Исследование по применению контактных материалов из оксида серебра и цинка в условиях переменного тока

Silver Contact Rivet является ключевым компонентом низковольтных электроприборов, и его характеристики напрямую влияют на стабильность и надежность работы электроприборов. Среди материалов из электроконтактных сплавов материалы из сплавов серебра являются наиболее важными электроконтактными материалами с наибольшим количеством драгоценных металлов. Для улучшения характеристик электрических контактов и достижения цели экономии серебра был разработан ряд материалов для электрических контактов на основе серебра, в том числе AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC и т. д. Среди многих материалов на основе серебра контактные материалы, контактные материалы AgCdO широко используются благодаря их многочисленным преимуществам, таким как стойкость к дуге, стойкость к сварке, электрическая и механическая износостойкость, коррозионная стойкость, а также низкое и стабильное контактное сопротивление. Они могут использоваться в различных низковольтных электроприборах с силой тока от нескольких ампер до нескольких тысяч ампер и называются «универсальными контактами». Однако, поскольку Cd токсичен и представляет опасность для организма человека при производстве и использовании, на рынке ЕС с июня 2006 года запрещено использование контактных материалов AgCdO.

AgZnO ЭлектротехникаСеребряный контактматериал является одним из альтернативных материалов AgCdO. Это экологически чистый материал для электрических контактов, разработанный в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Материал электрических контактов AgZnO обладает характеристиками стойкости к горению, сварке, электрическому износу, низкому и стабильному контактному сопротивлению, устойчивости к воздействию больших токов, хорошей отключающей способности, короткому времени дуги, устойчивости к электрической коррозии и нетоксичности. Поэтому он используется в воздушных автоматических выключателях, автоматических выключателях утечки, небольших автоматических выключателях, контакторах, разъединителях, резервных переключателях и защитных переключателях. Метод предварительного окисления порошка сплава позволяет получить экологически чистые контактные материалы из оксида серебра и цинка. Он легко обрабатывается и имеет отличные электрические свойства. Это новый тип контактного материала с широкими рыночными перспективами.
Порошки сплава AgZnO с различным содержанием серебра были приготовлены методом предварительного окисления порошков сплава. Проволоки с такими же государственными характеристиками были получены после изостатического прессования, спекания, экструзии и волочения. Проведено сравнение механических и физических свойств, металлографической структуры и т. д., а также проанализированы различия металлографической структуры и механических и физических свойств проволок различного содержания. Были испытаны электрические свойства цельных заклепок, изготовленных из проволоки, и проанализированы электрические свойства контактных материалов AgZnO с различным содержанием, что послужило основой для разработки и применения контактных материалов этой системы.

Для испытания использовали пластины из серебра 99,99% и слитки цинка 99,99% из одной партии. Образцы были приготовлены методом предварительного окисления порошка сплава и переработаны в проволоки посредством распыления порошка, предварительного окисления порошка сплава, изостатического прессования, спекания, экструзии, волочения и других процессов. Механические и физические свойства проводов были проверены и сравнены; заклепки сделали цельнымиСеребряный электрический контактпроизводителем, а характеристики заклепок были следующими: динамическая точка R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 статическая точка F3×0.6(0.25)+1.5×0,6E, собранная в реле, электрический срок службы проверен при 250 В переменного тока/10 А.

Сопротивление образцов было протестировано с помощью интеллектуального группового тестера низкого сопротивления TH2512B; металлографическую структуру материалов анализировали на металлографическом микроскопе Л150; твердость образцов измеряли видеомикротвердомером DHV-1000Z; предел прочности образцов измерялся на электронной универсальной испытательной машине; морфологию микроструктуры образцов и морфологию поверхности образцов заклепок после испытания наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM); Электрический срок службы был проверен с помощью системы испытаний на резистивную нагрузку переменного тока.

2.1 Анализ металлографической структуры
На рис. 1 представлены металлографические структуры поперечного и продольного сечений готовых проволок AgZnO(8), AgZnO(10) и AgZnO(12) с различным содержанием ZnO (а и б — AgZnO(8), в и d — AgZnO(10), e и f — AgZnO(12)). Для сравнения видно, что метод предварительного окисления порошка сплава позволяет успешно получить однородный AgZnO(8-12). ZnO диспергирован и равномерно распределен в матрице Ag, но агрегация ZnO очень незначительна. С увеличением содержания ZnO количество частиц ZnO на единицу площади увеличивается, и явление агрегации частиц внутри материала имеет тенденцию к увеличению, но общее распределение тканей по-прежнему остается относительно равномерным.

2.2 Анализ механических и физических свойств
На рис. 2 представлена ​​вероятность распределения механических и физических свойств проволоки диаметром 1,920 мм в отожженном состоянии. На рисунке 2(а) показана вероятность распределения удельного сопротивления. Видно, что с увеличением содержания ZnO его удельное сопротивление имеет значительную тенденцию к увеличению. Удельное сопротивление оксида металлического серебраСеребряные контактные точкиМатериал контролируется такими параметрами, как состав материала, объемная доля оксида, размер частиц и их распределение в матрице Ag [10]. С увеличением содержания ZnO объемная доля ZnO увеличивается, увеличение границ раздела частиц приводит к усилению рассеяния электронов внутри материала, сопротивление тела материала постепенно увеличивается; На рисунке 2(б) показана вероятность распределения твердости. Видно, что с увеличением содержания ZnO твердость имеет значительную тенденцию к увеличению. Это связано с тем, что увеличивается содержание оксидов металлов, распределенных в матрице Ag, и усиливается эффект упрочнения дисперсии частиц. Точно так же дисперсионное упрочнение приводит к значительному увеличению прочности на разрыв, как показано на рисунке 2 (c). Таким образом, с увеличением содержания ZnO в материале AgZnO удельное сопротивление, твердость и предел прочности материала имеют тенденцию к значительному увеличению.

2.3 Проверка электрического срока службы
Заклепки были изготовлены из отожженной проволоки диаметром 1920 мм со спецификациямиСеребряные электрические контакты: динамическая точка (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) и статическая точка (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0,6E). Заклепки были подвергнуты последующей обработке и собраны в реле для проверки электрического срока службы. Условия испытаний приведены в таблице 1. На рисунке 3 показаны данные по электрическому ресурсу реле, изготовленных из AgZnO(8), AgZnO(10) и AgZnO(12). Видно, что в условиях 250 В и 10 А, в пределах 95% доверительного интервала, электрическая долговечность материала AgZnO(8) является самой продолжительной, со средней электрической долговечностью 202 029 раз; электрический срок службы материала AgZnO(10) находится между AgZnO(8) и AgZnO(12), при этом средний электрический срок службы составляет 149 941 раз; Число расчетной электрической долговечности материала AgZnO(12) наименьшее - в 98 665 раз.

Всестороннее сравнение показывает, что при условии малого тока в пределах 20 А все три материала могут удовлетворить требования к электрическому сроку службы в 100,000 раз, но с увеличением содержания ZnO в контактном материале AgZnO его серебряные контакты для реле Срок службы электрооборудования показывает тенденцию к снижению.

2.4 Анализ появления вышедших из строя контактов
В процессе замыкания и разъединения контакта из-за воздействия дугового разряда и джоулева тепла поверхность контакта подвергается частичному плавлению и затвердеванию, в результате чего контакт не может нормально разъединиться, что называется контактной сваркой [10]. На рис. 4 показаны внешний вид и компоненты энергетического спектра вышедших из строя контактов при напряжении 250 В/10 А. На рисунках 4 (а, г, ж) представлены фотографии морфологии внешнего вида контактов AgZnO (8), AgZnO (10) и AgZnO (12) в конце их срока службы, полученные с помощью СЭМ. На рисунках 4 (b, e, h) показаны соответствующие положения разрушения, а на рисунках 4 (c, f, i) показаны данные о компонентах энергетического спектра зоны разрушения. Для сравнения видно, что место разрушения контакта AgZnO (8) находится на краю контакта, содержащего высокое содержание Cu. По окончании срока службы контакта слой серебра полностью изнашивается, и в контакте участвует слой меди, что в конечном итоге приводит к нарушению контактной сварки. Положение разрушения контакта AgZnO (10) близко к краю контакта, содержащего повышенное содержание Cu. Положение разрушения AgZnO (12) расположено внутри рабочей поверхности, а место склеивания содержит повышенное содержание Cu. По мере увеличения содержания ZnO в контактном материале увеличивается вязкость ванны расплава, что не способствует течению. Положение разрушения имеет тенденцию перемещаться с внешней стороны контактной рабочей поверхности внутрь.

На поверхности контакта в процессе замыкания и размыкания возникает дуговая эрозия, то есть потери материала, вызванные испарением и разбрызгиванием материала вследствие местного перегрева контакта под действием дуги. Дуговая эрозия, по сути, представляет собой физический металлургический процесс, такой как быстрый нагрев, плавление, испарение, течение и затвердевание на контактной поверхности, что приводит к размягчению, разбрызгиванию, растеканию, трещинам и т. д. на контактной поверхности [10-12]. На контактно-дуговую эрозию в основном влияют процессы плавления, испарения и затвердевания. В процессе плавления микроучасток контактной поверхности плавится и изменяет первоначальную структуру. Под действием силы дуги и механической силы расплавленный металл течет с определенной скоростью, вызывая разбрызгивание и потерю материала.

Как видно из рисунка 4 (а, г, ж), после испытания AgZnO (8) контактная поверхность была аблирована относительно плоской и однородной, с небольшим количеством пор, вокруг рабочей поверхности было много брызг, который скопился вокруг контактов. Поскольку количество испытаний было самым большим, разбрызгивание было серьезным, что привело к полной потере серебряного слоя на рабочей поверхности серебряных контактов реле, а медный слой вышел из строя после контакта. После теста AgZnO (10) на контактной поверхности появились явные поры, а вокруг контактов стало меньше брызг; после испытания AgZnO (12) контактная рабочая поверхность сильно треснула, и расплавленная медная матрица выплеснулась на рабочую поверхность, что привело к нарушению сварки. Сравнивая рисунки 4 (а, г, ж), видно, что с увеличением содержания ZnO увеличивается склонность к растрескиванию поверхности контактного разрушения, что вызвано охлаждением и усадкой контакта. После гашения дуги контактная поверхность быстро охлаждается, поверхностная ванна расплава затвердевает, жидкая фаза превращается в твердую фазу, а поверхность затвердевает и сжимается. Исследования показали, что трещины и отверстия, образующиеся на поверхности контактов из оксида серебра, неизбежно приводят к расшатыванию структуры поверхности, что, в свою очередь, увеличивает степень дуговой эрозии и сопротивление контакта. С увеличением содержания ZnO увеличивается склонность к образованию трещин и пор, увеличивается степень дуговой эрозии, контактное сопротивление становится выше, повышение температуры является аномальным, а рыхлая внутренняя структура приводит к разрушению контакта.

Комплексное сравнение показывает, что с увеличением содержания ZnO при выходе из строя контактного материала AgZnO (8-12) положение контакта смещается снаружи внутрь рабочей поверхности, а также наблюдается тенденция к образованию трещин и пор на контакте. поверхности увеличивается, что приводит к уменьшению электрического срока службы контакта.

Метод предварительного окисления порошка сплава позволяет успешно получать электрические контактные материалы с содержанием ZnO от 8% до 12%. С увеличением содержания ZnO удельное сопротивление, твердость и прочность на разрыв имеют тенденцию к увеличению, а агрегация частиц ZnO внутри материала имеет тенденцию к увеличению; в условиях малого тока в пределах 20 А с увеличением содержания ZnO электрический срок службы имеет тенденцию к снижению, а характеристики проверки электрического срока службы контактов из материала AgZnO (8) являются лучшими и могут достигать более 200,{{ 6}} раз; с увеличением содержания ZnO под действием дуги увеличивается растрескивание поверхности и пористость серебряных электрических контактов, а электрический ресурс имеет тенденцию к снижению.

 

Наши продукты

НашСеребряные электрические контактыэто тщательно изготовленная высококачественная продукция. Они изготовлены из серебра высокой чистоты и обладают отличной электропроводностью, что обеспечивает плавную передачу тока и значительно снижает потери энергии. Изысканный производственный процесс делает контакты тесно связанными с основным материалом, прочными и надежными, способными выдерживать частые операции размыкания и замыкания, а также их нелегко деформировать или повредить. В различных сложных электрических средах они могут стабильно работать, будь то в условиях высокой температуры, высокой влажности или вибрации, они могут обеспечить безопасную и стабильную работу электрооборудования.