Indledning
Silver Contact Rivet er en nøglekomponent i lavspændings elektriske apparater, og dens ydeevne påvirker direkte stabiliteten og pålideligheden af elektriske apparaters drift. Blandt elektriske kontaktlegeringsmaterialer er sølvlegeringsmaterialer de vigtigste elektriske kontaktmaterialer med den største mængde ædelmetaller. For at forbedre ydeevnen af elektriske kontakter og opnå formålet med at spare sølv, er der udviklet en række sølvbaserede elektriske kontaktmaterialer, herunder AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC osv. Blandt mange sølvbaserede kontaktmaterialer, er AgCdO-kontaktmaterialer meget udbredt på grund af deres mange fordele, såsom lysbuemodstand, svejsemodstand, elektrisk og mekanisk slidstyrke, korrosionsbestandighed og lav og stabil kontaktmodstand. De kan bruges i en række forskellige elektriske lavspændingsapparater med strøm fra nogle få ampere til flere tusinde ampere og kaldes "universelle kontakter". Men da Cd er giftigt og udgør en fare for den menneskelige krop under fremstilling og brug, har EU-markedet forbudt brugen af AgCdO-kontaktmaterialer siden juni 2006.
AgZnO elektriskSølv kontaktmateriale er et af de alternative materialer til AgCdO. Det er et miljøvenligt elektrisk kontaktmateriale udviklet i slutningen af 1960'erne og begyndelsen af 1970'erne. AgZnO elektrisk kontaktmateriale har karakteristika af modstand mod forbrænding, svejsning, elektrisk slid, lav og stabil kontaktmodstand, modstand mod store strømpåvirkninger, god brudydelse, kort lysbuetid, elektrisk korrosionsbestandighed og ikke-toksicitet. Derfor er det blevet brugt i luftafbrydere, lækageafbrydere, små afbrydere, kontaktorer, afbryderkontakter, overførselsafbrydere og beskyttelsesafbrydere. Legeringspulverpræoxidationsmetoden producerer miljøvenlige sølvzinkoxidkontaktmaterialer. Det er let at behandle og har fremragende elektriske egenskaber. Det er en ny type kontaktmateriale med brede markedsudsigter.
AgZnO-legeringspulvere med forskelligt sølvindhold blev fremstillet ved legeringspulverpræ-oxidationsproces. Tråde med samme tilstandsspecifikationer blev opnået efter isostatisk presning, sintring, ekstrudering og trækning. De mekaniske og fysiske egenskaber, metallografiske strukturer osv. blev sammenlignet, og forskellene i metallografiske strukturer og mekaniske og fysiske egenskaber for ledninger med forskelligt indhold blev analyseret. De elektriske egenskaber af de integrerede nitter lavet af tråd blev testet, og de elektriske egenskaber af AgZnO-kontaktmaterialer med forskelligt indhold blev analyseret, hvilket giver en reference til udvikling og anvendelse af kontaktmaterialer i dette system.
1 Eksperimentel metode
Testen blev fremstillet under anvendelse af 99,99 % sølvplader og 99,99 % Zn-barrer fra samme batch. Prøverne blev fremstillet ved legeringspulverpræoxidationsmetode og forarbejdet til tråde gennem forstøvningspulverfremstilling, legeringspulverforoxidation, isostatisk presning, sintring, ekstrudering, trækning og andre processer. De mekaniske og fysiske egenskaber af ledningerne blev testet og sammenlignet; nitterne blev lavet til en integralSølv elektrisk kontaktproducent, og nitternes specifikationer var: dynamisk punkt R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 statisk punkt F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, samlet i relæer, og den elektriske levetid blev verificeret under AC 250 V/10 A.
Modstanden af prøverne blev testet af TH2512B intelligent strøm lav modstand gruppe tester; den metallografiske struktur af materialerne blev analyseret med L150 metallografisk mikroskop; prøvernes hårdhed blev målt med DHV-1000Z video mikrohårdhedstester; trækstyrken af prøverne blev målt af en elektronisk universal testmaskine; mikrostrukturmorfologien af prøverne og overflademorfologien af nitteprøverne efter testen blev observeret ved hjælp af scanning elektronmikroskop (SEM); den elektriske levetid blev verificeret af AC resistiv belastningstestsystem.
2 Resultater og analyse
2.1 Metallografisk strukturanalyse
Figur 1 viser de metallografiske strukturer af tværsnit og længdesnit af de færdige ledninger af AgZnO(8), AgZnO(10) og AgZnO(12) med forskellige ZnO-indhold (a og b er AgZnO(8), c og d er AgZnO(10), og e og f er AgZnO(12)). Til sammenligning kan det ses, at legeringspulverpræoxidationsmetoden med succes kan fremstille ensartet AgZnO(8-12). ZnO er spredt og jævnt fordelt i Ag-matrixen, men der er meget lidt ZnO-aggregering. Med stigningen i ZnO-indholdet øges antallet af ZnO-partikler pr. arealenhed, og partikelaggregationsfænomenet inde i materialet har en tendens til at stige, men den samlede vævsfordeling er stadig relativt ensartet.
2.2 Mekaniske og fysiske egenskabsanalyse
Figur 2 viser fordelingssandsynligheden for mekaniske og fysiske egenskaber af ledninger med en diameter på 1,920 mm i udglødet tilstand. Figur 2(a) viser resistivitetsfordelingssandsynligheden. Det kan ses, at med stigningen af ZnO-indhold har dets resistivitet en betydelig stigende tendens. Resistiviteten af sølvmetaloxidSølv kontaktpunktermateriale styres af parametre som materialesammensætning, oxidvolumenfraktion, partikelstørrelse og dets fordeling i Ag-matrixen [10]. Med stigningen af ZnO-indholdet øges ZnO-volumenfraktionen, stigningen af partikelgrænseflader fører til øget elektronspredning inde i materialet, og materialets kropsmodstand øges gradvist; Figur 2(b) viser hårdhedsfordelingssandsynligheden. Det kan ses, at med stigningen af ZnO-indholdet har hårdheden en markant stigende tendens. Dette skyldes, at indholdet af metaloxider fordelt i Ag-matrixen stiger, og den partikeldispersionsforstærkende effekt forstærkes. Tilsvarende fører spredningsforstærkning til en betydelig stigende tendens i trækstyrke, som vist i figur 2(c). Sammenfattende, med stigningen af ZnO-indhold i AgZnO-materiale, har materialets resistivitet, hårdhed og trækstyrke en betydelig stigende tendens.
2.3 Verifikation af elektrisk levetid
Nitter blev lavet af udglødet tråd med en diameter på 1.920 mm, med specifikationerne forSølv elektriske kontakter: dynamisk punkt (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) og statisk punkt (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). Nitterne blev efterbehandlet og samlet til relæer til kontrol af den elektriske levetid. Testbetingelserne er vist i tabel 1. Figur 3 viser de elektriske levetidsdata for relæer lavet af AgZnO(8), AgZnO(10) og AgZnO(12). Det kan ses, at under betingelserne 250 V og 10 A, inden for 95 % konfidensintervallet, er den elektriske levetid for AgZnO(8) materiale den længste, med en gennemsnitlig elektrisk levetid på 202.029 gange; den elektriske levetid for AgZnO(10)-materiale er mellem AgZnO(8) og AgZnO(12), med en gennemsnitlig elektrisk levetid på 149.941 gange; antallet af evaluerede elektriske levetider for AgZnO(12)-materiale er det mindste med 98.665 gange.
Omfattende sammenligning viser, at under betingelsen af lille strøm inden for 20 A kan alle tre materialer opfylde det elektriske levetidskrav på 100,000 gange, men med stigningen i ZnO-indholdet i AgZnO-kontaktmateriale, er dets Silver-kontakter til relæ den elektriske levetid viser en nedadgående tendens.
2.4 Analyse af udseendet af mislykkede kontakter
Under kontaktluknings- og frakoblingsprocessen gennemgår kontaktfladen på grund af påvirkning af lysbueudladning og Joule-varme en delvis smelte- og størkningsproces, hvilket resulterer i, at kontakten ikke kan afbrydes normalt, hvilket kaldes kontaktsvejsning [10]. Figur 4 viser udseendet og energispektrumkomponenterne for fejlbehæftede kontakter under 250 V/10 A-forhold. Figur 4 (a, d, g) er SEM-fotos af kontaktudseendemorfologien af AgZnO (8), AgZnO (10) og AgZnO (12) ved slutningen af deres levetid. Figur 4 (b, e, h) er de tilsvarende fejlpositioner, og figur 4 (c, f, i) er energispektrumkomponentdataene for fejlområdet. Til sammenligning kan det ses, at fejlpositionen af AgZnO (8) kontakten er ved kanten af kontakten, som indeholder et højt indhold af Cu. Ved slutningen af kontaktlevetiden er sølvlaget fuldstændigt opbrugt, og kobberlaget deltager i kontakten, hvilket til sidst fører til kontaktsvejsesvigt. Fejlpositionen af AgZnO (10) kontakten er tæt på kanten af kontakten, som indeholder et højt indhold af Cu. Fejlpositionen af AgZnO (12) er placeret inde i arbejdsfladen, og limningspositionen indeholder et højt indhold af Cu. Når ZnO-indholdet i kontaktmaterialet stiger, øges viskositeten af den smeltede pool, hvilket ikke er befordrende for flow. Fejlpositionen har en tendens til at bevæge sig fra ydersiden af kontaktarbejdsfladen til indersiden.
Buerosion forekommer på overfladen af kontakten under lukke- og åbningsprocessen, det vil sige materialetabet forårsaget af fordampning og sprøjt af materialet på grund af lokal overophedning af kontakten under påvirkning af lysbuen. Buerosion er i bund og grund en fysisk metallurgisk proces, såsom hurtig opvarmning, smeltning, fordampning, flow og størkning på kontaktfladen, hvilket resulterer i blødgøring, sprøjt, flow, revner osv. på kontaktfladen [10-12]. Kontaktbueerosion påvirkes hovedsageligt af smeltnings-, fordampnings- og størkningsprocesserne. I smeltningsprocessen smelter mikroområdet af kontaktfladen og ændrer den oprindelige struktur. Drevet af lysbuekraften og mekanisk kraft flyder det smeltede metal med en vis strømningshastighed, hvilket forårsager sprøjt og forårsager materialetab.
Som det kan ses af figur 4 (a, d, g), efter AgZnO (8) testen, blev kontaktfladen ableret relativt flad og ensartet med nogle få porer, og der var en masse stænk omkring arbejdsfladen, som akkumulerede omkring kontakterne. Fordi antallet af test var det største, var sprøjtningen alvorligt, hvilket resulterede i fuldstændigt tab af sølvlaget på arbejdsfladen af sølvkontakterne til relæ, og kobberlaget svigtede efter kontakten. Efter AgZnO (10) testen var der tydelige porer på kontaktfladen, og der var færre stænk omkring kontakterne; efter AgZnO (12)-testen var kontaktarbejdsfladen alvorligt revnet, og den smeltede kobbermatrix sprøjtede til arbejdsfladen, hvilket forårsagede svejsefejlen. Ved at sammenligne figur 4 (a, d, g) kan det ses, at med stigningen i ZnO-indholdet, stiger revne-tendensen af kontaktfejlfladen, hvilket er forårsaget af afkøling og krympning af kontakten. Efter at lysbuen er slukket, afkøles kontaktfladen hurtigt, overfladesmeltet pool størkner, og væskefasen omdannes til en fast fase, og overfladen størkner og krymper. Undersøgelser har vist, at revner og huller dannet på overfladen af sølvmetaloxidkontakter uundgåeligt vil få overfladearealstrukturen til at blive løs, hvilket igen øger mængden af buerosion og kontaktmodstanden. Med stigningen af ZnO-indholdet øges tendensen til revner og porer, mængden af lysbuerosion øges, kontaktmodstanden bliver højere, temperaturstigningen er unormal, og den løse indre struktur fører til kontaktfejl.
Omfattende sammenligning viser, at med stigningen af ZnO-indhold, når AgZnO ({0}})-kontaktmaterialet svigter, bevæger kontaktpositionen sig fra ydersiden til indersiden af arbejdsfladen, og tendensen til revner og porer på kontakten overflade øges, hvilket resulterer i et fald i kontaktens elektriske levetid.
3 Konklusioner
Legeringspulverpræoxidationsmetoden kan med succes forberede elektriske kontaktmaterialer med et ZnO-indhold på 8% til 12%. Med stigningen i ZnO-indholdet har resistiviteten, hårdheden og trækstyrken en tendens til at stige, og aggregeringen af ZnO-partikler inde i materialet har en tendens til at stige; under betingelse af lille strøm inden for 20 A, med stigningen i ZnO-indhold, har den elektriske levetid en tendens til at falde, og den elektriske levetidsverifikationsydelse af AgZnO(8) materialekontakter er den bedste, som kan nå mere end 200,{{ 6}} gange; med stigningen af ZnO-indhold, under påvirkning af bue, øges overfladerevnen og porøsiteten af sølv elektriske kontakter, og den elektriske levetid har en tendens til at falde.
VoresSølv elektriske kontakterer omhyggeligt udformede produkter af høj kvalitet. De er lavet af højrent sølv og har fremragende elektrisk ledningsevne, som tillader jævn strømtransmission og i høj grad reducerer energitab. Den udsøgte fremstillingsproces gør kontakterne tæt kombineret med basismaterialet, faste og pålidelige, i stand til at modstå hyppige åbnings- og lukkeoperationer og ikke let deformeres eller beskadiges. I forskellige komplekse elektriske miljøer kan de fungere stabilt, uanset om det er under høje temperaturer, høj luftfugtighed eller vibrationsforhold, de kan sikre sikker og stabil drift af elektrisk udstyr.
