Badanie zastosowania materiałów stykowych z tlenkiem srebra i cynku w warunkach prądu przemiennego

Nit kontaktowy Silver jest kluczowym elementem urządzeń elektrycznych niskiego napięcia, a jego działanie bezpośrednio wpływa na stabilność i niezawodność pracy urządzeń elektrycznych. Wśród materiałów stopowych mających kontakt elektryczny, materiały ze stopów srebra są najważniejszymi materiałami stykowymi elektrycznymi zawierającymi największą ilość metali szlachetnych. Aby poprawić wydajność styków elektrycznych i osiągnąć cel oszczędzania srebra, opracowano szereg materiałów na styki elektryczne na bazie srebra, w tym AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC itp. Wśród wielu materiałów na bazie srebra materiały kontaktowe, materiały kontaktowe AgCdO są szeroko stosowane ze względu na ich wiele zalet, takich jak odporność na łuk, odporność na spawanie, odporność na zużycie elektryczne i mechaniczne, odporność na korozję oraz niska i stabilna rezystancja styku. Można je stosować w różnych urządzeniach elektrycznych niskiego napięcia o prądzie od kilku amperów do kilku tysięcy amperów i nazywane są „stykami uniwersalnymi”. Ponieważ jednak kadm jest toksyczny i stwarza zagrożenie dla organizmu ludzkiego podczas produkcji i stosowania, od czerwca 2006 r. rynek UE zakazuje stosowania materiałów kontaktowych AgCdO.

AgZnO elektryczneSrebrny kontaktMateriał jest jednym z alternatywnych materiałów dla AgCdO. Jest to przyjazny dla środowiska materiał styków elektrycznych opracowany pod koniec lat 60. i na początku lat 70. XX wieku. Materiał styków elektrycznych AgZnO charakteryzuje się odpornością na spalanie, spawanie, zużycie elektryczne, niską i stabilną rezystancją styku, odpornością na uderzenia dużego prądu, dobrą odpornością na zerwanie, krótkim czasem łuku, odpornością na korozję elektryczną i nietoksycznością. Dlatego był stosowany w wyłącznikach powietrznych, wyłącznikach upływowych, małych wyłącznikach, stycznikach, wyłącznikach, przełącznikach zasilania i przełącznikach ochronnych. Metoda wstępnego utleniania proszku stopowego pozwala uzyskać przyjazne dla środowiska materiały kontaktowe z tlenkiem srebra i cynku. Jest łatwy w obróbce i ma doskonałe właściwości elektryczne. Jest to nowy rodzaj materiału kontaktowego o szerokich perspektywach rynkowych.
Proszki stopu AgZnO o różnej zawartości srebra wytworzono w procesie wstępnego utleniania proszku stopowego. Druty o tym samym stanie technicznym otrzymano po prasowaniu izostatycznym, spiekaniu, wytłaczaniu i ciągnieniu. Porównano właściwości mechaniczne i fizyczne, struktury metalograficzne itp. oraz przeanalizowano różnice w strukturach metalograficznych oraz właściwościach mechaniczno-fizycznych drutów o różnej zawartości. Badano właściwości elektryczne nitów integralnych wykonanych z drutu oraz analizowano właściwości elektryczne materiałów stykowych AgZnO o różnej zawartości, co stanowiło punkt odniesienia dla rozwoju i zastosowania materiałów stykowych tego układu.

Do testu wykorzystano płytki zawierające 99,99% srebra i wlewki zawierające 99,99% Zn z tej samej partii. Próbki przygotowano metodą wstępnego utleniania proszku stopowego i przetwarzano na druty poprzez wytwarzanie proszku atomizacyjnego, wstępne utlenianie proszku stopowego, prasowanie izostatyczne, spiekanie, wytłaczanie, ciągnienie i inne procesy. Zbadano i porównano właściwości mechaniczne i fizyczne drutów; nity zostały wykonane w integralną całośćSrebrny styk elektrycznyproducenta, a specyfikacja nitów była następująca: punkt dynamiczny R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 punkt statyczny F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, montowany w przekaźnikach, a trwałość elektryczna sprawdzona przy napięciu 250 V/10 A.

Rezystancja próbek została przetestowana za pomocą inteligentnego testera prądowego o niskiej rezystancji TH2512B; strukturę metalograficzną materiałów analizowano za pomocą mikroskopu metalograficznego L150; twardość próbek mierzono za pomocą wideomikrotwardościomierza DHV-1000Z; wytrzymałość na rozciąganie próbek mierzono za pomocą elektronicznej uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej; morfologię mikrostruktury próbek i morfologię powierzchni próbek nitów po badaniu obserwowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM); żywotność elektryczną sprawdzono za pomocą systemu testowego obciążenia rezystancyjnego AC.

2.1 Analiza struktury metalograficznej
Rysunek 1 przedstawia struktury metalograficzne przekroju i przekrojów podłużnych gotowych drutów AgZnO(8), AgZnO(10) i AgZnO(12) o różnej zawartości ZnO (a i b to AgZnO(8), c i d oznaczają AgZnO(10), a e i f oznaczają AgZnO(12)). Dla porównania można zauważyć, że metodą wstępnego utleniania proszku stopowego można z powodzeniem wytworzyć jednolity AgZnO(8-12). ZnO jest rozproszony i równomiernie rozłożony w matrycy Ag, ale agregacja ZnO jest bardzo mała. Wraz ze wzrostem zawartości ZnO wzrasta liczba cząstek ZnO na jednostkę powierzchni, a zjawisko agregacji cząstek wewnątrz materiału ma tendencję do zwiększania się, ale ogólny rozkład tkanek jest nadal stosunkowo równomierny.

2.2 Analiza właściwości mechanicznych i fizycznych
Na rysunku 2 przedstawiono prawdopodobieństwo rozkładu właściwości mechanicznych i fizycznych drutów o średnicy 1,920 mm w stanie wyżarzonym. Rysunek 2(a) pokazuje prawdopodobieństwo rozkładu rezystywności. Można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości ZnO jego rezystywność wykazuje znaczącą tendencję rosnącą. Rezystywność tlenku srebra i metaluSrebrne Punkty Kontaktowemateriał jest kontrolowany takimi parametrami, jak skład materiału, udział objętościowy tlenku, wielkość cząstek i ich rozkład w matrycy Ag [10]. Wraz ze wzrostem zawartości ZnO wzrasta udział objętościowy ZnO, wzrost powierzchni międzyfazowych cząstek prowadzi do zwiększonego rozpraszania elektronów wewnątrz materiału i stopniowo wzrasta opór ciała materiału; Rysunek 2(b) pokazuje prawdopodobieństwo rozkładu twardości. Można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości ZnO twardość wykazuje wyraźną tendencję rosnącą. Dzieje się tak dlatego, że zwiększa się zawartość tlenków metali rozmieszczonych w osnowie Ag i wzmacnia się efekt wzmocnienia dyspersji cząstek. Podobnie wzmocnienie dyspersyjne prowadzi do znacznego trendu wzrostowego wytrzymałości na rozciąganie, jak pokazano na rysunku 2 (c). Podsumowując, wraz ze wzrostem zawartości ZnO w materiale AgZnO rezystywność, twardość i wytrzymałość na rozciąganie materiału wykazują znaczącą tendencję rosnącą.

2.3 Weryfikacja trwałości elektrycznej
Nity zostały wykonane z drutu odprężonego o średnicy 1,920 mm, o specyfikacji:Styki elektryczne srebrne: punkt dynamiczny (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) i punkt statyczny (F3×{ {13}},6(0,25)+1,5×0,6E). Nity poddano obróbce końcowej i zmontowano w przekaźniki w celu sprawdzenia trwałości elektrycznej. Warunki testu przedstawiono w tabeli 1. Rysunek 3 przedstawia dane dotyczące trwałości elektrycznej przekaźników wykonanych z AgZnO(8), AgZnO(10) i AgZnO(12). Można zauważyć, że w warunkach 250 V i 10 A, w 95% przedziale ufności, trwałość elektryczna materiału AgZnO(8) jest najdłuższa i wynosi średnio 202 029 razy; trwałość elektryczna materiału AgZnO(10) mieści się w przedziale od AgZnO(8) do AgZnO(12), a średnia trwałość elektryczna wynosi 149 941 razy; liczba oszacowanej trwałości elektrycznej materiału AgZnO(12) jest najmniejsza i wynosi 98 665 razy.

Kompleksowe porównanie pokazuje, że pod warunkiem małego prądu w granicach 20 A wszystkie trzy materiały mogą spełnić wymagania dotyczące trwałości elektrycznej 100,000 razy, ale wraz ze wzrostem zawartości ZnO w materiale stykowym AgZnO, srebrne styki przekaźnika żywotność elektryczna wykazuje tendencję spadkową.

2.4 Analiza wyglądu nieudanych kontaktów
Podczas procesu zamykania i rozłączania zestyku, pod wpływem wyładowania łukowego i ciepła Joule’a, powierzchnia styku ulega częściowemu stopieniu i zestaleniu, w wyniku czego nie następuje normalne rozłączenie styku, co nazywa się zgrzewaniem stykowym [10]. Rysunek 4 przedstawia wygląd i składowe widma energii uszkodzonych styków w warunkach 250 V/10 A. Ryciny 4 (a, d, g) to zdjęcia SEM morfologii wyglądu styku AgZnO (8), AgZnO (10) i AgZnO (12) pod koniec ich życia. Ryciny 4 (b, e, h) przedstawiają odpowiednie pozycje awarii, a ryciny 4 (c, f, i) to dane składowych widma energii obszaru awarii. Dla porównania można zauważyć, że miejsce uszkodzenia styku AgZnO (8) znajduje się na krawędzi styku, który zawiera dużą zawartość Cu. Pod koniec żywotności styku warstwa srebra zostaje całkowicie zużyta, a warstwa miedzi uczestniczy w styku, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia zespawania styku. Miejsce awarii styku AgZnO (10) znajduje się blisko krawędzi styku, który zawiera dużą zawartość Cu. Miejsce awarii AgZnO (12) znajduje się wewnątrz powierzchni roboczej, a miejsce łączenia zawiera dużą zawartość Cu. Wraz ze wzrostem zawartości ZnO w materiale kontaktowym wzrasta lepkość stopionego jeziorka, co nie sprzyja płynięciu. Pozycja awarii ma tendencję do przesuwania się z zewnątrz powierzchni roboczej styku do wewnątrz.

Erozja łukowa występuje na powierzchni styku podczas procesu zamykania i otwierania, czyli ubytku materiału spowodowanego parowaniem i rozpryskiwaniem materiału na skutek lokalnego przegrzania styku pod działaniem łuku. Erozja łukowa to zasadniczo fizyczny proces metalurgiczny, taki jak szybkie nagrzewanie, topienie, odparowywanie, płynięcie i krzepnięcie na powierzchni styku, powodujące zmiękczenie, rozpryskiwanie, płynięcie, pęknięcia itp. na powierzchni styku [10-12). Na erozję łuku kontaktowego wpływają głównie procesy topienia, parowania i krzepnięcia. W procesie topienia mikroobszar powierzchni styku topi się i zmienia pierwotną strukturę. Napędzany siłą łuku i siłą mechaniczną, stopiony metal płynie z określoną szybkością, powodując rozpryskiwanie i straty materiału.

Jak widać na rys. 4 (a, d, g), po badaniu AgZnO (8) powierzchnia styku została ablowana stosunkowo płaska i jednolita, z nielicznymi porami, a wokół powierzchni roboczej występowały liczne rozpryski, które zgromadziły się wokół styków. Ponieważ liczba testów była największa, zachlapanie było poważne, co spowodowało całkowitą utratę warstwy srebra na powierzchni roboczej srebrnych styków przekaźnika, a warstwa miedzi po zestyku uległa zniszczeniu. Po teście AgZnO (10) na powierzchni styków widoczne były wyraźne pory, a wokół styków było mniej rozprysków; po badaniu AgZnO (12) powierzchnia robocza styku uległa znacznemu pęknięciu, a roztopiona osnowa miedziana rozpryskała się na powierzchnię roboczą, powodując uszkodzenie spawania. Porównując rysunki 4 (a, d, g) można zauważyć, że wraz ze wzrostem zawartości ZnO wzrasta tendencja do pękania powierzchni uszkodzenia styku, co jest spowodowane ochłodzeniem i skurczem styku. Po wygaśnięciu łuku powierzchnia styku gwałtownie się ochładza, jeziorko stopionego powierzchni zestala się, a faza ciekła przechodzi w fazę stałą, a powierzchnia zestala się i kurczy. Badania wykazały, że pęknięcia i dziury powstałe na powierzchni styków z tlenku srebra i metalu nieuchronnie spowodują poluzowanie struktury powierzchni, co z kolei zwiększy stopień erozji łukowej i rezystancję styku. Wraz ze wzrostem zawartości ZnO wzrasta tendencja do pęknięć i porów, zwiększa się ilość erozji łukowej, wzrasta rezystancja styku, wzrost temperatury jest nieprawidłowy, a luźna struktura wewnętrzna prowadzi do uszkodzenia styku.

Kompleksowe porównanie pokazuje, że wraz ze wzrostem zawartości ZnO, w przypadku uszkodzenia materiału stykowego AgZnO (8-12), położenie styku przesuwa się z zewnątrz do wnętrza powierzchni roboczej, a na styku pojawia się tendencja do pękania i porów zwiększa się powierzchnia, co powoduje zmniejszenie trwałości elektrycznej styku.

Metodą wstępnego utleniania proszku stopowego można z powodzeniem przygotować materiały stykowe elektryczne o zawartości ZnO od 8% do 12%. Wraz ze wzrostem zawartości ZnO wzrasta rezystywność, twardość i wytrzymałość na rozciąganie, a także wzrasta agregacja cząstek ZnO wewnątrz materiału; w warunkach małego prądu w granicach 20 A, wraz ze wzrostem zawartości ZnO, trwałość elektryczna ma tendencję do zmniejszania się, a skuteczność weryfikacji trwałości elektrycznej styków materiału AgZnO(8) jest najlepsza i może osiągnąć ponad 200,{{ 6}} razy; wraz ze wzrostem zawartości ZnO, pod działaniem łuku, zwiększa się pękanie powierzchni i porowatość srebrnych styków elektrycznych, a żywotność elektryczna ma tendencję do zmniejszania się.

 

Nasze produkty

NaszStyki elektryczne srebrneto starannie wykonane produkty wysokiej jakości. Wykonane są ze srebra o wysokiej czystości i charakteryzują się doskonałą przewodnością elektryczną, co umożliwia płynny przesył prądu i znacznie ogranicza straty energii. Znakomity proces produkcyjny sprawia, że ​​styki są ściśle połączone z materiałem bazowym, mocne i niezawodne, wytrzymują częste operacje otwierania i zamykania oraz niełatwo je odkształcić lub uszkodzić. W różnych złożonych środowiskach elektrycznych mogą działać stabilnie, czy to w warunkach wysokiej temperatury, wysokiej wilgotności czy wibracji, mogą zapewnić bezpieczną i stabilną pracę sprzętu elektrycznego.