Introduzione
Il rivetto a contatto d'argento è un componente chiave degli apparecchi elettrici a bassa tensione e le sue prestazioni influiscono direttamente sulla stabilità e sull'affidabilità del funzionamento degli apparecchi elettrici. Tra i materiali in lega per contatti elettrici, i materiali in lega d'argento sono i materiali per contatti elettrici più importanti con la maggiore quantità di metalli preziosi. Al fine di migliorare le prestazioni dei contatti elettrici e raggiungere lo scopo di risparmiare argento, sono stati sviluppati una serie di materiali per contatti elettrici a base di argento, tra cui AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC, ecc. Tra i tanti materiali a base di argento materiali di contatto, i materiali di contatto AgCdO sono ampiamente utilizzati grazie ai loro numerosi vantaggi come resistenza all'arco, resistenza alla saldatura, resistenza all'usura elettrica e meccanica, resistenza alla corrosione e resistenza di contatto bassa e stabile. Possono essere utilizzati in una varietà di apparecchi elettrici a bassa tensione con correnti che vanno da pochi ampere a diverse migliaia di ampere e sono chiamati "contatti universali". Tuttavia, poiché il cadmio è tossico e rappresenta un pericolo per il corpo umano durante la produzione e l’uso, il mercato dell’UE ha vietato l’uso di materiali a contatto con AgCdO dal giugno 2006.
AgZnO ElettricoContatto d'argentoil materiale è uno dei materiali alternativi per AgCdO. È un materiale per contatti elettrici ecologico sviluppato tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70. Il materiale dei contatti elettrici AgZnO ha le caratteristiche di resistenza alla combustione, alla saldatura, all'usura elettrica, resistenza di contatto bassa e stabile, resistenza a grandi impatti di corrente, buone prestazioni di rottura, breve durata dell'arco, resistenza alla corrosione elettrica e non tossicità. Pertanto, è stato utilizzato in interruttori automatici aperti, interruttori automatici di dispersione, piccoli interruttori automatici, contattori, sezionatori, interruttori di trasferimento e interruttori di protezione. Il metodo di preossidazione della polvere di lega produce materiali di contatto ecologici in ossido di zinco argento. È facile da lavorare e ha eccellenti proprietà elettriche. Si tratta di un nuovo tipo di materiale di contatto con ampie prospettive di mercato.
Le polveri di lega AgZnO con diversi contenuti di argento sono state preparate mediante un processo di preossidazione delle polveri di lega. Fili con le stesse specifiche di stato sono stati ottenuti dopo pressatura isostatica, sinterizzazione, estrusione e trafilatura. Sono state confrontate le proprietà meccaniche e fisiche, le strutture metallografiche, ecc. e sono state analizzate le differenze nelle strutture metallografiche e nelle proprietà meccaniche e fisiche di fili con contenuti diversi. Sono state testate le proprietà elettriche dei rivetti integrali in filo e sono state analizzate le proprietà elettriche dei materiali di contatto AgZnO con diversi contenuti, fornendo un riferimento per lo sviluppo e l'applicazione dei materiali di contatto di questo sistema.
1 Metodo sperimentale
Il test è stato preparato utilizzando lastre di argento al 99,99% e lingotti di Zn al 99,99% dello stesso lotto. I campioni sono stati preparati con il metodo della preossidazione della polvere di lega e trasformati in fili mediante produzione di polvere di atomizzazione, preossidazione della polvere di lega, pressatura isostatica, sinterizzazione, estrusione, trafilatura e altri processi. Le proprietà meccaniche e fisiche dei fili sono state testate e confrontate; i rivetti sono stati resi integraliContatto elettrico argentoproduttore e le specifiche dei rivetti erano: punto dinamico R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 punto statico F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, assemblato in relè e la durata elettrica è stata verificata a CA 250 V/10 A.
La resistenza dei campioni è stata testata dal tester del gruppo a bassa resistenza di corrente intelligente TH2512B; la struttura metallografica dei materiali è stata analizzata mediante microscopio metallografico L150; la durezza dei campioni è stata misurata mediante il tester di microdurezza video DHV-1000Z; la resistenza alla trazione dei campioni è stata misurata mediante una macchina di prova elettronica universale; la morfologia della microstruttura dei campioni e la morfologia superficiale dei campioni di rivetti dopo la prova sono state osservate mediante microscopio elettronico a scansione (SEM); la vita elettrica è stata verificata mediante un sistema di test di carico resistivo CA.
2 Risultati e analisi
2.1 Analisi della struttura metallografica
La Figura 1 mostra le strutture metallografiche della sezione trasversale e delle sezioni longitudinali dei fili finiti di AgZnO(8), AgZnO(10) e AgZnO(12) con diversi contenuti di ZnO (a e b sono AgZnO(8), c e d sono AgZnO(10) ed e ed f sono AgZnO(12)). In confronto, si può vedere che il metodo di preossidazione della polvere di lega può preparare con successo AgZnO(8-12) uniforme. ZnO è disperso e distribuito uniformemente nella matrice Ag, ma c'è pochissima aggregazione di ZnO. Con l'aumento del contenuto di ZnO, aumenta il numero di particelle di ZnO per unità di area e il fenomeno di aggregazione delle particelle all'interno del materiale tende ad aumentare, ma la distribuzione complessiva del tessuto è ancora relativamente uniforme.
2.2 Analisi delle proprietà meccaniche e fisiche
La Figura 2 mostra la probabilità di distribuzione delle proprietà meccaniche e fisiche dei fili con un diametro di 1.920 mm allo stato ricotto. La Figura 2 (a) mostra la probabilità della distribuzione della resistività. Si può vedere che con l'aumento del contenuto di ZnO, la sua resistività ha un trend crescente significativo. La resistività dell'ossido metallico d'argentoPunti di contatto argentoil materiale è controllato da parametri quali la composizione del materiale, la frazione volumetrica dell'ossido, la dimensione delle particelle e la sua distribuzione nella matrice Ag [10]. Con l'aumento del contenuto di ZnO, la frazione volumetrica di ZnO aumenta, l'aumento delle interfacce delle particelle porta ad una maggiore diffusione degli elettroni all'interno del materiale e la resistenza del corpo del materiale aumenta gradualmente; La Figura 2(b) mostra la probabilità di distribuzione della durezza. Si può vedere che con l’aumento del contenuto di ZnO, la durezza ha un trend crescente significativo. Questo perché aumenta il contenuto di ossidi metallici distribuiti nella matrice Ag e viene potenziato l'effetto di rafforzamento della dispersione delle particelle. Allo stesso modo, il rafforzamento della dispersione porta ad una tendenza all'aumento significativo della resistenza alla trazione, come mostrato nella Figura 2(c). In sintesi, con l’aumento del contenuto di ZnO nel materiale AgZnO, la resistività, la durezza e la resistenza alla trazione del materiale hanno una tendenza all’aumento significativa.
2.3 Verifica della vita elettrica
I rivetti sono stati realizzati con filo ricotto di diametro 1.920 mm, con le specifiche diContatti elettrici in argento: punto dinamico (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) e punto statico (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). I rivetti sono stati post-elaborati e assemblati in relè per la verifica della vita elettrica. Le condizioni di test sono mostrate nella Tabella 1. La Figura 3 mostra i dati di vita elettrica dei relè realizzati in AgZnO(8), AgZnO(10) e AgZnO(12). Si può vedere che nelle condizioni di 250 V e 10 A, entro l'intervallo di confidenza del 95%, la vita elettrica del materiale AgZnO(8) è la più lunga, con una vita elettrica media di 202.029 volte; la vita elettrica del materiale AgZnO(10) è compresa tra AgZnO(8) e AgZnO(12), con una vita elettrica media di 149.941 volte; il numero di vita elettrica valutata del materiale AgZnO(12) è il minimo, pari a 98.665 volte.
Un confronto completo mostra che, in condizioni di corrente ridotta entro 20 A, tutti e tre i materiali possono soddisfare i requisiti di durata elettrica di 100,000 volte, ma con l'aumento del contenuto di ZnO nel materiale dei contatti AgZnO, i suoi contatti in argento per relè la vita elettrica mostra una tendenza al ribasso.
2.4 Analisi dell'aspetto dei contatti falliti
Durante il processo di chiusura e disconnessione del contatto, a causa dell'influenza della scarica dell'arco e del calore Joule, la superficie del contatto subisce un processo parziale di fusione e solidificazione, con conseguente mancata disconnessione normale del contatto, processo chiamato saldatura del contatto [10]. La Figura 4 mostra l'aspetto e i componenti dello spettro energetico dei contatti guasti in condizioni di 250 V/10 A. Le Figure 4 (a, d, g) sono foto SEM della morfologia dell'aspetto del contatto di AgZnO (8), AgZnO (10) e AgZnO (12) alla fine della loro vita. Le Figure 4 (b, e, h) sono le corrispondenti posizioni di guasto e le Figure 4 (c, f, i) sono i dati dei componenti dello spettro energetico dell'area di guasto. In confronto si può vedere che la posizione di guasto del contatto AgZnO (8) è sul bordo del contatto, che contiene un elevato contenuto di Cu. Alla fine della vita del contatto, lo strato d'argento è stato completamente consumato e lo strato di rame partecipa al contatto, il che alla fine porta alla rottura della saldatura del contatto. La posizione di guasto del contatto AgZnO (10) è vicina al bordo del contatto, che contiene un elevato contenuto di Cu. La posizione di rottura di AgZnO (12) si trova all'interno della superficie di lavoro e la posizione di legame contiene un elevato contenuto di Cu. All'aumentare del contenuto di ZnO nel materiale di contatto, aumenta la viscosità del bagno fuso, il che non favorisce il flusso. La posizione di rottura tende a spostarsi dall'esterno della superficie di lavoro di contatto verso l'interno.
L'erosione dell'arco si verifica sulla superficie del contatto durante il processo di chiusura e apertura, ovvero la perdita di materiale causata dall'evaporazione e dagli spruzzi di materiale dovuti al surriscaldamento locale del contatto sotto l'azione dell'arco. L'erosione dell'arco è essenzialmente un processo metallurgico fisico come riscaldamento rapido, fusione, vaporizzazione, flusso e solidificazione sulla superficie di contatto, con conseguente rammollimento, spruzzi, flusso, crepe, ecc. sulla superficie di contatto [10-12]. L'erosione dell'arco di contatto è influenzata principalmente dai processi di fusione, vaporizzazione e solidificazione. Nel processo di fusione, la microarea della superficie di contatto si scioglie e modifica la struttura originaria. Spinto dalla forza dell'arco e dalla forza meccanica, il metallo fuso scorre a una determinata portata, provocando spruzzi e perdita di materiale.
Come si può vedere dalla Figura 4 (a, d, g), dopo il test AgZnO (8), la superficie di contatto è stata ablata relativamente piatta e uniforme, con pochi pori, e c'erano molti schizzi attorno alla superficie di lavoro, che si accumulavano intorno ai contatti. Poiché il numero di test era elevato, gli spruzzi erano gravi, con conseguente perdita completa dello strato d'argento sulla superficie di lavoro dei contatti d'argento per relè e lo strato di rame si rompeva dopo il contatto. Dopo il test AgZnO (10), erano presenti pori evidenti sulla superficie di contatto e c'erano meno schizzi attorno ai contatti; dopo il test AgZnO (12), la superficie di lavoro a contatto era gravemente incrinata e la matrice di rame fusa è schizzata sulla superficie di lavoro, causando la rottura della saldatura. Confrontando le Figure 4 (a, d, g), si può vedere che con l'aumento del contenuto di ZnO aumenta la tendenza alla fessurazione della superficie di rottura del contatto, causata dal raffreddamento e dal ritiro del contatto. Dopo lo spegnimento dell'arco, la superficie di contatto si raffredda rapidamente, il pool fuso superficiale si solidifica e la fase liquida si trasforma in una fase solida e la superficie si solidifica e si restringe. Gli studi hanno dimostrato che le crepe e i fori formati sulla superficie dei contatti in ossido di metallo argento inevitabilmente causeranno l'allentamento della struttura dell'area superficiale, il che a sua volta aumenta la quantità di erosione dell'arco e la resistenza del contatto. Con l'aumento del contenuto di ZnO, aumenta la tendenza alle crepe e ai pori, aumenta la quantità di erosione dell'arco, la resistenza di contatto diventa più elevata, l'aumento di temperatura è anomalo e la struttura interna allentata porta al guasto del contatto.
Un confronto completo mostra che con l'aumento del contenuto di ZnO, quando il materiale di contatto AgZnO (8-12) cede, la posizione del contatto si sposta dall'esterno all'interno della superficie di lavoro e la tendenza alla formazione di crepe e pori sul contatto la superficie aumenta, con conseguente diminuzione della vita elettrica del contatto.
3 Conclusioni
Il metodo di preossidazione della polvere di lega può preparare con successo materiali per contatti elettrici con un contenuto di ZnO compreso tra l'8% e il 12%. Con l'aumento del contenuto di ZnO, la resistività, la durezza e la resistenza alla trazione tendono ad aumentare, e l'aggregazione delle particelle di ZnO all'interno del materiale tende ad aumentare; in condizioni di piccola corrente entro 20 A, con l'aumento del contenuto di ZnO, la vita elettrica tende a diminuire e le prestazioni di verifica della vita elettrica dei contatti in materiale AgZnO(8) sono le migliori, che possono raggiungere più di 200,{{ 6}} volte; con l'aumento del contenuto di ZnO, sotto l'azione dell'arco, aumentano le fessurazioni superficiali e la porosità dei contatti elettrici d'Argento, e la vita elettrica tende a diminuire.
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