Исследование электрической эрозии контактных покрытий на основе сплавов тугоплавких металлов

Аннотация

Приведены результаты исследования контактных групп экспериментального электромагнитного реле с покрытиями на основе сплавов с вольфрамом и молибденом, полученных методом электрохимического осаждения. Установлены и проанализированы закономерности изменения контактного электрического сопротивления в зависимости от числа циклов коммутации в режиме коммутации резистивной нагрузки при токе 1 A, напряжении 12 В и частоте 10 Гц. Показано, что использование контактных покрытий на основе сплавов Ni--W, Co--W и Ni--Mo позволяет стабилизировать разброс значений контактного электрического сопротивления на основной части испытательного интервала. Экспериментально установлено, что нанесение контактного покрытия на основе сплавов с вольфрамом существенно увеличивает коммутационный ресурс серебряной контактной группы с 2,3 • 10⁶ до 4,5 • 10⁶ коммутаций, при этом среднее значение контактного электрического сопротивления в установившемся режиме увеличивается с 0,08 до 0,15 Ом. Проведено исследование изменения состояния микрорельефа поверхности контактных групп с покрытиями и без покрытий в ходе коммутационных испытаний. Рассмотрены основные механизмы, определяющие интенсивность электроэрозионных процессов и коммутационный ресурс контактных групп с исследуемыми типами контактных материалов

Работа выполнена с использованием научного оборудования Регионального центра зондовой микроскопии коллективного пользования РГРТУ

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гололобов Г.П., Круглов С.А., Суворов Д.В. и др. Исследование электрической эрозии контактных покрытий на основе сплавов тугоплавких металлов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 1 (146), с. 19--37. EDN: AWMNSM

Литература

[1] Карабанов С.М., Майзельс Р.М., Шоффа В.Н. Магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы) и изделия на их основе. Долгопрудный, Интеллект, 2011.

[2] Braunovich M., Myshkin N.K., Konchits V.V. Electrical contacts. CRC Press, 2013.

[3] Shishkina L., Lokshtanova O., Karabanov S. Electroplated coatings for magnetically operated contacts (reed switches). Coatings, 2012, vol. 2, iss. 1, pp. 1--7. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings2010001

[4] Peschot A., Poulain C., Souchon F., et al. Contact degradation due to material transfer in MEM switches. Microelectron. Reliab., 2012, vol. 52, iss. 9-10, pp. 2261--2266. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2012.06.044

[5] Yang Z., Hoffmann S., Lichtenwalner D.J., et al. Resolution of the transfer direction of field-evaporated gold atoms for nanofabrication and microelectromechanical system applications. Appl. Phys. Lett., 2011, vol. 98, iss. 4, art. 044102. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3545846

[6] Vincent M., Rowe S.W., Poulain C., et al. Field emission and material transfer in microswitches electrical contacts. Appl. Phys. Lett., 2010, vol. 97, iss. 26, art. 263503. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3529474

[7] Yang Z. Contact reliability in ohmic microswitches. Mater. Technol., 2011, vol. 26, iss. 4, pp. 184--190. DOI: https://doi.org/10.1179/175355511X13109965351158

[8] Karabanov S.M., Verlov N.A., Suvorov D.V., et al. Properties of contact coatings based on ruthenium nanofilms for MEMS switches. Tech. Phys. Lett., 2015, vol. 41, pp. 691--693. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785015070226

[9] Шишкина Л.В., Локштанова О.Г. Электролитические покрытия для герконов. Известия СПбГТИ (ТУ), 2011, № 11, с. 124--127.

[10] Шишкина Л.В., Карабанов С.М., Локштанова О.Г. Опыт разработки и применения электролитических покрытий, используемых в промышленном производстве магнитоуправляемых контактов (герконов). Гальванотехника и обработка поверхности, 2011, т. 19, № 2, с. 20--26.

[11] Bodaghi A., Hosseini J. Corrosion behavior of electrodeposited cobalt-tungsten alloy coatings in NaCl aqueous solution. Int. J. Electrochem. Sci., 2012, vol. 7, iss. 3, pp. 2584--2595. DOI: https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)13904-6

[12] Ma L., Xi X., Nie Z., et al. Electrodeposition and characterization of Co--W alloy from regenerated tungsten salt. Int. J. Electrochem. Sci., 2017, vol. 12, iss. 2, pp. 1034--1051. DOI: https://doi.org/10.20964/2017.02.37

[13] Allahyarzadeh M.H., Aliofkhazraei M., Rezvanian A.R., et al. Ni--W electrodeposited coatings: characterization, properties and applications. Surf. Coat. Technol., 2016, vol. 307, part A, pp. 978--1010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.09.052

[14] Lee H.B. Synergy between corrosion and wear of electrodeposited Ni--W coating. Tribol. Lett., 2013, vol. 50, no. 3, pp. 407--419. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-013-0134-x

[15] Udompanit N., Wangyao P., Henpraserttae S., et al. Wear response of composition-modulated multilayer Ni--W coatings. Adv. Mat. Res., 2014, vol. 1025-1026, pp. 302--309. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1025-1026.302

[16] Tsyntsarua N., Cesiulis H., Pellicer E., et al. Structural, magnetic, and mechanical properties of electrodeposited cobalt-tungsten alloys: intrinsic and extrinsic interdependencies. Electrochim. Acta, 2013, vol. 104, pp. 94--103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.022

[17] Eliaz N., Sridhar T.M., Gileadi E. Synthesis and characterization of nickel tungsten alloys by electrodeposition. Electrochim. Acta, 2005, vol. 50, iss. 14, pp. 2893--2904. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2004.11.038

[18] Gomez E., Pellicer E., Alcobe X., et al. Properties of Co--Mo coatings obtained by electrodeposition at pH 6.6. J. Solid State Electrochem., 2004, vol. 8, no. 7, pp. 497--504. DOI: https://doi.org/10.1007/s10008-004-0495-z

[19] Gololobov, G.P., Suvorov, D.V., Serpova, M.A., et al. Study on the surface morphology and corrosion rates of electroplated coatings based on binary alloys of refractory metals after accelerated acid tests. Trans. Inst. Met. Finish., 2021, vol. 99, iss. 2, pp. 102--108. DOI: https://doi.org/10.1080/00202967.2021.1877482

[20] Гололобов Г.П., Тарабрин Д.Ю., Сливкин Е.В. и др. Исследование электрохимически осажденных покрытий на основе сплава Ni-W. Вестник РГРТУ, 2018, № 66-2, с. 30--39. DOI: https://doi.org/10.21667/1995-4565-2018-66-4-2-30-39

[21] Gololobov G.P., Suvorov D.V., Serpova M.A., et al. The study of contact electrical resistance of coatings on the basis of refractory metal alloys Co--W, Co--Mo, Ni--W, Ni--Mo. J. Phys. Conf. Ser., 2020, vol. 889, art. 012017. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/889/1/012017

[22] Gololobov G.P., Suvorov D.V., Karabanov S.M., et al. An effect of Co--W barrier sublayer on the functional characteristics of Au--Ru contact coatings. Coatings, 2022, vol. 12, no. 2, art. 161. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12020161

[23] Анитов Н.М., Арефьев А.С., Гололобов Г.П. О возникновении микроразрядов в герконах. Вестник РГРТУ, 2009, № 2, с. 87--90.

[24] Гололобов Г.П., Арефьев А.С., Суворов М.С. и др. Статистические характеристики газового разряда в магнитоуправляемых контактах при различных режимах коммутации. Вестник РГРТУ, 2013, № 2, с. 76--82.

[25] Yang Z., Lichtenwalner D., Morris A., et al. Contact degradation in hot/cold operation of direct contact micro switches. J. Micromech. Microeng., 2010, vol. 20, no. 10, art. 105028. DOI: https://doi.org/10.1088/0960-1317/20/10/105028

[26] Toler B.F., Coutu R.A.Jr., McBride J.W. A review of micro-contact physics for microelectromechanical systems (MEMS) metal contact switches. J. Micromech. Microeng., 2013, vol. 23, no. 10, art. 103001. DOI: https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/10/103001