Įvadas
Silver Contact Rivet yra pagrindinis žemos įtampos elektros prietaisų komponentas, o jos veikimas tiesiogiai veikia elektros prietaisų veikimo stabilumą ir patikimumą. Tarp elektros kontaktinio lydinio medžiagų sidabro lydinio medžiagos yra svarbiausios elektros kontaktinės medžiagos, turinčios didžiausią tauriųjų metalų kiekį. Siekiant pagerinti elektros kontaktų veikimą ir pasiekti tikslą taupyti sidabrą, buvo sukurta sidabro pagrindu pagamintų elektrinių kontaktinių medžiagų serija, įskaitant AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC ir kt. Tarp daugelio sidabro pagrindu pagamintų medžiagų. kontaktinės medžiagos, AgCdO kontaktinės medžiagos yra plačiai naudojamos dėl daugelio privalumų, tokių kaip atsparumas lankui, atsparumas suvirinimui, elektrinis ir mechaninis atsparumas dilimui, atsparumas korozijai ir mažas bei stabilus kontaktinis atsparumas. Jie gali būti naudojami įvairiuose žemos įtampos elektros prietaisuose, kurių srovė svyruoja nuo kelių amperų iki kelių tūkstančių amperų, ir vadinami „universaliais kontaktais“. Tačiau kadangi Cd yra toksiškas ir kelia pavojų žmogaus organizmui gamybos ir naudojimo metu, ES rinka nuo 2006 m. birželio uždraudė naudoti kontaktines medžiagas AgCdO.
AgZnO ElektraSidabrinis kontaktasmedžiaga yra viena iš alternatyvių AgCdO medžiagų. Tai aplinkai nekenksminga elektros kontaktinė medžiaga, sukurta septintojo dešimtmečio pabaigoje ir aštuntojo dešimtmečio pradžioje. AgZnO elektros kontaktinė medžiaga pasižymi atsparumu degimui, suvirinimui, elektriniam nusidėvėjimui, mažam ir stabiliam kontaktiniam atsparumui, atsparumui dideliam srovės poveikiui, geroms trūkimo savybėms, trumpam lanko laikui, atsparumui elektrai korozijai ir netoksiškumui. Todėl jis buvo naudojamas oro grandinės pertraukikliuose, nuotėkio grandinės pertraukikliuose, mažuose grandinės pertraukikliuose, kontaktoriuose, atjungimo jungikliuose, perdavimo jungikliuose ir apsauginiuose jungikliuose. Lydinio miltelių išankstinio oksidavimo metodas gamina aplinkai nekenksmingas sidabro cinko oksido kontaktines medžiagas. Jį lengva apdoroti ir jis turi puikias elektrines savybes. Tai naujo tipo kontaktinė medžiaga, turinti plačias rinkos perspektyvas.
AgZnO lydinio milteliai su skirtingu sidabro kiekiu buvo paruošti lydinio miltelių išankstinio oksidavimo būdu. Tos pačios būklės laidai buvo gauti po izostatinio presavimo, sukepinimo, ekstruzijos ir tempimo. Palygintos mechaninės ir fizinės savybės, metalografinės struktūros ir kt., išanalizuoti skirtingo turinio laidų metalografinių struktūrų ir mechaninių bei fizikinių savybių skirtumai. Ištirtos vientisų kniedžių, pagamintų iš vielos, elektrinės savybės, išanalizuotos skirtingo turinio AgZnO kontaktinių medžiagų elektrinės savybės, suteikiančios pagrindą šios sistemos kontaktinių medžiagų kūrimui ir pritaikymui.
1 Eksperimentinis metodas
Bandymas buvo paruoštas naudojant 99,99% sidabro plokšteles ir 99,99% Zn luitus iš tos pačios partijos. Mėginiai buvo paruošti lydinio miltelių išankstinio oksidavimo metodu ir perdirbti į laidus purškimo miltelių gamybos, lydinio miltelių išankstinio oksidavimo, izostatinio presavimo, sukepinimo, ekstruzijos, tempimo ir kitais procesais. Išbandytos ir palygintos laidų mechaninės ir fizinės savybės; kniedės buvo padarytos integraluSidabrinis elektros kontaktasgamintojas, o kniedžių specifikacijos buvo tokios: dinaminis taškas R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 statinis taškas F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, sumontuotas į reles, o elektros eksploatavimo laikas patikrintas esant AC 250 V/10 A.
Mėginių varža buvo patikrinta TH2512B išmaniuoju srovės mažos varžos grupės testeriu; medžiagų metalografinė struktūra ištirta metalografiniu mikroskopu L150; mėginių kietumas buvo matuojamas DHV-1000Z vaizdo mikrokietumo testeriu; bandinių atsparumas tempimui išmatuotas elektronine universalia bandymo mašina; mėginių mikrostruktūros morfologija ir kniedžių bandinių paviršiaus morfologija po bandymo buvo stebima skenuojančiu elektroniniu mikroskopu (SEM); elektros eksploatavimo laikas buvo patikrintas naudojant kintamosios srovės varžinės apkrovos bandymo sistemą.
2 Rezultatai ir analizė
2.1 Metalografinės struktūros analizė
1 paveiksle pavaizduotos gatavų AgZnO(8), AgZnO(10) ir AgZnO(12), turinčių skirtingą ZnO kiekį (a ir b yra AgZnO(8), c ir AgZnO(8), skerspjūvio ir išilginių pjūvių metalografinės struktūros. d yra AgZnO(10), o e ir f yra AgZnO(12)). Palyginimui, galima pastebėti, kad lydinio miltelių išankstinio oksidavimo metodu galima sėkmingai paruošti vienodą AgZnO(8-12). ZnO yra išsklaidytas ir tolygiai pasiskirstęs Ag matricoje, tačiau ZnO agregacija yra labai maža. Didėjant ZnO kiekiui, ZnO dalelių skaičius ploto vienete didėja, o dalelių agregacijos reiškinys medžiagos viduje linkęs didėti, tačiau bendras audinių pasiskirstymas vis dar yra gana vienodas.
2.2 Mechaninių ir fizikinių savybių analizė
2 paveiksle parodyta 1,920 mm skersmens laidų mechaninių ir fizinių savybių pasiskirstymo tikimybė atkaitintoje būsenoje. 2(a) paveiksle parodyta varžos pasiskirstymo tikimybė. Galima pastebėti, kad padidėjus ZnO kiekiui, jo varža turi reikšmingą didėjimo tendenciją. Sidabro metalo oksido varžaSidabriniai kontaktiniai taškaimedžiaga yra valdoma tokiais parametrais kaip medžiagos sudėtis, oksido tūrio dalis, dalelių dydis ir jos pasiskirstymas Ag matricoje [10]. Didėjant ZnO kiekiui, didėja ZnO tūrinė dalis, padidėjus dalelių sąsajoms, didėja elektronų sklaida medžiagos viduje, o medžiagos kūno varža palaipsniui didėja; 2(b) paveiksle parodyta kietumo pasiskirstymo tikimybė. Matyti, kad padidėjus ZnO kiekiui, kietumas pastebimai didėja. Taip yra todėl, kad padidėja Ag matricoje pasiskirstytų metalų oksidų kiekis ir sustiprėja dalelių dispersiją stiprinantis poveikis. Panašiai dispersijos stiprinimas lemia reikšmingą tempiamojo stiprio didėjimo tendenciją, kaip parodyta 2 paveiksle (c). Apibendrinant galima pasakyti, kad padidėjus ZnO kiekiui AgZnO medžiagoje, medžiagos savitoji varža, kietumas ir tempiamasis stipris smarkiai didėja.
2.3 Elektros veikimo trukmės patikra
Kniedės buvo pagamintos iš 1,920 mm skersmens atkaitintos vielos, atitinkančios specifikacijasSidabriniai elektros kontaktai: dinaminis taškas (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) ir statinis taškas (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). Kniedės buvo vėliau apdorotos ir surinktos į reles, kad būtų patikrintas elektrinis tarnavimo laikas. Bandymo sąlygos pateiktos 1 lentelėje. 3 paveiksle pavaizduoti relių, pagamintų iš AgZnO(8), AgZnO(10) ir AgZnO(12), elektrinio veikimo duomenys. Matyti, kad esant 250 V ir 10 A sąlygoms, 95 % pasikliautinojo intervalo ribose, AgZnO(8) medžiagos elektrinis tarnavimo laikas yra ilgiausias – vidutinis elektrinis tarnavimo laikas yra 202 029 kartus; AgZnO(10) medžiagos elektrinis tarnavimo laikas yra tarp AgZnO(8) ir AgZnO(12), o vidutinis elektrinis tarnavimo laikas yra 149 941 karto; AgZnO(12) medžiagos įvertintos elektrinės tarnavimo trukmės skaičius yra mažiausias – 98 665 kartus.
Išsamus palyginimas rodo, kad esant nedidelei 20 A srovei, visos trys medžiagos gali patenkinti 100, 000 kartų elektros energijos reikalavimą, tačiau padidėjus ZnO kiekiui AgZnO kontaktinėje medžiagoje, jos sidabriniai kontaktai relei elektros tarnavimo laikas rodo mažėjimo tendenciją.
2.4 Nepavykusių kontaktų atsiradimo analizė
Kontakto uždarymo ir atjungimo proceso metu dėl lankinio išlydžio ir Džaulio šilumos įtakos kontaktiniame paviršiuje vyksta dalinis lydymosi ir kietėjimo procesas, dėl kurio kontaktas normaliai neatsijungia, o tai vadinama kontaktiniu suvirinimu [10]. 4 paveiksle parodyta sugedusių kontaktų išvaizda ir energijos spektro komponentai esant 250 V/10 A sąlygoms. 4 paveikslai (a, d, g) yra SEM nuotraukos, kuriose parodyta AgZnO (8), AgZnO (10) ir AgZnO (12) kontaktinės išvaizdos morfologija pasibaigus jų gyvavimo laikui. 4 paveiksluose (b, e, h) yra atitinkamos gedimo vietos, o 4 (c, f, i) paveiksluose – gedimo srities energijos spektro komponentų duomenys. Palyginimui, galima pastebėti, kad AgZnO (8) kontakto gedimo padėtis yra kontakto krašte, kuriame yra daug Cu. Pasibaigus kontakto tarnavimo laikui, sidabro sluoksnis yra visiškai sunaudotas, o vario sluoksnis dalyvauja kontakte, o tai galiausiai lemia kontaktinio suvirinimo gedimą. AgZnO (10) kontakto gedimo padėtis yra arti kontakto krašto, kuriame yra daug Cu. AgZnO (12) gedimo vieta yra darbinio paviršiaus viduje, o sujungimo padėtyje yra daug Cu. Didėjant ZnO kiekiui kontaktinėje medžiagoje, didėja išlydyto baseino klampumas, o tai nėra palanki tekėjimui. Gedimo padėtis linkusi judėti iš kontaktinio darbinio paviršiaus išorės į vidų.
Uždarymo ir atidarymo metu kontakto paviršiuje atsiranda lanko erozija, tai yra medžiagų nuostoliai, atsirandantys dėl medžiagos išgaravimo ir purslų dėl vietinio kontakto perkaitimo veikiant lankui. Lanko erozija iš esmės yra fizinis metalurginis procesas, pvz., greitas kaitinimas, lydymasis, garavimas, tekėjimas ir kietėjimas ant kontaktinio paviršiaus, dėl kurio kontaktinis paviršius suminkštėja, išsitaškia, tekėja, įtrūksta ir pan. [10-12]. Kontaktinio lanko erozijai daugiausia įtakos turi lydymosi, garavimo ir kietėjimo procesai. Lydymosi procese kontaktinio paviršiaus mikrosritis išsilydo ir pakeičia pradinę struktūrą. Varomas lanko jėgos ir mechaninės jėgos, išlydytas metalas teka tam tikru srautu, sukeldamas purslų ir medžiagų nuostolių.
Kaip matyti iš 4 paveikslo (a, d, g), po AgZnO (8) bandymo kontaktinis paviršius buvo nuvalytas palyginti plokščias ir vienodas, su keliomis poromis, o aplink darbinį paviršių buvo daug purslų, kurie kaupėsi aplink kontaktus. Kadangi bandymų skaičius buvo didžiausias, taškymas buvo rimtas, dėl to visiškai neteko sidabro sluoksnio ant Silver Contacts for Relay darbinio paviršiaus, o vario sluoksnis sugedo po kontakto. Po AgZnO (10) bandymo kontaktiniame paviršiuje buvo akivaizdžių porų, aplink kontaktus buvo mažiau purslų; po AgZnO (12) bandymo kontaktinis darbinis paviršius buvo stipriai įtrūkęs, o išsilydžiusi vario matrica užtaškyta ant darbinio paviršiaus, sukeldama suvirinimo gedimą. Lyginant 4 paveikslus (a, d, g), matyti, kad padidėjus ZnO kiekiui, didėja kontaktinio trūkimo paviršiaus įtrūkimo tendencija, kurią sukelia kontakto atšalimas ir susitraukimas. Užgesus lankui, kontaktinis paviršius greitai atšąla, paviršinis išlydytas baseinas sukietėja, o skystoji fazė virsta kieta faze, o paviršius kietėja ir susitraukia. Tyrimai parodė, kad sidabro metalo oksido kontaktų paviršiuje susidarę įtrūkimai ir skylės neišvengiamai sukels paviršiaus ploto struktūros laisvumą, o tai savo ruožtu padidina lanko erozijos kiekį ir kontaktinį atsparumą. Didėjant ZnO kiekiui, didėja įtrūkimų ir porų polinkis, didėja lanko erozijos kiekis, didėja kontaktinis pasipriešinimas, nenormalus temperatūros kilimas, o dėl laisvos vidinės struktūros nutrūksta kontaktas.
Išsamus palyginimas rodo, kad padidėjus ZnO kiekiui, kai sugenda AgZnO (8-12) kontaktinė medžiaga, kontaktinė padėtis juda iš darbinio paviršiaus išorės į vidų, o kontakte atsiranda įtrūkimų ir porų polinkis. Paviršius padidėja, todėl sumažėja kontakto elektrinis tarnavimo laikas.
3 Išvados
Lydinio miltelių išankstinio oksidavimo metodas gali sėkmingai paruošti elektrines kontaktines medžiagas, kurių ZnO kiekis yra nuo 8% iki 12%. Didėjant ZnO kiekiui, didėja savitoji varža, kietumas ir atsparumas tempimui, o ZnO dalelių sankaupa medžiagos viduje; esant mažai 20 A srovei, padidėjus ZnO kiekiui, elektrinis tarnavimo laikas linkęs mažėti, o AgZnO(8) medžiagos kontaktų elektrinio tarnavimo laikas yra geriausias, kuris gali siekti daugiau nei 200,{{ 6}} kartų; padidėjus ZnO kiekiui, veikiant lankui, padidėja sidabrinių elektrinių kontaktų paviršiaus įtrūkimai ir poringumas, o elektrinis tarnavimo laikas linkęs mažėti.
MūsųSidabriniai elektros kontaktaiyra kruopščiai pagaminti aukštos kokybės gaminiai. Jie pagaminti iš labai gryno sidabro ir turi puikų elektros laidumą, kuris leidžia sklandžiai perduoti srovę ir labai sumažina energijos nuostolius. Dėl išskirtinio gamybos proceso kontaktai yra glaudžiai sujungti su pagrindine medžiaga, tvirti ir patikimi, gali atlaikyti dažnas atidarymo ir uždarymo operacijas, lengvai deformuotis ar pažeisti. Įvairiose sudėtingose elektros aplinkose jie gali stabiliai veikti aukštoje temperatūroje, esant didelei drėgmei ar vibracijai, užtikrinti saugų ir stabilų elektros įrangos veikimą.
