低壓電器用稀土合金觸頭材料的電性能測試

0　引　言
　　近年來,一些低壓電器上使用的Ag/CdO觸頭材料由于在制造和使用過程中對環(huán)境及人體有危害,已逐漸被Ag/SnO2等新型觸頭材料所取代[1,2]。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),Ag/SnO2的接觸電阻和溫升在相同條件下要比Ag/CdO高,且在AC3操作條件下,Ag/SnO2觸頭的電壽命較低[3～6],使其推廣應(yīng)用受到限制。因此,有必要進一步研發(fā)性能優(yōu)良的新型Ag2氧化物觸頭材料[7～9]。
　　觸頭材料應(yīng)具有抗熔焊、抗電弧侵蝕和接觸電阻小等性能。試驗結(jié)果表明,觸頭材料的添加物應(yīng)具有以下作用:
　　(1)在Ag的熔化溫度范圍內(nèi)金屬氧化物易于分解,分解時將消耗電弧能量使電弧容易熄滅。此外,除分解溫度外,金屬氧化物顆粒大小也影響其分解難易程度,一般來說,顆粒尺寸越小,在電弧作用下越易分解。因此,研究超細金屬氧化物是觸頭材料添加物的發(fā)展方向。
　　(2)金屬氧化物在電弧作用下不會迅速汽化或升華,添加物也應(yīng)有類似的熱穩(wěn)定性。這樣Ag熔池中懸浮的金屬氧化物顆粒將增大其粘度,降低Ag的“噴濺侵蝕”。另外,金屬氧化物顆粒在熔池中只有被熔化Ag潤濕才能懸浮,在很多應(yīng)用條件下需要加入添加物才能使其被熔化的Ag潤濕,這是因為添加物能改變金屬氧化物2熔化Ag系統(tǒng)的表面張力特性,增進其潤濕性。
　　(3)電弧熄滅后,當(dāng)Ag溶液凝固時,懸浮在Ag溶液中的氧化物被重新分配到Ag基體中。這樣,就不會在觸頭表明形成氧化層,不會使接觸電阻增加。
1　試　驗
　　1.1　Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3復(fù)合粉的制備采用化學(xué)共沉淀法制備Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3復(fù)合粉。試樣化學(xué)成分如表1所示。
　　首先,將Ag、La、Sn、Bi屑按成分比配料、混合后,用1∶1的HNO3溶解,得AgNO3、La(NO3)3、SnO2(因Sn(NO3)4不穩(wěn)定,可直接分解為SnO2+N2+O2)、Bi(NO3)3的乳白色混合液,經(jīng)過濾后用Na2CO3作為共沉淀劑,使混合液以SnO2微粒為核心發(fā)生共沉淀,可得均勻分散的Ag2CO3、La2(CO3)3及Bi2(CO3)3的共沉淀物,將共沉淀物用去離子水過濾、洗滌以去掉Na+及NO-3,最后將共沉淀物烘干后,于420°C焙燒,即可得Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3超細復(fù)合粉。經(jīng)初步測定,復(fù)合粉可完全通過400目篩網(wǎng)(粒度<38μm)。La2O3作為難分解的金屬氧化物以增大Ag液粘度,減少材料的飛濺侵蝕;加入Bi2O3改善了Ag液對SnO2、La2O3的潤濕性。
1.2　試驗方法
　　采用電接觸觸點材料綜合參數(shù)測試儀測試Ag/La2O3+SnO2+Bi2O3的電性能。測試儀硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。核心是1臺計算機,實驗觸點安裝在專門設(shè)計的夾具上,觸點的分?jǐn)嗉敖佑|壓力調(diào)節(jié)靠步進/分?jǐn)嘌b置獲得,通過壓力傳感器測量力學(xué)參數(shù)的變化,接觸電阻則通過恒流源及相應(yīng)的接觸電阻放大電路進行處理,測試及控制信號通過計算機接口卡與測控軟件進行數(shù)據(jù)交換。硬件部分主要提供測試系統(tǒng)的檢測、信號放大及處理、驅(qū)動等,并提供測試精確度保障。
　　

　　在進行觸點材料電接觸特性研究中,通過實驗架臺可模擬觸點在閉合、開啟過程中,在設(shè)定的閉合壓力、觸點間距、動作頻率、分?jǐn)啾鹊葪l件下,檢測燃弧電流、燃弧電壓、燃弧時間、燃弧能量、熔焊力、閉合沖力、接觸電阻、觸點彈跳等的變化情況,以確定觸點材料成分、電弧、環(huán)境氣體、形狀、硬度、電路條件等多種因素對電接觸特性的影響,以便為材料研制、觸點配對、觸點的應(yīng)用、機械設(shè)計等提供依據(jù)。
　　將試品做成直徑為5mm的鉚釘形狀。試驗參數(shù)采用:DC17V,20A;接觸壓力0.8N;間距2.0mm。
1.3　試驗結(jié)果
　　試驗進行到5000多次時,因陽極端焊接固定鉚釘脫落,試驗終止。試驗后觸頭表面照片如圖2所示。由圖可見,觸頭從邊緣開始燒蝕。試驗前后觸頭質(zhì)量變化如表2所示。試驗后觀察觸頭表面有黑色覆蓋物,應(yīng)為難分解的金屬氧化物L(fēng)a2O3,該氧化物增加了Ag液的粘度,降低了材料的飛濺侵蝕,使得該觸頭材料磨損量很小。

　　記錄的燃弧能量、時間波形如圖3所示。表3為部分試驗數(shù)據(jù)。曲線及試驗數(shù)據(jù)表明,有燃弧能量尖峰的出現(xiàn),主要取決于燃弧時間,燃弧時間越長燃弧能量越大。

　　將Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3的試驗結(jié)果與Ag/CdO進行對比。實驗參數(shù)取DC17V,20A,接觸壓力018N;間距2.0mm。Ag/CdO的燃弧能量時間波形如圖4所示。表4為部分試驗數(shù)據(jù)。

2　結(jié)束語
　　由本文測試結(jié)果可知,Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3與Ag/CdO相比,由于添加了難分解的氧化物L(fēng)a2O3,增加了Ag液的粘度,降低了材料的飛濺侵蝕,使觸頭磨損量很小。氧化物顆粒細小,在電弧作用下易分解,消耗電弧能量,使電弧容易熄滅。Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3其他方面的性能是否優(yōu)于Ag/CdO還有待于進一步研究。
 
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