Uvod
Srebrna kontaktna zakovica je ključna komponenta niskonaponskih električnih uređaja, a njen učinak direktno utiče na stabilnost i pouzdanost rada električnih uređaja. Među materijalima od legura električnih kontakata, materijali od legura srebra su najvažniji električni kontaktni materijali sa najvećom količinom plemenitih metala. Kako bi se poboljšale performanse električnih kontakata i postigla svrha uštede srebra, razvijen je niz materijala za električne kontakte na bazi srebra, uključujući AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC, itd. kontaktni materijali, AgCdO kontaktni materijali se široko koriste zbog svojih brojnih prednosti kao što su otpornost na luk, otpornost na zavarivanje, električna i mehanička otpornost na habanje, otpornost na koroziju i niska i stabilna kontaktna otpornost. Mogu se koristiti u raznim niskonaponskim električnim uređajima sa strujama od nekoliko ampera do nekoliko hiljada ampera, a nazivaju se "univerzalni kontakti". Međutim, budući da je Cd toksičan i predstavlja opasnost za ljudsko tijelo tokom proizvodnje i upotrebe, tržište EU zabranilo je upotrebu materijala za kontakt s AgCdO od lipnja 2006. godine.
AgZnO ElectricalSilver Contactmaterijal je jedan od alternativnih materijala za AgCdO. To je ekološki prihvatljiv materijal za električni kontakt razvijen kasnih 1960-ih i ranih 1970-ih. AgZnO električni kontaktni materijal ima karakteristike otpornosti na gorenje, zavarivanje, električno habanje, nisku i stabilnu kontaktnu otpornost, otpornost na udare velike struje, dobre prekidne karakteristike, kratko vrijeme stvaranja luka, električnu otpornost na koroziju i netoksičnost. Stoga se koristi u zračnim prekidačima, prekidačima za curenje, malim prekidačima, kontaktorima, prekidačima za rastavljanje, prekidačima za prijenos i zaštitnim prekidačima. Metoda preoksidacije u prahu legure proizvodi ekološki prihvatljive materijale za kontakt sa srebrnim cink oksidom. Lako se obrađuje i ima odlična električna svojstva. To je nova vrsta kontaktnog materijala sa širokim tržišnim izgledima.
Prahovi legure AgZnO sa različitim sadržajem srebra pripremljeni su postupkom preoksidacije praha legure. Žice sa istim državnim specifikacijama dobivene su nakon izostatičkog prešanja, sinteriranja, ekstruzije i izvlačenja. Uspoređena su mehanička i fizička svojstva, metalografske strukture itd., te su analizirane razlike u metalografskoj strukturi i mehaničko-fizičkim svojstvima žica različitog sadržaja. Ispitivana su električna svojstva integralnih zakovica od žice, a analizirana su i električna svojstva AgZnO kontaktnih materijala različitog sadržaja, dajući referencu za razvoj i primenu kontaktnih materijala ovog sistema.
1 Eksperimentalna metoda
Test je pripremljen korištenjem 99,99% srebrnih ploča i 99,99% Zn ingota iz iste serije. Uzorci su pripremljeni metodom preoksidacije u prahu legure i prerađeni u žice kroz izradu praha atomizacijom, preoksidaciju u prahu legure, izostatičko prešanje, sinterovanje, ekstruziju, izvlačenje i druge procese. Ispitana su i upoređena mehanička i fizička svojstva žica; zakovice su napravljene u integralSrebrni električni kontaktproizvođača, a specifikacije zakovica su bile: dinamička tačka R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 statička tačka F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, sastavljena u releje, a električni vijek je verifikovan pod AC 250 V/10 A.
Otpornost uzoraka je testirana TH2512B inteligentnim strujnim testerom niske otpornosti; metalografska struktura materijala analizirana je metalografskim mikroskopom L150; tvrdoća uzoraka je mjerena DHV-1000Z video mikrotvrdoćom; vlačna čvrstoća uzoraka mjerena je elektronskom univerzalnom mašinom za ispitivanje; morfologija mikrostrukture uzoraka i morfologija površine uzoraka zakovice nakon ispitivanja promatrana je skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM); električni vek je verifikovan pomoću sistema za testiranje otpornog opterećenja naizmeničnom strujom.
2 Rezultati i analiza
2.1 Metalografska analiza strukture
Na slici 1 prikazane su metalografske strukture poprečnog i uzdužnog presjeka gotovih žica od AgZnO(8), AgZnO(10) i AgZnO(12) sa različitim sadržajem ZnO (a i b su AgZnO(8), c i d su AgZnO(10), a e i f su AgZnO(12)). Poređenja radi, može se vidjeti da se metodom preoksidacije u prahu legure može uspješno pripremiti uniformni AgZnO(8-12). ZnO je dispergovan i ravnomerno raspoređen u Ag matrici, ali ima vrlo malo agregacije ZnO. Sa povećanjem sadržaja ZnO, broj ZnO čestica po jedinici površine raste, a fenomen agregacije čestica unutar materijala ima tendenciju povećanja, ali je ukupna distribucija tkiva i dalje relativno ujednačena.
2.2 Analiza mehaničkih i fizičkih svojstava
Na slici 2 prikazana je vjerovatnoća distribucije mehaničkih i fizičkih svojstava žica promjera 1.920 mm u žarenom stanju. Slika 2(a) prikazuje vjerovatnoću raspodjele otpornosti. Može se vidjeti da sa povećanjem sadržaja ZnO njegova otpornost ima značajan trend povećanja. Otpornost metalnog oksida srebraSrebrne kontaktne tačkematerijal se kontrolira parametrima kao što su sastav materijala, volumni udio oksida, veličina čestica i njihova distribucija u Ag matrici [10]. Sa povećanjem sadržaja ZnO, volumni udio ZnO raste, povećanje sučelja čestica dovodi do povećanog rasipanja elektrona unutar materijala, a otpor tijela materijala postepeno raste; Slika 2(b) prikazuje vjerovatnoću raspodjele tvrdoće. Vidi se da sa povećanjem sadržaja ZnO tvrdoća ima značajan trend povećanja. To je zato što se povećava sadržaj metalnih oksida raspoređenih u Ag matrici, a pojačava se učinak jačanja disperzije čestica. Slično, disperzijsko ojačanje dovodi do značajnog trenda povećanja vlačne čvrstoće, kao što je prikazano na slici 2(c). Ukratko, sa povećanjem sadržaja ZnO u AgZnO materijalu, otpornost, tvrdoća i vlačna čvrstoća materijala imaju značajan trend rasta.
2.3 Provjera električnog vijeka trajanja
Zakovice su izrađene od žarene žice prečnika 1.920 mm, sa specifikacijama odSrebrni električni kontakti: dinamička tačka (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) i statička tačka (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). Zakovice su naknadno obrađene i sastavljene u releje za električnu provjeru vijeka trajanja. Uvjeti ispitivanja prikazani su u tabeli 1. Slika 3 prikazuje podatke o električnom vijeku trajanja releja napravljenih od AgZnO(8), AgZnO(10) i AgZnO(12). Može se vidjeti da je u uslovima od 250 V i 10 A, unutar intervala pouzdanosti od 95%, električni vijek AgZnO(8) materijala najduži, sa prosječnim električnim vijekom od 202.029 puta; električni vijek AgZnO(10) materijala je između AgZnO(8) i AgZnO(12), s prosječnim električnim vijekom od 149.941 puta; broj procijenjenog električnog vijeka AgZnO(12) materijala je najmanji, 98.665 puta.
Sveobuhvatno poređenje pokazuje da pod uslovima male struje unutar 20 A, sva tri materijala mogu ispuniti električni vek trajanja od 100,000 puta, ali sa povećanjem sadržaja ZnO u AgZnO kontaktnom materijalu, njegovi srebrni kontakti za relej električni vijek pokazuje opadajući trend.
2.4 Analiza izgleda neispravnih kontakata
Prilikom procesa zatvaranja i odvajanja kontakta, zbog utjecaja lučnog pražnjenja i Joule topline, kontaktna površina prolazi kroz parcijalni proces topljenja i stvrdnjavanja, što rezultira nemogućnošću normalnog odvajanja kontakta, što se naziva kontaktno zavarivanje [10]. Slika 4 prikazuje izgled i komponente energetskog spektra neispravnih kontakata u uslovima 250 V/10 A. Slike 4 (a, d, g) su SEM fotografije morfologije kontaktnog izgleda AgZnO (8), AgZnO (10) i AgZnO (12) na kraju njihovog životnog veka. Slike 4 (b, e, h) su odgovarajuće pozicije kvara, a slike 4 (c, f, i) su podaci o komponenti energetskog spektra područja kvara. Poređenja radi, može se vidjeti da je kvarna pozicija kontakta AgZnO (8) na rubu kontakta, koji sadrži visok sadržaj Cu. Na kraju radnog veka kontakta, sloj srebra je potpuno potrošen, a sloj bakra učestvuje u kontaktu, što na kraju dovodi do kvara kontaktnog zavarivanja. Položaj kvara kontakta AgZnO (10) je blizu ivice kontakta, koji sadrži visok sadržaj Cu. Položaj loma AgZnO (12) nalazi se unutar radne površine, a položaj vezivanja sadrži visok sadržaj Cu. Kako se sadržaj ZnO u kontaktnom materijalu povećava, raste i viskoznost rastopljenog bazena, što nije pogodno za protok. Položaj kvara teži da se pomakne s vanjske strane radne površine kontakta prema unutra.
U procesu zatvaranja i otvaranja na površini kontakta dolazi do erozije luka, odnosno do gubitka materijala uzrokovanog isparavanjem i prskanjem materijala uslijed lokalnog pregrijavanja kontakta pod djelovanjem luka. Lučna erozija je u suštini fizički metalurški proces kao što je brzo zagrijavanje, topljenje, isparavanje, tečenje i skrućivanje na kontaktnoj površini, što rezultira omekšavanjem, prskanjem, tečenjem, napuklinama, itd. na kontaktnoj površini [10-12]. Na kontaktnu eroziju luka uglavnom utiču procesi topljenja, isparavanja i skrućivanja. U procesu topljenja, mikro-područje kontaktne površine se topi i mijenja izvornu strukturu. Pokrenut silom luka i mehaničkom silom, rastopljeni metal teče određenom brzinom, uzrokujući prskanje i gubitak materijala.
Kao što se vidi sa slike 4 (a, d, g), nakon AgZnO (8) testa, kontaktna površina je ablairana relativno ravna i ujednačena, sa nekoliko pora, a bilo je dosta prskanja oko radne površine, koja se nakupila oko kontakata. Budući da je broj testova bio najveći, prskanje je bilo ozbiljno, što je rezultiralo potpunim gubitkom srebrnog sloja na radnoj površini srebrnih kontakata za relej, a sloj bakra je otkazao nakon kontakta. Nakon AgZnO (10) testa, na kontaktnoj površini su bile očigledne pore, a oko kontakata je bilo manje prskanja; nakon ispitivanja AgZnO (12), kontaktna radna površina je bila jako napukla, a rastopljena bakrena matrica je prskala na radnu površinu, uzrokujući kvar zavarivanja. Upoređujući slike 4 (a, d, g), može se vidjeti da se s povećanjem sadržaja ZnO povećava trend pucanja površine loma kontakta, što je uzrokovano hlađenjem i skupljanjem kontakta. Nakon što se luk ugasi, kontaktna površina se brzo hladi, površinski otopljeni bazen očvršćava, a tečna faza se pretvara u čvrstu fazu, a površina se skrućuje i skuplja. Istraživanja su pokazala da će pukotine i rupe nastale na površini kontakata srebrnog metalnog oksida neizbježno uzrokovati labavu strukturu površine, što zauzvrat povećava količinu erozije luka i otpornost kontakta. Sa povećanjem sadržaja ZnO povećava se tendencija pukotina i pora, povećava se količina erozije luka, kontaktni otpor postaje veći, porast temperature je abnormalan, a labava unutrašnja struktura dovodi do kvara kontakta.
Sveobuhvatno poređenje pokazuje da sa povećanjem sadržaja ZnO, kada dođe do otkaza kontaktnog materijala AgZnO (8-12), položaj kontakta se pomiče sa vanjske strane prema unutrašnjoj radnoj površini, a tendencija pucanja i pora na kontaktu površina se povećava, što rezultira smanjenjem električnog vijeka kontakta.
3 Zaključci
Metoda preoksidacije u prahu legure može uspješno pripremiti materijale za električni kontakt sa sadržajem ZnO od 8% do 12%. Sa povećanjem sadržaja ZnO, otpornost, tvrdoća i vlačna čvrstoća imaju tendenciju povećanja, a agregacija čestica ZnO unutar materijala ima tendenciju povećanja; pod uslovima male struje unutar 20 A, sa povećanjem sadržaja ZnO, električni vek ima tendenciju da se smanji, a performanse električne provere veka AgZnO(8) materijalnih kontakata su najbolje, koje mogu dostići više od 200,{{ 6}} puta; s povećanjem sadržaja ZnO, pod djelovanjem luka, površinska pukotina i poroznost srebrnih električnih kontakata se povećavaju, a električni vijek ima tendenciju smanjenja.
NašSrebrni električni kontaktisu pažljivo izrađeni proizvodi visokog kvaliteta. Izrađeni su od srebra visoke čistoće i imaju odličnu električnu provodljivost, što omogućava nesmetan prenos struje i značajno smanjuje gubitak energije. Izuzetan proizvodni proces čini kontakte blisko kombinovanim sa osnovnim materijalom, čvrstim i pouzdanim, sposobnim da izdrži česte operacije otvaranja i zatvaranja i da se ne deformišu ili oštećuju lako. U različitim složenim električnim okruženjima, oni mogu stabilno funkcionirati, bilo u uvjetima visoke temperature, visoke vlažnosti ili vibracija, mogu osigurati siguran i stabilan rad električne opreme.
