Исследование и разработка оптимальной технологии и оборудования, предназначенного для нанесения защитного покрытия на проводники

Актуальность.

Основными тенденциями развития производства обмоточных проводов являются повышение их нагревостойкости и микроминиатюризация, что связано с резким снижением габаритных размеров изделий электромашиностроения, электроприборостроения и радиоэлектронной аппаратуры, повышение их надежности.

Наиболее прогрессивной группой обмоточных проводов являются эмалированные провода (эмальпровода), имеющие более тонкую изоляцию и менее трудоемкие по сравнению с проводами, изоляция которых накладывается на проволоку, например, методом обмотки.

В то же время с 1990;х годов неуклонно возрастает (до 80%) производство нагревостойких эмальпроводов с полиэфирной, полиэфиримидной и полиимидной изоляцией с температурным индексом 130−220°С, достигаемым за счет применения нагревостойких эмальлаков.

Для эксплуатации при температуре 220 °C и выше важную роль играет токопроводящая жила с точки зрения ее влияния на изоляцию и на возможное изменение электрического сопротивления.

Так, применяемые проводниковые материалы не должны оказывать каталитическое воздействие на тепловое старение изоляции проводов Кроме того, медь как проводниковый материал проводов при температуре свыше 225 °C начинает окисляться на воздухе, что приводит к потере эластичности и отслаиванию изоляционного материала.

Для устранения этого явления медь защищают нанесением покрытия из другого материала Наиболее распространено нанесение слоя никеля.

Биметаллическая проволока медь-никель выпускается в диапазоне диаметров от 0,05 до 2,5 мм. При нанесении покрытия гальваническим методом электрическое сопротивления токопроводящей жилы практически не изменяется, а температурный индекс проводов (ТИ) повышается с 200−220°С до 240 °C.

Поэтому представляется целесообразным проведение исследований с целью разработки оптимальной технологии нанесения требуемого защитного никелевого покрытия на проводники.

Актуальным является также усовершенствование оборудования, которое должно проектироваться на основе соответствующего комплекса исследований Такое оборудование необходимо для серийного выпуска никелированных проводников.

Настоящая диссертационная работа направлена на усовершенствование технологии производства и исследование нагревостойкости медной никелированной проволоки с температурным индексом 240 °C, а также разработку технологии производства никелированной проволоки из сплавов сопротивления для отражающих поверхностей космических складных антенн.

Научная новизна.

1. На основании расчета электрического поля в ванне для нанесения гальванических покрытий установлена зависимость плотности тока на проволоке от геометрических размеров, формы ванны и расстояния между проволоками Проведена оценка неравномерности плотности тока в средних и крайних проходах проволоки в ванне.

2. Проведен расчет процесса диффузии между тонким слоем покрытия из никеля и медной проволокой. Рассчитано время, за которое концентрация меди на поверхности тонкого слоя никеля достигает заданной величины при температурах 220−250°С.

3. Методом дифференциального термогравиметрического анализа (ДТСА) исследована зависимость температурного индекса эмальпроводов марки ПНЭТ-имид (с полиимидной изоляцией) от толщины защитного слоя никеля Установлено, что при толщине слоя никеля 0,1 мкм и более температурный индекс не зависит от толщины слоя никеля и составляет 240 °C.

Положения, выдвигаемые на защиту.

1. Расчет электрического поля в ванне для гальванического нанесения защитных покрытий на проволоку с учетом катодного потенциала на поверхности проволоки.

2. Расчет процесса диффузии из тонких слоев защитных покрытий и результаты оценки зависимости времени, в течение которого защитные покрытия сохраняют требуемые характеристики от их толщины и температуры.

3. Результаты исследований зависимости температурного индекса эмальпроводов марки ПНЭТ-имид от толщины защитного слоя никеля.

Практическое применение результатов исследований.

1. Даны рекомендации по толщине защитного слоя никеля на проводах марки ПНЭТ-имид, которые зафиксированы в технической документации.

2. На основании расчета электрического поля в гальванических ваннах и других исследований разработана и внедрена в производство усовершенствованная конструкция установки для изготовления микропроволоки никелированной проволоки микронных размеров ЭИ-708 АН.

ВЫВОДЫ.

В результате изучения и детального анализа литературных источников и проведенных на основании этого теоретических и экспериментальных работ, завершившихся конструктивными и технологическими разработками, внедренными в производство, были получены следующие результаты.

1. На основании расчета электрического поля в ванне для нанесения гальванических покрытий установлена зависимость плотности тока на проволоке от геометрических размеров ванны и расстояния между проволоками Проведена оценка неравномерности плотности тока в средних и крайних проходах проволоки в ванне.

2. Рассчитан процесс диффузии между тонкими гальваническими покрытиями и медной проволокой. Установлено, что толщина никелевого покрытия проволоки, используемой для производства эмальпроводов, должна быть не менее 0,1−0,2 мкм.

3. Методом DTGA исследована зависимость температурного индекса эмальпроводов марки ПНЭТ-имид. Установлено, что температурный индекс равен 240 °C и не зависит от толщины защитного слоя никеля для толщины более 0,1 мкм.

4. На основании выполненных исследований разработана конструкция ванн никелирования для установок УН 12/42, предназначенных для нанесения защитных покрытий на проволоку диаметром 0,12−0,42 мм.

5. Разработан оптимальный скоростной технологический режим нанесения защитного никелевого покрытия проволоки для эмальпроводов ПНЭТ-имид в диапазоне диаметров 0,12−0,42 мм.

6. Реально значительно уменьшена до 0,2 мкм толщина защитного никелевого покрытия на проводах ПНЭТ-имид диаметром от 0,12 до 0,42 мм.

7. Разработана, сконструирована и внедрена в производство усовершенствованная двухходовая установка для изготовления микропроволоки никелированной ЭИ-708 АН.

8. Разработаны и внедрены в производство режимы технологического никелирования и инструкции для работы на установке УНС-1.

9. На основании технического задания утверждены и согласованы с ФГУП ОКБ МЭИ технические условия ТУ НПЮИ-069−06 на микропроволоку никелированную ЭИ-708 АН, предназначенную для изготовления отражающих поверхностей складных космических антенн.

10. Изготовлены и поставлены в 2005;2006 гг. серийные партии микропроволоки никелированной ЭИ-708 АН в необходимых количествах.

И. Разработана и внедрена в ФГУП «Московский завод по обработке специальных сплавов» 20-ходовая усовершенствованная линия гальванического серебрения ЛГС 25/50.