Introducció
Els relés de senyal de ferrocarril són interruptors especials utilitzats per tancar o obrir circuits de control de senyal. Són un dels components clau en l'equipament del sistema ferroviari. Per tant, la vida elèctrica i la fiabilitat dels productes de relé sempre han estat un tema candent per als dissenyadors i usuaris. Els investigadors han dut a terme moltes investigacions sobre el mecanisme de fallada dels relés. Segons les estadístiques de proves i aplicacions industrials, es constata que la soldadura del material de contacte generada durant l'acció de commutació és un dels seus principals modes de fallada.
SòlidContactes de couresón un dels components més crítics del sistema de contacte del relé, de manera que el seu rendiment antisoldadura afecta directament la fiabilitat i la vida útil del relé. La soldadura de material de contacte es refereix al fenomen que el material de contacte dels dos pols s'escalfa i es fon localment ràpidament sota l'acció de la font de calor, i després es refreda i solidifica ràpidament per connectar els dos pols en un i no es pot separar per la restauració externa. força. Generalment es divideix en soldadura estàtica i soldadura dinàmica. La soldadura estàtica és causada per l'efecte tèrmic del corrent durant el tancament del contacte. És extremadament rar en el treball real. El fenomen de soldadura dinàmica en què els materials de contacte es solden entre ells a causa de la calor generada per la descàrrega de l'arc durant el procés de tancament o desconnexió és la principal causa de fallada de contacte.
L'arc generat quan el contacte trenca el circuit és la clau per iniciar la soldadura dinàmica. L'energia de l'arc fa que el material de contacte es fongui parcialment per formar una àrea fosa i, a continuació, la solidificació ràpida de l'àrea fosa pot formar una soldadura a la part de contacte del contacte. Quan la força de soldadura és més gran que la força de trencament, es formarà una soldadura dinàmica del material de contacte. En general, es creu que com més gran sigui la força de soldadura del material de contacte, pitjor serà la resistència del material a la soldadura. En determinades condicions d'aplicació, la resistència a la soldadura del material de contacte està estretament relacionada amb la seva composició, estructura, resistivitat, conductivitat tèrmica i altres propietats. D'una banda, afecta la generació i intensitat de l'arc, i d'altra banda, afecta el procés de soldadura i la mida de la força de soldadura.
La gent ha dut a terme investigacions exhaustives i en profunditat sobre el comportament de la soldadura de materials de contacte amb òxids metàl·lics de plata com AgCdO, AgSnO2 i AgCuO, i han proposat models i teories de soldadura. La idea principal de disseny d'aquest tipus de material és que la plata actua com a fase de corrent per conduir l'electricitat i la calor, i la fase insoluble com l'òxid actua com a estabilitzador per augmentar la viscositat de la fase fosa o com a descomponedor. consumir energia d'arc. Tanmateix, amb l'augment de potència, els nous relés han plantejat requisits més elevats per al rendiment antisoldadura dels materials de contacte. Els materials de contacte tradicionals ja no poden complir els requisits, i els materials de contacte de grafit impregnats amb plata han rebut cada cop més atenció a causa del seu excel·lent rendiment. Els materials de contacte de grafit impregnats amb plata solen incloure plata impregnada a l'esquelet de grafit com a fase de transport de corrent, i el grafit com a fase de difícil dissolució pot limitar la mida de la piscina fosa i consumir energia d'arc. Tanmateix, la investigació sobre materials de contacte de grafit impregnats amb plata no és detallada, especialment la investigació sobre el seu comportament de soldadura poques vegades s'informa. Per tant, aquest estudi va utilitzar un dispositiu de prova de soldadura per estudiar el comportament de soldadura dinàmic de quatre materials de contacte de grafit impregnats amb plata a diferents corrents i voltatges, i va observar i caracteritzar sistemàticament la morfologia superficial i la microestructura dels contactes. Mitjançant anàlisi comparativa, es van seleccionar els materials de contacte de grafit impregnats amb plata amb un excel·lent rendiment antisoldadura.
1. Experimenta
1.1 Caracterització del rendiment i estructural dels materials de contacte de grafit impregnats amb plata
Una sèrie de grafit impregnat de plata elèctricaReblons de coureEls materials es van preparar mitjançant un procés de premsat isostàtic en calent mitjançant matriu de grafit amb diferents porositats i estructura de porus. Els indicadors de rendiment dels materials es mostren a la taula 1. La microestructura dels materials de contacte de grafit impregnats amb plata i la morfologia de la superfície després de la prova de rendiment de la soldadura per fusió es van observar i es van caracteritzar mitjançant un microscopi metal·logràfic i un microscopi electrònic d'escaneig.
1.2 Prova de rendiment de la soldadura i recollida de dades
Es van processar quatre tipus de materials de contacte de grafit impregnats amb plata en contactes estàtics amb una superfície de treball de 3,5 mm × 4,1 mm. Es van combinar amb reblons de coure elèctrics fets de plata metàl·lica. El rendiment de la soldadura dels materials de contacte es va provar sota les condicions d'un corrent de càrrega de 80 A a 100 A i una tensió corresponent de 80 V a 100 V mitjançant un dispositiu de prova de força de soldadura desenvolupat per l'Institut Tecnològic de Harbin (vegeu la figura 1). Durant la prova, es va utilitzar un nou contacte per a cada prova per assegurar-se que la superfície de contacte estava en l'estat inicial. Els senyals de tensió, corrent i força de contacte durant el procés de tancament de contacte es van recollir mitjançant un oscil·loscopi multicanal KEYSIGHT DSOX3024T.
En el dispositiu de prova, el coure elèctric estàticContactes de reblóes fixen al dispositiu giratori i el dispositiu giratori es fixa a l'extrem mòbil del sensor de força mitjançant un seient aïllant. L'extrem estàtic del sensor de força es fixa en una corredissa d'ajust que pot ajustar la posició en la direcció del pla mitjançant un seient de muntatge. El sensor de força recull l'estat de força del contacte estàtic per obtenir la pressió de contacte i la força de soldadura. La canya es fixa en un seient fix aïllant i es basa en l'electroimant de conducció per empènyer el contacte estàtic a provar per completar l'acció de tancament. Després d'apagar l'electroimant de conducció, es basa en el seu propi restabliment de la rigidesa per desconnectar-se. Com que la carrera de l'electroimant de conducció és fixa, aquest dispositiu canvia la força de contacte entre els contactes ajustant la posició de l'electroimant de conducció. Durant la prova, el sensor de desplaçament làser s'utilitza per mesurar el desplaçament de la canya per controlar la carrera de contacte. Els extrems fixos de les parts anteriors es fixen a la base per garantir que la posició relativa de cada part sigui estable. Durant la prova, l'electroimant impulsa primer el contacte mòbil i el contacte estàtic per tancar-se amb la càrrega a una velocitat determinada, després talla la font d'alimentació de càrrega i mou el sensor de força per ajustar la corredissa per separar lentament els contactes tancats.
La corba de canvi de força de contacte durant el procés de separació de contactes es mostra a la figura 2. Els contactes que es troben en estat tancat en la condició inicial mantenen el contacte sota una determinada pressió; a mesura que la corredissa es mou, la força de contacte disminueix gradualment des del punt B i disminueix fins a 0 al punt E, i els contactes mòbils i estàtics comencen a separar-se; si no hi ha soldadura entre els contactes, els contactes es separaran directament i la força de contacte serà 0. Si hi ha soldadura entre els contactes, la força de contacte continuarà disminuint i la força sobre el contacte estàtic canviarà de pressió a tensió; el punt W és la posició on els contactes que tenen soldadura comencen a separar-se, i el valor de tensió en aquest moment arriba al màxim; aleshores l'àrea de soldadura del contacte es separa ràpidament, la força de soldadura disminueix ràpidament i es separa completament al punt S. Durant tot el procés de ruptura de la soldadura, la diferència entre la força de contacte dinàmica mínima abans dels contactes mòbils i estàtics. estan fora de contacte (punt W) i la força de contacte dinàmica després de la separació (punt S) és la força de soldadura màxima després de la soldadura del material de contacte.
2 Resultats i discussió
2.1 Microestructura de materials de contacte de grafit impregnats amb plata
La fotografia metal·logràfica del grafit impregnat de plata Copper SilverContacta amb RivetEl material es mostra a la figura 3, on l'àrea blanca brillant és plata metàl·lica i la zona gris-negre és la matriu de grafit. El procés d'impregnació de plata de premsat isostàtic en calent pot omplir completament els porus de la matriu de grafit amb plata metàl·lica i formar una estructura interconnectada de plata metàl·lica semblant a una xarxa. Tanmateix, a causa de les diferències en l'estructura dels porus i la porositat de la matriu de grafit, les microestructures dels quatre materials de contacte de grafit impregnats amb plata són significativament diferents: la mida dels porus de la matriu de grafit del material AgC (30) és relativament uniforme, i la mida de l'àrea de plata metàl·lica és d'unes desenes de micres; hi ha àrees de plata metàl·lica de grans dimensions superiors a 100 μm en el material AgC (40); i hi ha moltes àrees de plata metàl·lica de menys de 10 μm en els materials AgC (50) i AgC (60).
La diferència en la microestructura dels materials de contacte de grafit impregnats amb plata és la clau de les seves diferències de rendiment. En particular, a mesura que augmenta el contingut de carboni, AgC(60) arriba a més de 16 vegades el de AgC(30), cosa que està relacionada amb la disminució del contingut de plata metàl·lica com a fase de corrent. Tanmateix, les propietats conductores del material no tenen una relació proporcional igual amb el contingut de plata metàl·lica. Per tant, les propietats conductores del material de contacte de grafit impregnat amb plata són el resultat de l'efecte sinèrgic de la plata metàl·lica i el grafit, i estan estretament relacionades amb les propietats conductores i l'estructura de porus del material de grafit.
2.2 Rendiment de soldadura de materials de contacte de grafit impregnats amb plata
El canvi de la força de soldadura dels materials de contacte de grafit impregnats amb plata amb el corrent es mostra a la figura 4. Com es pot veure a la figura 4, quan el corrent és inferior a 80 A, no es produeix cap fenomen de soldadura entre els punts de contacte. dels quatre materials de contacte. Quan el corrent augmenta a 90 A, AgC(60) presenta un fenomen de soldadura amb una força de soldadura de 0,8 × 10-3 N. Quan el corrent arriba a 95 A, els quatre materials de contacte presenten un fenomen de soldadura, però la força de soldadura varia en magnitud i es disposa de manera escalonada. Quan el corrent augmenta a 100 A, la força de soldadura d'AgC30 arriba a 1,5×10-3 N, mentre que la força de soldadura d'AgC(60) augmenta fins a 6,61×10-3 N.
La figura 5 mostra la morfologia superficial de quatre contactes elèctrics de coure de grafit impregnat amb plata després de la soldadura per fusió a un corrent d'100 A. Com es pot veure a la figura 5, l'àrea d'erosió de l'arc de tots els materials és negra al centre i blanc a la vora, però la mida i la microestructura de l'àrea d'erosió de diferents materials són diferents. L'àrea de superfície d'AgC (30) erosionada per arc és la més petita, amb un diàmetre d'uns 0,943 mm. La vora són les partícules de plata formades per la plata metàl·lica a la zona central que es fon sota l'acció de l'arc i es fan pols al voltant del punt de contacte durant el procés de soldadura per fusió dinàmica. A mesura que el contingut d'Ag disminueix, la mida de les partícules de plata escampades disminueix gradualment. L'àrea d'erosió secundària comença a aparèixer al centre de la zona d'erosió de l'arc d'AgC (50). L'àrea d'erosió secundària a la superfície d'AgC (60) és més evident i es desenvolupa a l'interior del material. Això mostra que es van produir múltiples fenòmens d'erosió d'arc durant el procés de soldadura per fusió dinàmica, és a dir, el procés de soldadura per fusió dinàmica de rebot.
La força de soldadura és proporcional a l'àrea de la secció transversal de la plata metàl·lica que es fon en el material i es connecta durant el procés de refrigeració. A mesura que augmenta el corrent, augmenta l'àrea d'erosió de l'arc i augmenta el contingut de plata fosa a la zona. Per tant, l'àrea de la secció transversal de la plata metàl·lica que es connecta entre si durant el procés de refrigeració també augmenta i la força de soldadura augmenta en conseqüència. Tanmateix, la generació i la força de l'arc estan estretament relacionades amb la microestructura i les propietats del material. La conductivitat millorada augmentarà la tensió generada per l'arc. Per tant, sota la condició de tensió de 90 V corresponents a 90 A, només AgC (60) amb la resistivitat més alta té un fenomen de soldadura. L'efecte de mida del grafit que separa la plata metàl·lica pot afectar la distribució de l'arc a la superfície de contacte. Al mateix temps, l'efecte de purga causat pel CO2 generat per l'oxidació del grafit pot afectar la distribució de l'arc i reduir la intensitat de l'arc. Els efectes combinats d'aquests dos efectes sobre la distribució i la força de l'arc juntament amb la conductivitat tèrmica del material requereixen una investigació més sistemàtica. Els resultats actuals de la investigació mostren que la reducció de la porositat del grafit i la mida dels porus no millora el rendiment antisoldadura. Quan la fracció de massa de plata és inferior al 40% i la mida dels porus és inferior a 10 μm, el fenomen de soldadura es produirà en condicions de corrent més baixes i la força de soldadura augmentarà més de 3 vegades.
Segons la investigació bibliogràfica, la força de soldadura del material de contacte AgCuO és de {{0}},2 N a 0,4 N a una tensió de 12 V i un corrent de 10 A a 25 A. La força de soldadura dinàmica del contacte de plata de coure de grafit impregnat de plata per al material d'interruptor provat en aquesta condició experimental és tot inferior a 0,01 N, que és 2 ordres de magnitud inferior a la força de soldadura del material de contacte tradicional AgMeO. Per tant, en comparació amb el material de contacte AgMeO, el material de contacte de grafit impregnat de plata té un corrent de soldadura inicial més alt i una força de soldadura extremadament baixa, i és un material de contacte elèctric amb un excel·lent rendiment antisoldadura. L'anàlisi comparativa de la força de soldadura i la morfologia de la zona d'erosió de l'arc mostra que AgC(30) té el millor rendiment antisoldadura.
3 Conclusions
(1) El corrent de soldadura inicial del material de contacte de grafit impregnat amb plata és de 9 0 A i la força de soldadura és inferior a 0,01 N, que té un excel·lent rendiment antisoldadura.
(2) Per al mateix material de contacte de grafit impregnat de plata, a mesura que augmenta el corrent, augmenta la força de soldadura. La reducció del corrent de contacte pot reduir la força de soldadura, millorant així el seu rendiment antisoldadura.
(3) Per a diferents materials de contacte de grafit impregnats amb plata, la força de soldadura augmenta amb l'augment del contingut de carboni, que està estretament relacionat amb l'estructura i les propietats de la seva matriu de grafit. En aquest estudi, el material AgC (30) té el millor rendiment antisoldadura.
els nostres productes
Coure elèctricContactes de reblóés un producte de connexió amb un rendiment excel·lent. En primer lloc, les ungles de coure estan fetes de coure pur d'alta qualitat i tenen una conductivitat elèctrica i tèrmica excel·lent. En els camps d'equips electrònics, sistemes elèctrics, etc., els claus de coure individuals poden garantir la transmissió eficient del corrent i la calor i garantir el funcionament estable dels equips. En segon lloc, les ungles de coure mostren una excel·lent resistència a la corrosió. Ja sigui en un ambient humit o en contacte amb diversos productes químics, les ungles de coure poden mantenir el seu rendiment estable, no són fàcils d'oxidar i danyar i allargar molt la seva vida útil.
