумя слоями обмотки из стекло-волокна, пропитанный тепло-стойким глифталевым лаком
Алюминиевые:
АПБ	1,35...8,0	0,15...0,90	Провод круглого или прямоугольно- го сечения, изолированный несколькими слоями обмотки из лент кабельной бумаги
АПБД	Меньшая сторона от 2,1 до 5,5; большая – от 4,1 до 14,5	0,165...0,220	То же, но изолированный двумя слоя-ми обмотки из хлопчатобумажной пряжи

 

Продолжение таблицы 2.13

АПСД

1,62...5,2

0,125...0,150

Провод круглого или прямоугольно- го сечения, изолированный двумя слоями обмотки из стекловолокна, пропитанный теплостойким лаком

Марки некоторых медных и алюминиевых проводов с пленоч­ной изоляцией см. в таблице 2.13.

У проводов с эмалево-волокнистой изоляцией по­верх слоя эмали наносят обмотку из хлопчатобумажной, шелковой, капроновой или стеклянной пряжи. Такие обмоточные провода применяют для изготовления тяговых, шахтных электродвигателей, электрических машин и аппаратов, которые эксплуатируются в бо­лее тяжелых условиях и требуют защиты эмалевой изоляции. Наибольшей механической прочностью обладает обмотка из лавсано­вых волокон. Обмотка из стеклянной пряжи обладает повышенной нагревостойкостью.

Электрическая прочность таких проводов определяется элект­рической прочностью воздуха, заключенного между волокнами, а также электрической прочностью эмалевой изоляции.

Характеристики некоторых медных проводов с эмалево-волок­нистой изоляцией приведены в таблице 2.14.

Таблица 2.14 – Некоторые медные обмоточные провода

с эмалево-волокнистой изоляцией

Марка провода	Диаметр провода без изоляции, мм	Толщина слоя изоля-ции (на одну сторону), мм	Характеристика
ПЭЛБО	0,1...2,1	0,062...0,105	Провод, изолированный эмалью и одним слоем обмот-ки из хлопчатобумажной ткани
ПЭЛКО	0,2...2,1	0,062...0,105	То же, но слой обмотки из капроновой пряжи
ПЭЛШО	0,05...2,1	0,035...0,078	Провод, изолированный масля-ной эмалью и одним слоем обмотки из натурального шелка
ПЭТСО	0,31...2,10	0,10...0,12	Провод, изолированный теплостойкой(глифталь) эмалью и одним слоем обмотки из стеклянной пряжи
ПЭТКСО	0,38...1,56	0,08...0,10	То же, но применена нагревостойкая кремнийорганическая эмаль

Монтажные провода. Монтажные провода состоят из медных или алюминиевых жил, которые покрывают изоляционной резиной или полихлорвиниловым пластикатом, а также хлопчатобумажной, шелковой или капроновой пряжей и синтетической пленкой. Наибольшей гибкостью обладают многопроволочные провода, жила которых состоит из большого числа тонких проволок. Монтажные провода выпускают с лужеными медными жилами, что облегчает пайку проводов.Монтажные провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией могут применяться в электрических устройствах и аппаратах с напряжением до 380 В переменного тока и до 500 В постоянного тока.

Большинство монтажных проводов с волокнистой изоляцией (хлопчатобумажной, шелковой и др.) может применяться при на­пряжениях до 60...100 В переменного тока, а некоторые из них –только до 20 В переменного тока.

Для распознавания монтажных проводов их изоляционные обо­лочки обычно окрашивают в разные цвета.

Характеристики некоторых медных монтажных проводов приведены в таблице 2.15.

 

 

Таблица 2.15. Некоторые медные монтажные провода

Марка прово-да	Сечение провода (по меди), мм2	Характеристика	Область применения
МР	0,35...1,5	Однопроволочный с резиновой изоляцией	Для жесткого монтажа при напряжении до 380 В переменного тока и до 500 В постоянного тока, в интервале тем-ператур от -40 до +65 °С
МРГ	0,35...1,50	Многопроволочный с резиновой изоляцией	То же, но где нужна повышенная гибкость провода
ПМВ	0,20...0,75	Однопроволочный с полихлорвиниловой изоляцией, влагостойкий	Для жесткого монтажа при повышенной влаж-ности, при напряжении до 380 В переменного тока и до 500 В постоянного тока, в интервале температур от -55 до +55 °С

Продолжение таблицы 2.15

ПМОВ	0,20...0,75	Однопроволочный, изолированный обмоткой из хлопчато-бумажной пряжи и полихлорвиниловым пластикатом	То же
МГВ	0,10...1,0	Многопроволочный, изолированный полихлорвиниловым пластикатом	То же и для проволоки к аккумуляторам в интервале температур от -50 до +70 °С
МГСЛ	0,20...1,5	Многопроволочный, изолированный двойной обмоткой и оплеткой из стеклянной пряжи, лакированный	То же, но в интервале температур от -50 до +100°С

Установочные провода и шнуры. Установочные провода и шнуры служат для распределения электрической энергии, а также для при­соединения электродвигателей, светильников и других потребителей тока к сети. Токопроводящие жилы установочных проводов и шнуров изготавливают из медной и алюминиевой проволоки.

Шнуры выпускают двухжильными, т.е. состоящими из двух изолированных и свитых друг с другом жил (рисунок 5). Шнуры изготавливают на напряжение до 220 В переменного тока.

В марках проводов и шнуров буквы обозначают конструктивную часть и вид изоляции провода или шнура, а цифры указывают напря­жение, для которого может приме­няться данный провод. Например, провод марки ПР-500 состоит из медной жилы с резиновой изоляцией и может быть использован в установках с номинальным напряжением, которое не превышает 500 В переменного тока.

Характеристики некоторых установочных проводов и шнуров приведены в таблице 2.16.

 

Рисунок 2.5 – Шнур марки ШР с резиновой изоляцией:

1 – многопроволочная жила; 2 – изоляция из вулканизированной резины; 3 – оплетка из хлопчато­бумажной крученой пряжи

 

Кабели. Силовые кабели применяют для передачи и распределе­ния электрической энергии. Токопроводящие жилы кабелей изго­тавливают из мягкой медной проволоки (марка ММ), а также из алюминиевой мягкой или твердой проволоки (марки AM и AT).

Токопроводящие жилы сечением до 16 мм² включительно изготав­ливают однопроволочными. Начиная с сечения 25 мм² и выше жилы кабелей изготавливают многопроволочными, что необходимо для обеспечения определенной гибкости кабелей. Сечения токопроводящих жил могут иметь круглую, сегментную или секторную фор­му (рисунок 2.6). В одножильных кабелях применяют жилы круглой формы, в двухжильных - круглой и сегментной, а в трех- и четырехжильных кабелях – секторной.

Для передачи и распределения электрической энергии в установ­ках с напряжением до 500, 3000 и 6000 В переменного тока приме­няют кабели с резиновой (рисунок 2.7) и пластмассовой (рисунок 2.8) изо­ляцией.

 

 

а б в г

 

Рисунок 2.6 – Многопроволочные жилы кабелей:

а - круглая неуплотненная жила; б - круглая уплотненная жила;

в - секторная уплотненная жила; г – сегментная уплотненная жила

 

 

 

Рисунок 2.7 – Силовой кабель с резиновой изоляцией в свинцовой оболочке, небронированный

(марка СРГ):

1 – свинцовая оболочка; 2 – поясная изоляция; 3 – покрытие (обмотка) из

прорезиненной ленты; 4 – изоляция из вулканизированной резины; 5 – медная

многопроволочная жила; 6 – междуфазное заполнение

 

 

Таблица 2.16 – Некоторые установочные провода и шнуры

Марка провода	Число жил и сечение, мм2	Характеристика	Область применения
С рези-новой изоля-цией:
ПР	0,75...400	Провод медный с резиновой изоляцией в оплетке из хлопчатобумажной пряжи, припитанной противогнилостным составом	Силовые и освети-тельные сети внутри помещения и вне зданий при напряжении 500 В переменного тока (ПР- 500) до 3000 В пере-менного тока (ПР-3000)
АПР	2,5...400	То же, но жила из алюминия	То же, но в установках с номинальным напряжением 500 В переменного тока

 

Продолжение таблицы 2.16

АПРТО	1...4 2,5...400	Провод, состоящий из алюминиевой жилы с резиновой изоляцией и оп- леткой из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом	Силовые и осветительные сети (прокладки в стальных трубах и металлических рукавах) при напряжении до 500 В переменного тока (АПРТО-500)
РКГМ	1 (жила из тонких проволок) 0,75...95	Провод медный гиб-кий, жила изолиро-вана нагревостойкой кремнийорганической резиной, поверх которой имеется оплетка из стекло-волокна, пропитанная кремний-органическим лаком	Выводы электродвига-телей и аппаратов напряжением до 380 В с повышенными рабочими температурами (до 180°С)

 

 

Продолжение таблицы 2.16

ШР	2 (жила из тонких проволок) 0,75...1,5	Шнур из двух гибких медных жил с резино-вой изоляцией, поверх которой имеется непропитанная оплетка из хлопчатобумажной пряжи	Осветительные сети напряжением до 220 В и для при-соединения переносных токоприемников
С полихлорвини-ловой изоля-цией:
ПВ	0,75...120	Провод с медной жилой, изолированной полихлорвиниловым пластиком	Осветительные и силовые сети внутри помещений при температуре выше 40 °С, в сырых и особо сырых помещениях и для вторичных целей

Продолжение таблицы 2.16

АПВ	0,75...120	То же, но с алюминиевой жилой	То же
ППВ	2...3 0,75...6,0	Провод ленточный с медными жилами, уложенными параллельно и заключенными в полихлорвиниловую изоляцию	То же, но только для осветительных целей
АППВ	2...3 0,75...6,0	То же, но с алюминиевыми жилами	То же

На напряжение 1, 3, 6, 20, 35 кВ и выше выпускают силовые ка­бели с бумажной пропитанной изоляцией (рисунок 9).

Каждая из жил в кабеле имеет изоляцию, состоящую из несколь­ких слоев кабельной бумаги толщиной 0,125 или 0,175 мм, пропи­танной вязким электроизоляционным составом из минерального масла и растворенной в нем канифоли.

Рисунок 2.8 – Силовой кабель с резиновой изоляцией жил в оболочке из полихлорвинилового пластиката:

1 – однопроволочные жилы; 2 – изоляция жил из вулканизированной резины; 3 – оболочка из полихлор­винилового пластиката

 

Рисунок 2.9 – Силовой кабель с бумажной изоляцией жил в свинцовой оболочке, бронированный (марка СБ):

1 – верхний защитный покров из

грубой пропитанной пряжи; 2 –

броневой покров из стальных лент;

3 – защитный покров (нижняя подушка);

4 – свинцовая оболочка; 5 – поясная изоляция; 6 – междуфазное заполнение;

7 – бумажная пропитанная изоляция;

8 – медные многопроволочные жилы

 

2.13 Конструкционные металлы и их сплавы.

Сплавы на основе Cu. Сплавы на основе Сu по составу можно разделить на 2 основные группы: латуни и бронзы.

Латуни – медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк. Латуни хорошо обрабатываются резанием. Легирующими добавками латуни кроме Zn может быть А1 – повышает твердость и прочность, но снижает пластичность, Мn – повышает прочность без снижения пластичности, Ni – повышает коррозионную стойкость в атмосфере и в морской воде, Fe – улуч-шает механические и технологические свойства, но при содержании больше, чем на 0,03% латунь, становится магнитной, поэтому такую латунь нельзя применять в магнитных полях. Из латуни изготавливают токопроводящие винты, гайки, шайбы, детали коммутирующих узлов и штепсельных разъемов (клеммы, штыри, гнезда, упругие элементы).

Бронзы – сплав Сu с А1, Si, оловом и другими элементами, среди которых Zn не является основным легирующим элементом. Бронза более прочная, коррозионностойкая, чем Сu лучше обрабатывается резанием, чем латуни, обладает высокой тепло- и электропроводностью. Наиболее высокими механическими свойствами и хорошей электропроводностью обладает бериллиевая бронза БрБ2 (2% Ве). Эта бронза используется в качестве пружинного контактного материала для потенциометров, переключателей, реостатов и других элементов РЭА. Оловянные бронзы, алюминиевые, кремнистые применяются как конструкционные немагнитные коррозионностойкие материалы. Оловянно-фосфорные бронзы широко используются в качестве деформируемых конструкционных материалов – из них пружины и другие упругие элементы, втулки, контактодержатели. Алюминиевая бронза очень плохо паяется, a кремнистая бронза хорошо паяется и сваривается.

Сплавы Al. Алюминиевые сплавы используются там, где требуется сочетание прочности, легкости и коррозионной стойкости. Наиболее широко применяются сплавы А1- Сu- Mg- дюралюмины. Для повышения коррозионной стойкости вводят Мn, это сплавы типа:

 

Д1 3,8 – 4,8%Сu 0,4 – 0,8%Mg 0,4 – 0,8%Mn

Д16 3,8 – 4,8%Cu 1,2 – l,8%Mg 0,3 – 0,9%Mn

 

Дюралюмин хорошо формируется в горячем и холодном состояниях, что позволяет изготавливать из него штампованные детали приборов. Шов (сварной или спаянный) из дюралюминия не равен по прочности основному материалу, поэтому соединение из Д делают на заклепках, выполненных также из Д.

Силумины – сплав Al + Si. AЛ2-10-13%Si применяется для корпусов приборов, кронштейнов малонагруженных деталей. Если добавить Mg, то сплав становится прочнее и из него можно изготавливать фланцы. АЛ9 (6 – 8%Si + 0,2%Mg), цифра обозначает порядковый номер сплавов. Из дюралюминия изготавливают детали, где не требуется высокой прочности и коррозионной стойкости. Для ее улучшения листы из дюралюминия плакируют, т.е. покрывают чистым алюминием или анодируют.

Стали (нержавеющие, жаростойкие). Стали – это железо-углеродистые сплавы, т.е. сплавы Fe и С, причем при содержании С менее 2,14%. Если содержание углерода С увеличивается, то эти железоуглеродистые сплавы называют чугунами. С увеличением процентного содержания углерода, увеличивается твердость стали и предел прочности при растяжении, но ухудшаются пластичные свойства. Мы рассмотрим нержавеющие стали (коррозионностойкие), они применяются в металлокерамических конструкциях корпусов полупроводниковых приборов в паре с Сu или коваром. Паяют стальные детали с Сu-деталями твердыми припоями, но перед пайкой стальные детали никелируют. Марка нержавеющей стали – это хромоникелевая сталь Х18Н10Т-18%Сu, 10%Ni, температура плавления равна 1400 – 1450˚С.

Если стали термической обработки, они очень пластичны, хорошо свариваются, они немагнитные, это особенно важно для применения в РЭА, где проходят пучки заряженных частиц. Для улучшения коррозийной стойкости вводят Ti и подвергают сталь закалке при температуре около 1100˚С. Закалка это способ термической обработки стали. Когда раскаленную до красна сталь погружают в воду, то она становится гораздо прочнее и тверже, но приобретает серьезный недостаток – становится хрупкой. И чтобы сохранить удовлетворительную вязкость стали после закалки требуется провести отпуск, сталь снова нагревают до определенной температуры (мах. 600˚С) и выдерживают при этой температуре достаточное время.

Нержавеющая сталь кислотоупорная сталь, т.е. устойчива к действию многих кислот. Из нее изготавливают химические резервуары, трубопроводы, арматуру, химические сосуды, применяемых в химической промышленности.

Жаропрочные стали – это стали, которые при высоких температурах и под действием агрессивного газа или жидкости могут безотказно работать в течение многих часов. Испытание на жаростойкость заключается в том, что стальные образцы выдерживают на воздухе при заданной высокой температуре в течение 120ч., несколько раз подвергая охлаждению. При этом потеря металла не должна превышать 1г с 1м квадратного поверхности за час. Жаропрочные стали устойчивы к температуре 500 – 600˚С. Эти стали получают путем введения большого количества легирующих элементов (Ni, Cr, Mo, Va), аустенитные стали (10-20%Ni и 10-20%Сг) могут работать при 500 – 650˚С (температуре красного каления) к употреблению для изготовления ответственных деталей, авиационных двигателей, детали реактивных двигателей.

Ni – резко увеличивает прочность и вязкость стали, придает ей жароустойчивость и сопротивление коррозии. Ni – металл серебристо-серого цвета с сильным металлическим блеском, Ni легко протягивается и механически обрабатывается. В атмосфере H₂ поддается пайке твердыми и мягкими припоями, хорошо сваривается электросваркой и химической сваркой. При комнатной температуре Ni химически мало активен. На воздухе устойчивый против коррозии. Для ИМС и полупроводниковых приборов используют Ni марки НП2 в виде ленты толщиной 0,1 – 2мм, шириной до 500мм. Из Ni-проволоки делают наружные выводы, Ni прекрасно защищает металл от окисления, придает изделию красивый вид.

В углеродистой стали кроме основной примеси – углерода всегда присутствуют постоянные примеси: кремний Si (0,1...0,37% марганец Мn (0,2...0,8%); сера S (0,03...0,06%); фосфор Р (0,03....0,07%).

Кремний способствует устранению пузырей в слитке, повышает сопротивление разрыву и упругие свойства стали, а также повышает твердость.

Марганец повышает твердость стали и сопротивление разрыву, уменьшает удлинение и ухудшает свариваемость стали.

Сера является вредной примесью. Присутствие серы в количестве выше допустимого ухудшает прочность, пластичность и коррозионную стойкость, повышает истираемость и изнашиваемость изделий. Фосфор также является вредной примесью. Его повышенное содержание вызывает в стали хрупкость при обычных температурax и появление трещин при ударной деформации, ухудшает механические свойства за счет образования крупнозернистой структуры.

Кислород в стали содержится обычно в тысячных долях процента. При повышении содержания кислорода увеличивается хрупкость стали.

По назначению углеродистую сталь разделяют на конструкционную и инструментальную. Конструкционные стали применяют для изготовления деталей машин и механизмов. Для изготовления корпусов полупроводниковых приборов используют низкоуглеродистую сталь в виде лент толщиной 0,05 – 2,5 мм и шириной до 400 мм.

В обозначениях низкоуглеродистых сталей после слова «Сталь» ставят цифру, обозначающую содержание углерода. Например, Сталь10 (содержание углерода 0,1%).

Стали, содержащие в своем составе специальные примеси, называются легированными. Присутствие таких легирующих элементов, как хром (Х), молибден (М), вольфрам (В), ванадий (Ф), титан (Т), никель (Н), повышает твердость и прочность сталей при значительной пластичности и вязкости, повышает коррозионную стойкость, жароупругость, кислотостойкость и целый ряд других свойств.

Титан и его сплавы. Титан – металл нашего времени и считают, что это металл будущего, идет быстрый рост производства Ti. Почти 90% выплавляемого в мире титана потребляют авиация, космическая и ракетная техника. В современных боевых и транспортных самолетах наиболее ответственные и сильно нагруженные детали делают из титановых сплавов. Уже сегодня на постройку одного сверхзвукового самолета идет от 4 до 25т. Ti. Крупнейшим потребителем титана является химическая промышленность. Ti можно отнести к тугоплавким металлам, температура плавления равна 1690˚С. Прочность Ti зависит от чистоты и близка к прочности обычных конструкционных сталей. По своей коррозионной стойкости Ti превосходит высоколегированные коррозионностойкие стали. Если взять раствор из НСl и НN₃ и опустить стальную и Ti-пластины, то за год сталь растворится на 10мм, a Ti на 0,005мм. Поэтому Ti служит превосходным материалом для оболочек и облицовок резервуаров, в которых хранятся кислоты.

Только в 1910г. Удалось американскому химику М.Хантеру получить титан в чистом виде. Это очень трудно, т.к. Ti как губка поглощает газы, а загрязненный примесями Ti становится хрупким и ломким. Поэтому долгое время Ti не вызывал интереса и считался бесполезным материалом. Но после того как разработали промышленную технологию получения чистого титана, начали выявлять его заметные качества, и сегодня титан успешно соперничает со сталями и по некоторым свойствам далеко их превосходит.

Ti легируется многими элементами так сплав Ti+Al+Sn отличающий высокой жаропрочностью TiAl₅Sn_2,5 при комнатной температуре предельная прочность 1000 Н/мм², то при температуре 400˚С сохраняется достаточно высокая прочность 600 Н/мм². Наибольшая прочность до 1700 Н/мм², что в 4 раза выше прочности конструкционной стали.

Нитинол-55%Ni+Ti обладает эффектом памяти, эффектом запоминания формы. Если изделию такого сплава при повышенной температуре придать определенную форму (кольцо, спираль) и затем при комнатной температуре его выпрямить, то при повторном нагреве оно восстанавливает свою первоначальную форму. Такие сплавы незаменимы для антенн космических кораблей. Спираль, свитая в плотный клубок, на земле до запуска кораблей занимает немного места, спрятавшись в специальное углубление. В космосе, когда солнечные лучи нагреют сплав, антенна выпрямляется, приобретая нужную форму.