Увод
Сребрна контактна заковица је кључна компонента у нисконапонским електричним апаратима, а њен учинак директно утиче на стабилност и поузданост рада електричних уређаја. Међу материјалима од легура са електричним контактом, материјали од легура сребра су најважнији електрични контактни материјали са највећом количином племенитих метала. Да би се побољшале перформансе електричних контаката и постигла сврха уштеде сребра, развијена је серија материјала за електричне контакте на бази сребра, укључујући АгЦдО, АгСнО2, АгЗнО, АгНи, АгВ, АгЦ, итд. контактни материјали, АгЦдО контактни материјали се широко користе због својих бројних предности као што су отпорност на лук, отпорност на заваривање, електрична и механичка отпорност на хабање, отпорност на корозију и ниска и стабилна отпорност на контакт. Могу се користити у разним нисконапонским електричним уређајима са струјама од неколико ампера до неколико хиљада ампера, а називају се „универзални контакти“. Међутим, пошто је Цд токсичан и представља опасност за људско тело током производње и употребе, тржиште ЕУ забранило је употребу материјала за контакт са АгЦдО од јуна 2006. године.
АгЗнО ЕлецтрицалСилвер Цонтацтматеријал је један од алтернативних материјала за АгЦдО. То је еколошки прихватљив материјал за електрични контакт развијен касних 1960-их и раних 1970-их. АгЗнО електрични контактни материјал има карактеристике отпорности на горење, заваривање, електрично хабање, ниску и стабилну отпорност на контакт, отпорност на велики струјни удар, добре перформансе прекида, кратко време стварања лука, отпорност на електричну корозију и нетоксичност. Због тога се користи у ваздушним прекидачима, прекидачима за цурење, малим прекидачима, контакторима, прекидачима за искључивање, прекидачима за пренос и заштитним прекидачима. Метода пре-оксидације у праху легуре производи еколошки прихватљиве материјале за контакт са сребрним цинк оксидом. Лако се обрађује и има одлична електрична својства. То је нова врста контактног материјала са широким тржишним изгледима.
Прахови легура АгЗнО са различитим садржајем сребра припремљени су поступком преоксидације праха легуре. Жице са истим државним спецификацијама добијене су након изостатичког пресовања, синтеровања, екструзије и извлачења. Упоређена су механичка и физичка својства, металографске структуре и др. и анализиране су разлике у металографској структури и механичко-физичким особинама жица различитог садржаја. Испитиване су електричне особине интегралних заковица од жице, а анализирана су и електрична својства АгЗнО контактних материјала различитог садржаја, дајући референцу за развој и примену контактних материјала овог система.
1 Експериментална метода
Тест је припремљен коришћењем 99,99% сребрних плоча и 99,99% Зн ингота из исте серије. Узорци су припремљени методом преоксидације у праху легуре и прерађени у жице кроз израду праха атомизацијом, преоксидацију у праху легуре, изостатичко пресовање, синтеровање, екструзију, извлачење и друге процесе. Испитиване су и упоређене механичке и физичке особине жица; заковице су израђене у интегралСребрни електрични контактпроизвођача, а спецификације заковица су биле: динамичка тачка Р3×0.5(0.25)+1.5×0.6СР10 статичка тачка Ф3×0.6(0.25)+1.5×0.6Е, састављена у релеје, а електрични век је верификован под АЦ 250 В/10 А.
Отпорност узорака је тестирана ТХ2512Б интелигентним струјним тестером ниске отпорности; металографска структура материјала анализирана је металографским микроскопом Л150; тврдоћа узорака је мерена помоћу ДХВ-1000З видео микротврдоће; затезна чврстоћа узорака је мерена електронском универзалном машином за испитивање; морфологија микроструктуре узорака и морфологија површине узорака заковице након испитивања посматрани су скенирајућим електронским микроскопом (СЕМ); електрични век је верификован помоћу система за тестирање отпорног оптерећења наизменичном струјом.
2 Резултати и анализа
2.1 Металографска анализа структуре
На слици 1 приказане су металографске структуре попречног и уздужног пресека готових жица од АгЗнО(8), АгЗнО(10) и АгЗнО(12) са различитим садржајем ЗнО (а и б су АгЗнО(8), ц и д су АгЗнО(10), а е и ф су АгЗнО(12)). Поређења ради, може се видети да се методом преоксидације у праху легуре може успешно припремити униформни АгЗнО(8-12). ЗнО је диспергован и равномерно распоређен у Аг матрици, али има врло мало агрегације ЗнО. Са повећањем садржаја ЗнО, број ЗнО честица по јединици површине се повећава, а феномен агрегације честица унутар материјала има тенденцију повећања, али је укупна дистрибуција ткива и даље релативно уједначена.
2.2 Анализа механичких и физичких својстава
На слици 2 приказана је вероватноћа дистрибуције механичких и физичких својстава жица пречника 1.920 мм у жареном стању. Слика 2(а) приказује вероватноћу расподеле отпорности. Може се видети да са повећањем садржаја ЗнО његова отпорност има значајан тренд повећања. Отпорност металног оксида сребраСребрне контактне тачкематеријал се контролише параметрима као што су састав материјала, запремински удео оксида, величина честица и њихова дистрибуција у Аг матрици [10]. Са повећањем садржаја ЗнО, запремински удео ЗнО се повећава, повећање интерфејса честица доводи до повећаног расејања електрона унутар материјала, а отпор тела материјала постепено расте; Слика 2(б) приказује вероватноћу расподеле тврдоће. Види се да са повећањем садржаја ЗнО тврдоћа има значајан тренд повећања. То је зато што се повећава садржај металних оксида распоређених у Аг матрици, а појачава се ефекат јачања дисперзије честица. Слично томе, ојачање дисперзије доводи до значајног тренда повећања затезне чврстоће, као што је приказано на слици 2(ц). Укратко, са повећањем садржаја ЗнО у АгЗнО материјалу, отпорност, тврдоћа и затезна чврстоћа материјала имају значајан тренд повећања.
2.3 Провера електричног века трајања
Заковице су израђене од жарене жице пречника 1.920 мм, са спецификацијама наСребрни електрични контакти: динамичка тачка (Р3×0.5(0.25)+1.5×0.6СР10) и статичка тачка (Ф3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6Е). Заковице су накнадно обрађене и састављене у релеје за проверу електричног века трајања. Услови испитивања су приказани у табели 1. Слика 3 приказује податке о електричном веку релеја направљених од АгЗнО(8), АгЗнО(10) и АгЗнО(12). Може се видети да је у условима од 250 В и 10 А, унутар интервала поверења од 95%, електрични век АгЗнО(8) материјала најдужи, са просечним електричним веком од 202.029 пута; електрични век АгЗнО(10) материјала је између АгЗнО(8) и АгЗнО(12), са просечним електричним веком од 149,941 пута; број процењеног електричног века АгЗнО(12) материјала је најмањи, 98.665 пута.
Свеобухватно поређење показује да под условима мале струје унутар 20 А, сва три материјала могу да испуне електрични век трајања од 100,000 пута, али са повећањем садржаја ЗнО у АгЗнО контактном материјалу, његови сребрни контакти за релеј електрични век показује опадајући тренд.
2.4 Анализа изгледа неисправних контаката
Током процеса затварања и одвајања контакта, услед утицаја лучног пражњења и џулове топлоте, контактна површина пролази кроз парцијални процес топљења и очвршћавања, што доводи до неуспеха контакта да се нормално одвоји, што се назива контактно заваривање [10]. Слика 4 приказује изглед и компоненте енергетског спектра неисправних контаката под условима од 250 В/10 А. Слике 4 (а, д, г) су СЕМ фотографије морфологије контактног изгледа АгЗнО (8), АгЗнО (10) и АгЗнО (12) на крају њиховог животног века. Слике 4 (б, е, х) су одговарајуће позиције квара, а слике 4 (ц, ф, и) су подаци о компонентама енергетског спектра подручја квара. Поређења ради, може се видети да је положај отказа контакта АгЗнО (8) на ивици контакта, који садржи висок садржај Цу. На крају радног века контакта, слој сребра је потпуно потрошен, а слој бакра учествује у контакту, што на крају доводи до квара контактног заваривања. Положај квара контакта АгЗнО (10) је близу ивице контакта, који садржи висок садржај Цу. Положај квара АгЗнО (12) налази се унутар радне површине, а положај везивања садржи висок садржај Цу. Како се садржај ЗнО у контактном материјалу повећава, расте и вискозитет растопљеног базена, што није погодно за течење. Положај квара има тенденцију да се помери са спољашње површине контактне радне површине ка унутрашњој.
Лучна ерозија настаје на површини контакта током процеса затварања и отварања, односно губитка материјала изазваног испаравањем и прскањем материјала услед локалног прегревања контакта под дејством лука. Лучна ерозија је у суштини физички металуршки процес као што је брзо загревање, топљење, испаравање, струјање и очвршћавање на контактној површини, што резултира омекшавањем, прскањем, течењем, напрслинама, итд. на површини контакта [10-12]. На ерозију контактног лука углавном утичу процеси топљења, испаравања и очвршћавања. У процесу топљења, микро-подручје контактне површине се топи и мења првобитну структуру. Покренут силом лука и механичком силом, растопљени метал тече одређеном брзином, узрокујући прскање и губитак материјала.
Као што се види са слике 4 (а, д, г), након АгЗнО (8) теста, контактна површина је аблаирана релативно равна и уједначена, са неколико пора, а било је доста прскања око радне површине, која се накупила око контаката. Пошто је број тестова био највећи, прскање је било озбиљно, што је резултирало потпуним губитком сребрног слоја на радној површини сребрних контаката за релеј, а слој бакра је отказао након контакта. Након АгЗнО (10) теста, на контактној површини су биле очигледне поре, а око контаката је било мање прскања; након АгЗнО (12) теста, контактна радна површина је била јако напукла, а растопљена бакарна матрица је прскала на радну површину, што је изазвало квар заваривања. Упоређујући слике 4 (а, д, г), може се видети да се са повећањем садржаја ЗнО повећава тренд пуцања површине лома контакта, што је узроковано хлађењем и скупљањем контакта. Након што се лук угаси, контактна површина се брзо хлади, површински растопљени базен се учвршћује, а течна фаза се трансформише у чврсту фазу, а површина се учвршћује и скупља. Студије су показале да ће пукотине и рупе које се формирају на површини контаката сребрног металног оксида неизбежно узроковати лабаву структуру површине, што заузврат повећава количину ерозије лука и отпорност контакта. Са повећањем садржаја ЗнО, повећава се тенденција пукотина и пора, повећава се количина ерозије лука, контактни отпор постаје већи, пораст температуре је абнормалан, а лабава унутрашња структура доводи до квара контакта.
Свеобухватно поређење показује да са повећањем садржаја ЗнО, када дође до отказа контактног материјала АгЗнО (8-12), положај контакта се помера са спољашње на унутрашњу радну површину, а тенденција појаве пукотина и пора на контакту површина се повећава, што резултира смањењем електричног века контакта.
3 Закључци
Метода преоксидације у праху легуре може успешно припремити материјале за електрични контакт са садржајем ЗнО од 8% до 12%. Са повећањем садржаја ЗнО, отпорност, тврдоћа и затезна чврстоћа имају тенденцију повећања, а агрегација честица ЗнО унутар материјала има тенденцију повећања; под условима мале струје унутар 20 А, са повећањем садржаја ЗнО, електрични век има тенденцију да се смањи, а перформансе верификације електричног века контакта материјала АгЗнО(8) су најбоље, које могу достићи више од 200,{{ 6}} пута; са повећањем садржаја ЗнО, под дејством лука, површинско пуцање и порозност сребрних електричних контаката се повећавају, а електрични век има тенденцију да се смањи.
НашеСребрни електрични контактису пажљиво израђени производи високог квалитета. Направљени су од сребра високе чистоће и имају одличну електричну проводљивост, што омогућава несметан пренос струје и у великој мери смањује губитак енергије. Изузетан производни процес чини контакте блиско комбинованим са основним материјалом, чврстим и поузданим, способним да издржи честе операције отварања и затварања и не деформишу се или оштећују лако. У различитим сложеним електричним окружењима, они могу стабилно да функционишу, било да су у условима високе температуре, високе влажности или вибрација, могу осигурати сигуран и стабилан рад електричне опреме.
