Invoering
Zilvercontactklinknagel is een belangrijk onderdeel van elektrische laagspanningsapparaten en de prestaties ervan hebben rechtstreeks invloed op de stabiliteit en betrouwbaarheid van de werking van elektrische apparaten. Onder de legeringsmaterialen voor elektrisch contact zijn de materialen van zilverlegeringen de belangrijkste elektrische contactmaterialen met de grootste hoeveelheid edele metalen. Om de prestaties van elektrische contacten te verbeteren en het doel van het besparen van zilver te bereiken, is een reeks op zilver gebaseerde elektrische contactmaterialen ontwikkeld, waaronder AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC, enz. Onder de vele op zilver gebaseerde contactmaterialen, AgCdO-contactmaterialen worden veel gebruikt vanwege hun vele voordelen, zoals boogweerstand, lasweerstand, elektrische en mechanische slijtvastheid, corrosieweerstand en lage en stabiele contactweerstand. Ze kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan elektrische laagspanningsapparaten met stromen variërend van enkele ampère tot enkele duizenden ampère, en worden "universele contacten" genoemd. Omdat Cd echter giftig is en een gevaar vormt voor het menselijk lichaam tijdens de productie en het gebruik, heeft de EU-markt sinds juni 2006 het gebruik van AgCdO-contactmaterialen verboden.
AgZnO ElektrischZilveren contactmateriaal is een van de alternatieve materialen voor AgCdO. Het is een milieuvriendelijk elektrisch contactmateriaal dat eind jaren zestig en begin jaren zeventig werd ontwikkeld. AgZnO elektrisch contactmateriaal heeft de kenmerken van weerstand tegen branden, lassen, elektrische slijtage, lage en stabiele contactweerstand, weerstand tegen grote stroomstoten, goede breekprestaties, korte boogtijd, elektrische corrosieweerstand en niet-toxiciteit. Daarom wordt het gebruikt in luchtstroomonderbrekers, lekstroomonderbrekers, kleine stroomonderbrekers, contactors, scheidingsschakelaars, omschakelaars en beveiligingsschakelaars. De pre-oxidatiemethode van legeringspoeder produceert milieuvriendelijke zilver-zinkoxide-contactmaterialen. Het is gemakkelijk te verwerken en heeft uitstekende elektrische eigenschappen. Het is een nieuw soort contactmateriaal met brede marktperspectieven.
AgZnO-legeringspoeders met verschillende zilvergehalten werden bereid door middel van een pre-oxidatieproces van legeringspoeder. Draden met dezelfde staatsspecificaties werden verkregen na isostatisch persen, sinteren, extrusie en trekken. De mechanische en fysische eigenschappen, metallografische structuren, enz. werden vergeleken, en de verschillen in metallografische structuren en mechanische en fysieke eigenschappen van draden met verschillende inhoud werden geanalyseerd. De elektrische eigenschappen van de integrale klinknagels gemaakt van draad werden getest en de elektrische eigenschappen van AgZnO-contactmaterialen met verschillende inhoud werden geanalyseerd, wat een referentie vormde voor de ontwikkeling en toepassing van contactmaterialen van dit systeem.
1 Experimentele methode
De test werd voorbereid met behulp van 99,99% zilverplaten en 99,99% Zn-staven uit dezelfde batch. De monsters werden bereid met behulp van de pre-oxidatiemethode van legeringspoeder en verwerkt tot draden door middel van het maken van vernevelingspoeder, pre-oxidatie van legeringspoeder, isostatisch persen, sinteren, extrusie, trekken en andere processen. De mechanische en fysieke eigenschappen van de draden werden getest en vergeleken; de klinknagels werden tot een integraal gemaaktZilver elektrisch contactfabrikant en de specificaties van de klinknagels waren: dynamisch punt R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 statisch punt F3×0.6(0.25)+1.5×0,6E, geassembleerd tot relais, en de elektrische levensduur werd geverifieerd onder AC 250 V/10 A.
De weerstand van de monsters werd getest door de TH2512B intelligente stroomgroeptester met lage weerstand; de metallografische structuur van de materialen werd geanalyseerd met een L150 metallografische microscoop; de hardheid van de monsters werd gemeten met een DHV-1000Z video microhardheidstester; de treksterkte van de monsters werd gemeten met een elektronische universele testmachine; de microstructuurmorfologie van de monsters en de oppervlaktemorfologie van de klinknagelmonsters na de test werden waargenomen met een scanning-elektronenmicroscoop (SEM); de elektrische levensduur werd geverifieerd door een AC-weerstandsbelastingtestsysteem.
2 Resultaten en analyse
2.1 Metallografische structuuranalyse
Figuur 1 toont de metallografische structuren van de dwarsdoorsnede en longitudinale doorsneden van de afgewerkte draden van AgZnO(8), AgZnO(10) en AgZnO(12) met verschillende ZnO-inhouden (a en b zijn AgZnO(8), c en d zijn AgZnO(10), en e en f zijn AgZnO(12)). Ter vergelijking kan worden gezien dat de pre-oxidatiemethode van legeringspoeder met succes uniform AgZnO(8-12) kan bereiden. ZnO is verspreid en gelijkmatig verdeeld in de Ag-matrix, maar er is zeer weinig ZnO-aggregatie. Met de toename van het ZnO-gehalte neemt het aantal ZnO-deeltjes per oppervlakte-eenheid toe en heeft het fenomeen van deeltjesaggregatie in het materiaal de neiging toe te nemen, maar de algehele weefselverdeling is nog steeds relatief uniform.
2.2 Analyse van mechanische en fysische eigenschappen
Figuur 2 toont de waarschijnlijkheid van de verdeling van mechanische en fysische eigenschappen van draden met een diameter van 1.920 mm in uitgegloeide toestand. Figuur 2(a) toont de waarschijnlijkheid van de weerstandsverdeling. Het is duidelijk dat met de toename van het ZnO-gehalte de soortelijke weerstand ervan een aanzienlijk stijgende trend vertoont. De soortelijke weerstand van zilvermetaaloxideZilveren contactpuntenmateriaal wordt bepaald door parameters zoals materiaalsamenstelling, oxidevolumefractie, deeltjesgrootte en de verdeling ervan in de Ag-matrix [10]. Met de toename van het ZnO-gehalte neemt de ZnO-volumefractie toe, leidt de toename van deeltjesgrensvlakken tot verhoogde elektronenverstrooiing in het materiaal en neemt de weerstand van het materiaallichaam geleidelijk toe; Figuur 2(b) toont de waarschijnlijkheid van de hardheidsverdeling. Het is te zien dat met de toename van het ZnO-gehalte de hardheid een significant stijgende trend vertoont. Dit komt doordat het gehalte aan metaaloxiden verdeeld in de Ag-matrix toeneemt, en het versterkende effect op de deeltjesdispersie wordt versterkt. Op dezelfde manier leidt dispersieversterking tot een significant toenemende trend in treksterkte, zoals weergegeven in figuur 2(c). Samenvattend: met de toename van het ZnO-gehalte in AgZnO-materiaal vertonen de soortelijke weerstand, hardheid en treksterkte van het materiaal een aanzienlijk stijgende trend.
2.3 Verificatie van de elektrische levensduur
Klinknagels werden gemaakt van gegloeid draad met een diameter van 1.920 mm, met de specificaties vanZilveren elektrische contacten: dynamisch punt (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) en statisch punt (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0,6E). De klinknagels werden nabewerkt en samengevoegd tot relais voor verificatie van de elektrische levensduur. De testomstandigheden worden weergegeven in Tabel 1. Figuur 3 toont de gegevens over de elektrische levensduur van relais gemaakt van AgZnO(8), AgZnO(10) en AgZnO(12). Het blijkt dat onder de omstandigheden van 250 V en 10 A, binnen het betrouwbaarheidsinterval van 95%, de elektrische levensduur van AgZnO(8)-materiaal het langst is, met een gemiddelde elektrische levensduur van 202.029 keer; de elektrische levensduur van AgZnO(10)-materiaal ligt tussen AgZnO(8) en AgZnO(12), met een gemiddelde elektrische levensduur van 149.941 keer; het aantal geëvalueerde elektrische levensduur van AgZnO(12)-materiaal is het minst, namelijk 98.665 keer.
Uit een uitgebreide vergelijking blijkt dat bij een kleine stroomsterkte binnen 20 A alle drie de materialen kunnen voldoen aan de elektrische levensduurvereiste van 100,{2}} keer, maar met de toename van het ZnO-gehalte in het AgZnO-contactmateriaal kunnen de zilveren contacten voor relais de elektrische levensduur vertoont een neerwaartse trend.
2.4 Analyse van het uiterlijk van mislukte contacten
Tijdens het sluiten en ontkoppelen van het contact ondergaat het contactoppervlak, als gevolg van de invloed van boogontlading en Joule-warmte, een gedeeltelijk smelt- en stollingsproces, waardoor het contact niet normaal kan worden ontkoppeld, wat contactlassen wordt genoemd [10]. Figuur 4 toont het uiterlijk en de energiespectrumcomponenten van defecte contacten onder 250 V/10 A-omstandigheden. Figuren 4 (a, d, g) zijn SEM-foto's van de contactvormmorfologie van AgZnO (8), AgZnO (10) en AgZnO (12) aan het einde van hun levensduur. Figuren 4 (b, e, h) zijn de overeenkomstige faalposities, en figuren 4 (c, f, i) zijn de energiespectrumcomponentgegevens van het faalgebied. Ter vergelijking kan worden gezien dat de faalpositie van het AgZnO (8)-contact zich aan de rand van het contact bevindt, dat een hoog Cu-gehalte bevat. Aan het einde van de levensduur van het contact is de zilverlaag volledig opgebruikt en neemt de koperlaag deel aan het contact, wat uiteindelijk leidt tot falen van het contactlassen. De faalpositie van het AgZnO (10)-contact ligt dicht bij de rand van het contact, dat een hoog Cu-gehalte bevat. De faalpositie van AgZnO (12) bevindt zich binnen het werkoppervlak en de bindingspositie bevat een hoog Cu-gehalte. Naarmate het ZnO-gehalte in het contactmateriaal toeneemt, neemt de viscositeit van het gesmolten bad toe, wat niet bevorderlijk is voor stroming. De faalpositie heeft de neiging om van de buitenkant van het contactwerkoppervlak naar de binnenkant te bewegen.
Boogerosie treedt op op het oppervlak van het contact tijdens het sluit- en openingsproces, dat wil zeggen het materiaalverlies veroorzaakt door de verdamping en spatten van het materiaal als gevolg van lokale oververhitting van het contact onder invloed van de boog. Boogerosie is in wezen een fysisch metallurgisch proces, zoals snelle verwarming, smelten, verdampen, vloeien en stollen op het contactoppervlak, resulterend in verzachting, spatten, vloeien, scheuren, enz. op het contactoppervlak [10-12]. Contactboogerosie wordt voornamelijk beïnvloed door de smelt-, verdampings- en stollingsprocessen. Tijdens het smeltproces smelt het microgebied van het contactoppervlak en verandert de oorspronkelijke structuur. Aangedreven door de boogkracht en mechanische kracht stroomt het gesmolten metaal met een bepaalde stroomsnelheid, waardoor spatten en materiaalverlies ontstaan.
Zoals te zien is in figuur 4 (a, d, g) was het contactoppervlak na de AgZnO (8)-test relatief vlak en uniform geablateerd, met enkele poriën, en waren er veel spatten rond het werkoppervlak. die zich rond de contacten ophoopten. Omdat het aantal tests het grootst was, was het spatten ernstig, waardoor de zilverlaag op het werkoppervlak van de zilvercontacten voor Relay volledig verloren ging en de koperlaag na het contact begaf. Na de AgZnO (10)-test waren er duidelijke poriën op het contactoppervlak en waren er minder spatten rond de contacten; na de AgZnO (12)-test was het contactwerkoppervlak ernstig gescheurd en spatte de gesmolten kopermatrix op het werkoppervlak, waardoor de lasfout ontstond. Als we Figuren 4 (a, d, g) vergelijken, kan worden gezien dat met de toename van het ZnO-gehalte de scheurtrend van het contactbreukoppervlak toeneemt, wat wordt veroorzaakt door de afkoeling en krimp van het contact. Nadat de boog is gedoofd, koelt het contactoppervlak snel af, stolt het gesmolten zwembad aan het oppervlak en wordt de vloeibare fase omgezet in een vaste fase, en het oppervlak stolt en krimpt. Studies hebben aangetoond dat scheuren en gaten gevormd op het oppervlak van zilvermetaaloxidecontacten er onvermijdelijk voor zorgen dat de oppervlaktestructuur losraakt, wat op zijn beurt de hoeveelheid boogerosie en de contactweerstand vergroot. Met de toename van het ZnO-gehalte neemt de neiging tot scheuren en poriën toe, neemt de hoeveelheid boogerosie toe, wordt de contactweerstand hoger, is de temperatuurstijging abnormaal en leidt de losse interne structuur tot contactfalen.
Uit een uitgebreide vergelijking blijkt dat met de toename van het ZnO-gehalte, wanneer het AgZnO (8-12) contactmateriaal faalt, de contactpositie van de buitenkant naar de binnenkant van het werkoppervlak beweegt en de neiging tot scheuren en poriën in het contactoppervlak toeneemt. oppervlak neemt toe, wat resulteert in een afname van de elektrische levensduur van het contact.
3 Conclusies
De pre-oxidatiemethode van legeringspoeder kan met succes elektrische contactmaterialen bereiden met een ZnO-gehalte van 8% tot 12%. Met de toename van het ZnO-gehalte hebben de soortelijke weerstand, hardheid en treksterkte de neiging toe te nemen, en heeft de aggregatie van ZnO-deeltjes in het materiaal de neiging toe te nemen; onder de voorwaarde van kleine stroom binnen 20 A, met de toename van het ZnO-gehalte, heeft de elektrische levensduur de neiging af te nemen, en de elektrische levensduurverificatieprestaties van AgZnO (8) materiaalcontacten zijn de beste, die meer dan 200 kunnen bereiken, {{ 6}} keer; met de toename van het ZnO-gehalte, onder invloed van de boog, nemen de oppervlaktescheuren en porositeit van zilveren elektrische contacten toe, en heeft de elektrische levensduur de neiging af te nemen.
OnsZilveren elektrische contactenzijn zorgvuldig vervaardigde producten van hoge kwaliteit. Ze zijn gemaakt van zeer zuiver zilver en hebben een uitstekende elektrische geleidbaarheid, waardoor een soepele stroomoverdracht mogelijk is en het energieverlies aanzienlijk wordt verminderd. Het voortreffelijke productieproces zorgt ervoor dat de contacten, nauw verbonden met het basismateriaal, stevig en betrouwbaar zijn, bestand zijn tegen veelvuldig openen en sluiten en niet gemakkelijk vervormen of beschadigen. In verschillende complexe elektrische omgevingen kunnen ze stabiel functioneren, of het nu bij hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid of trillingen is, ze kunnen de veilige en stabiele werking van elektrische apparatuur garanderen.
