Einführung
Der Silberkontaktniet ist eine Schlüsselkomponente in Niederspannungs-Elektrogeräten und seine Leistung wirkt sich direkt auf die Stabilität und Zuverlässigkeit des Betriebs von Elektrogeräten aus. Unter den elektrischen Kontaktlegierungsmaterialien sind Silberlegierungsmaterialien die wichtigsten elektrischen Kontaktmaterialien mit dem größten Anteil an Edelmetallen. Um die Leistung elektrischer Kontakte zu verbessern und den Zweck der Silbereinsparung zu erreichen, wurde eine Reihe von elektrischen Kontaktmaterialien auf Silberbasis entwickelt, darunter AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC usw. Unter vielen auf Silberbasis Als Kontaktmaterialien werden AgCdO-Kontaktmaterialien aufgrund ihrer vielen Vorteile wie Lichtbogenbeständigkeit, Schweißbeständigkeit, elektrische und mechanische Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie niedriger und stabiler Kontaktwiderstand häufig verwendet. Sie können in verschiedenen Niederspannungs-Elektrogeräten mit Strömen von wenigen Ampere bis zu mehreren tausend Ampere eingesetzt werden und werden als „Universalkontakte“ bezeichnet. Da Cd jedoch giftig ist und bei der Herstellung und Verwendung eine Gefahr für den menschlichen Körper darstellt, ist die Verwendung von AgCdO-Kontaktmaterialien seit Juni 2006 auf dem EU-Markt verboten.
AgZnO ElektrischSilberkontaktMaterial ist eines der Alternativmaterialien für AgCdO. Es handelt sich um ein umweltfreundliches elektrisches Kontaktmaterial, das Ende der 1960er und Anfang der 1970er Jahre entwickelt wurde. Das elektrische Kontaktmaterial AgZnO zeichnet sich durch Beständigkeit gegen Brennen, Schweißen, elektrische Abnutzung, einen niedrigen und stabilen Kontaktwiderstand, Beständigkeit gegen große Stromstöße, eine gute Bruchleistung, eine kurze Lichtbogenzeit, elektrische Korrosionsbeständigkeit und Ungiftigkeit aus. Daher wird es in offenen Leistungsschaltern, Fehlerstromschutzschaltern, kleinen Leistungsschaltern, Schützen, Trennschaltern, Transferschaltern und Schutzschaltern verwendet. Durch das Legierungspulver-Voroxidationsverfahren werden umweltfreundliche Silber-Zinkoxid-Kontaktmaterialien hergestellt. Es ist leicht zu verarbeiten und verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften. Es handelt sich um ein neuartiges Kontaktmaterial mit breiten Marktaussichten.
AgZnO-Legierungspulver mit unterschiedlichen Silbergehalten wurden durch einen Legierungspulver-Voroxidationsprozess hergestellt. Nach isostatischem Pressen, Sintern, Extrudieren und Ziehen wurden Drähte mit den gleichen Zustandsspezifikationen erhalten. Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften, metallografischen Strukturen usw. wurden verglichen und die Unterschiede in den metallografischen Strukturen sowie den mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Drähten mit unterschiedlichen Inhalten analysiert. Die elektrischen Eigenschaften der integrierten Nieten aus Draht wurden getestet und die elektrischen Eigenschaften von AgZnO-Kontaktmaterialien mit unterschiedlichen Gehalten analysiert, was eine Referenz für die Entwicklung und Anwendung von Kontaktmaterialien dieses Systems lieferte.
1 Experimentelle Methode
Der Test wurde mit 99,99 % Silberplatten und 99,99 % Zn-Barren aus derselben Charge vorbereitet. Die Proben wurden durch ein Legierungspulver-Voroxidationsverfahren hergestellt und durch Zerstäubungspulverherstellung, Legierungspulver-Voroxidation, isostatisches Pressen, Sintern, Extrudieren, Ziehen und andere Prozesse zu Drähten verarbeitet. Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Drähte wurden getestet und verglichen; Die Nieten wurden zu einem Stück verarbeitetSilberner elektrischer KontaktHersteller und die Spezifikationen der Nieten waren: dynamischer Punkt R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 statischer Punkt F3×0.6(0.25)+1.5×0,6E, zu Relais zusammengebaut und die elektrische Lebensdauer wurde unter AC 250 V/10 A überprüft.
Der Widerstand der Proben wurde mit dem intelligenten Strom-Niedrigwiderstandsgruppentester TH2512B getestet; Die metallografische Struktur der Materialien wurde mit einem metallografischen Mikroskop L150 analysiert. Die Härte der Proben wurde mit dem Video-Mikrohärtetester DHV-1000Z gemessen. die Zugfestigkeit der Proben wurde mit einer elektronischen Universalprüfmaschine gemessen; Die Mikrostrukturmorphologie der Proben und die Oberflächenmorphologie der Nietproben nach dem Test wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet. Die elektrische Lebensdauer wurde durch ein AC-Widerstandslasttestsystem überprüft.
2 Ergebnisse und Analyse
2.1 Metallografische Strukturanalyse
Abbildung 1 zeigt die metallographischen Strukturen der Querschnitte und Längsschnitte der fertigen Drähte aus AgZnO(8), AgZnO(10) und AgZnO(12) mit unterschiedlichen ZnO-Gehalten (a und b sind AgZnO(8), c und d sind AgZnO(10) und e und f sind AgZnO(12)). Im Vergleich ist ersichtlich, dass mit der Legierungspulver-Voroxidationsmethode erfolgreich einheitliches AgZnO(8-12) hergestellt werden kann. ZnO ist dispergiert und gleichmäßig in der Ag-Matrix verteilt, es kommt jedoch zu einer sehr geringen ZnO-Aggregation. Mit zunehmendem ZnO-Gehalt nimmt die Anzahl der ZnO-Partikel pro Flächeneinheit zu und das Phänomen der Partikelaggregation im Inneren des Materials nimmt tendenziell zu, die Gesamtgewebeverteilung ist jedoch immer noch relativ gleichmäßig.
2.2 Analyse der mechanischen und physikalischen Eigenschaften
Abbildung 2 zeigt die Verteilungswahrscheinlichkeit der mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Drähten mit einem Durchmesser von 1,920 mm im geglühten Zustand. Abbildung 2(a) zeigt die Wahrscheinlichkeit der Widerstandsverteilung. Es ist ersichtlich, dass mit zunehmendem ZnO-Gehalt der spezifische Widerstand deutlich zunimmt. Der spezifische Widerstand von SilbermetalloxidSilberne KontaktpunkteDas Material wird durch Parameter wie Materialzusammensetzung, Oxidvolumenanteil, Partikelgröße und seine Verteilung in der Ag-Matrix gesteuert [10]. Mit zunehmendem ZnO-Gehalt nimmt der ZnO-Volumenanteil zu, die Zunahme der Partikelgrenzflächen führt zu einer erhöhten Elektronenstreuung im Inneren des Materials und der Materialkörperwiderstand nimmt allmählich zu; Abbildung 2(b) zeigt die Härteverteilungswahrscheinlichkeit. Es ist ersichtlich, dass mit zunehmendem ZnO-Gehalt die Härte einen deutlich steigenden Trend aufweist. Dies liegt daran, dass der Gehalt an in der Ag-Matrix verteilten Metalloxiden zunimmt und der Effekt der Verstärkung der Partikeldispersion verstärkt wird. In ähnlicher Weise führt die Dispersionsverstärkung zu einem deutlich steigenden Trend der Zugfestigkeit, wie in Abbildung 2(c) dargestellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der Erhöhung des ZnO-Gehalts im AgZnO-Material der spezifische Widerstand, die Härte und die Zugfestigkeit des Materials einen deutlich steigenden Trend aufweisen.
2.3 Überprüfung der elektrischen Lebensdauer
Die Nieten wurden aus geglühtem Draht mit einem Durchmesser von 1.920 mm und den Spezifikationen von hergestelltSilberne elektrische Kontakte: dynamischer Punkt (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) und statischer Punkt (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). Die Nieten wurden nachbearbeitet und zur Überprüfung der elektrischen Lebensdauer zu Relais zusammengebaut. Die Testbedingungen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Abbildung 3 zeigt die Daten zur elektrischen Lebensdauer von Relais aus AgZnO(8), AgZnO(10) und AgZnO(12). Es ist ersichtlich, dass unter den Bedingungen von 250 V und 10 A innerhalb des 95 %-Konfidenzintervalls die elektrische Lebensdauer des AgZnO(8)-Materials mit einer durchschnittlichen elektrischen Lebensdauer von 202.029 am längsten ist; die elektrische Lebensdauer des AgZnO(10)-Materials liegt zwischen AgZnO(8) und AgZnO(12), mit einer durchschnittlichen elektrischen Lebensdauer von 149.941; Die Anzahl der bewerteten elektrischen Lebensdauer des AgZnO(12)-Materials ist mit 98.665 am geringsten.
Ein umfassender Vergleich zeigt, dass alle drei Materialien unter der Bedingung eines kleinen Stroms innerhalb von 20 A die elektrische Lebensdaueranforderung von 100,000 Malen erfüllen können, aber mit der Erhöhung des ZnO-Gehalts im AgZnO-Kontaktmaterial werden seine Silberkontakte für Relais Die elektrische Lebensdauer zeigt einen Abwärtstrend.
2.4 Analyse des Auftretens fehlgeschlagener Kontakte
Während des Kontaktschließ- und -trennvorgangs erfährt die Kontaktoberfläche aufgrund des Einflusses von Lichtbogenentladung und Joule-Wärme einen teilweisen Schmelz- und Erstarrungsprozess, der dazu führt, dass der Kontakt nicht normal getrennt werden kann, was als Kontaktschweißen bezeichnet wird [10]. Abbildung 4 zeigt das Erscheinungsbild und die Energiespektrumkomponenten von fehlerhaften Kontakten unter 250 V/10 A-Bedingungen. Abbildungen 4 (a, d, g) sind SEM-Fotos der Kontakterscheinungsmorphologie von AgZnO (8), AgZnO (10) und AgZnO (12) am Ende ihrer Lebensdauer. Abbildungen 4 (b, e, h) sind die entsprechenden Fehlerpositionen und Abbildungen 4 (c, f, i) sind die Energiespektrum-Komponentendaten des Fehlerbereichs. Im Vergleich ist ersichtlich, dass die Fehlerstelle des AgZnO (8)-Kontakts am Rand des Kontakts liegt, der einen hohen Cu-Gehalt enthält. Am Ende der Kontaktlebensdauer ist die Silberschicht vollständig verbraucht und die Kupferschicht nimmt am Kontakt teil, was schließlich zum Versagen der Kontaktschweißung führt. Die Fehlerstelle des AgZnO (10)-Kontakts liegt nahe am Rand des Kontakts, der einen hohen Cu-Gehalt enthält. Die Bruchstelle von AgZnO (12) liegt innerhalb der Arbeitsfläche und die Bindungsstelle enthält einen hohen Cu-Gehalt. Mit zunehmendem ZnO-Gehalt im Kontaktmaterial erhöht sich die Viskosität des Schmelzbades, was dem Fließen nicht förderlich ist. Die Fehlerposition tendiert dazu, sich von der Außenseite der Kontaktarbeitsfläche nach innen zu verschieben.
Während des Schließ- und Öffnungsvorgangs kommt es an der Oberfläche des Kontakts zur Lichtbogenerosion, d. Lichtbogenerosion ist im Wesentlichen ein physikalischer metallurgischer Prozess wie schnelles Erhitzen, Schmelzen, Verdampfen, Fließen und Erstarren auf der Kontaktoberfläche, was zu Erweichung, Spritzern, Fließen, Rissen usw. auf der Kontaktoberfläche führt [10-12]. Die Kontaktlichtbogenerosion wird hauptsächlich durch die Schmelz-, Verdampfungs- und Erstarrungsprozesse beeinflusst. Beim Schmelzvorgang schmilzt der Mikrobereich der Kontaktfläche und verändert die ursprüngliche Struktur. Angetrieben durch die Lichtbogenkraft und die mechanische Kraft fließt das geschmolzene Metall mit einer bestimmten Fließgeschwindigkeit, was zu Spritzern und Materialverlust führt.
Wie aus Abbildung 4 (a, d, g) ersichtlich ist, war die Kontaktfläche nach dem AgZnO (8)-Test relativ flach und gleichmäßig abgetragen, mit einigen Poren, und es gab viele Spritzer um die Arbeitsfläche herum. die sich um die Kontakte herum angesammelt haben. Da die Anzahl der Tests am größten war, kam es zu schwerwiegenden Spritzern, die zum vollständigen Verlust der Silberschicht auf der Arbeitsfläche der Silberkontakte für das Relais führten und die Kupferschicht nach dem Kontakt versagte. Nach dem AgZnO (10)-Test waren deutliche Poren auf der Kontaktoberfläche zu erkennen und es gab weniger Spritzer um die Kontakte herum; Nach dem AgZnO (12)-Test wies die Kontaktarbeitsfläche starke Risse auf und die geschmolzene Kupfermatrix spritzte auf die Arbeitsfläche, was zu einem Schweißfehler führte. Beim Vergleich der Abbildungen 4 (a, d, g) ist ersichtlich, dass mit zunehmendem ZnO-Gehalt die Rissbildungstendenz der Kontaktfehleroberfläche zunimmt, die durch die Abkühlung und Schrumpfung des Kontakts verursacht wird. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens kühlt die Kontaktfläche schnell ab, das Schmelzbad an der Oberfläche erstarrt, die flüssige Phase wird in eine feste Phase umgewandelt und die Oberfläche erstarrt und schrumpft. Studien haben gezeigt, dass Risse und Löcher, die sich auf der Oberfläche von Silber-Metalloxid-Kontakten bilden, unweigerlich dazu führen, dass sich die Oberflächenstruktur lockert, was wiederum das Ausmaß der Lichtbogenerosion und den Kontaktwiderstand erhöht. Mit zunehmendem ZnO-Gehalt nimmt die Tendenz zur Bildung von Rissen und Poren zu, das Ausmaß der Lichtbogenerosion nimmt zu, der Kontaktwiderstand wird höher, der Temperaturanstieg ist anormal und die lockere innere Struktur führt zu Kontaktversagen.
Ein umfassender Vergleich zeigt, dass sich mit zunehmendem ZnO-Gehalt, wenn das Kontaktmaterial AgZnO (8-12) versagt, die Kontaktposition von der Außenseite zur Innenseite der Arbeitsfläche verschiebt und die Tendenz zu Rissen und Poren am Kontakt besteht Die Oberfläche nimmt zu, was zu einer Verringerung der elektrischen Lebensdauer des Kontakts führt.
3 Schlussfolgerungen
Mit dem Legierungspulver-Voroxidationsverfahren können erfolgreich elektrische Kontaktmaterialien mit einem ZnO-Gehalt von 8 % bis 12 % hergestellt werden. Mit zunehmendem ZnO-Gehalt nehmen der spezifische Widerstand, die Härte und die Zugfestigkeit tendenziell zu und die Aggregation von ZnO-Partikeln im Inneren des Materials nimmt tendenziell zu. Unter der Bedingung eines kleinen Stroms innerhalb von 20 A nimmt die elektrische Lebensdauer mit zunehmendem ZnO-Gehalt tendenziell ab, und die Überprüfungsleistung der elektrischen Lebensdauer von AgZnO(8)-Materialkontakten ist die beste und kann mehr als 200 erreichen.{{ 6}} Mal; Mit zunehmendem ZnO-Gehalt nehmen unter Lichtbogeneinwirkung die Oberflächenrisse und die Porosität der elektrischen Silberkontakte zu und die elektrische Lebensdauer nimmt tendenziell ab.
UnserSilberne elektrische Kontaktesind sorgfältig gefertigte, hochwertige Produkte. Sie bestehen aus hochreinem Silber und verfügen über eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit, was eine reibungslose Stromübertragung ermöglicht und Energieverluste erheblich reduziert. Durch den exquisiten Herstellungsprozess sind die Kontakte eng mit dem Grundmaterial verbunden, fest und zuverlässig, halten häufigen Öffnungs- und Schließvorgängen stand und verformen oder beschädigen sich nicht so leicht. In verschiedenen komplexen elektrischen Umgebungen können sie stabil funktionieren, egal ob bei hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit oder Vibrationsbedingungen, sie können den sicheren und stabilen Betrieb elektrischer Geräte gewährleisten.
