Ako ovplyvňuje zloženie zliatinových elektrických kontaktných materiálov ich vodivosť a odolnosť proti opotrebeniu?

Zliatinové elektrické kontaktné materiály sú nevyhnutnou kľúčovou súčasťou moderného elektrického zariadenia a sú široko používané v zariadeniach, ako sú spínače, relé a ističe. Výkon týchto materiálov priamo ovplyvňuje prevádzkovú efektívnosť a životnosť elektrických zariadení. Medzi nimi sú vodivosť a odpor opotrebenia dva jadrové ukazovatele na meranie výkonu elektrických kontaktných materiálov zliatiny. Tieto dve charakteristiky sú určené hlavne zložením materiálu. Nasledujúce podrobne bude diskutovať o účinkoch rôznych kovových prvkov a ich rozmerov na vodivosť a odolnosť proti opotrebeniu.

Striebro (AG): Zlepšenie vodivosti a odolnosti proti korózii
Striebro je jedným z najbežnejšie používaných základných kovov v zliatinových elektrických kontaktných materiáloch kvôli jeho extrémne vysokej elektrickej a tepelnej vodivosti. Striebro má tiež dobrú odolnosť proti korózii a môže udržiavať stabilný výkon vo vlhkom alebo znečistenom prostredí.

Vplyv na vodivosť: Striebro má extrémne vysokú elektrickú vodivosť (asi 63% IAC), takže zliatiny na báze striebra zvyčajne vykazujú vynikajúcu elektrickú vodivosť.

Vplyv na odolnosť proti opotrebeniu: Čisté striebro má nízku mechanickú pevnosť a ľahko sa nosí v dôsledku trenia. Aby sa zvýšila jeho odolnosť proti opotrebeniu, zvyčajne sa pridávajú ďalšie tvrdé kovy (ako je volfrám, nikel, meď atď.), Za vzniku kompozitného materiálu.
Meď (CU): Zlepšená vodivosť a znížené náklady
Meď je relatívne lacný kov s vynikajúcou elektrickou vodivosťou a často sa používa ako náhrada alebo doplnok k striebru.
Vplyv na vodivosť: Elektrická vodivosť meďnatého je na druhom mieste iba na striebro (asi 59% IAC), čo môže výrazne znížiť náklady na materiál pri zachovaní vysokej elektrickej vodivosti.
Vplyv na odolnosť proti opotrebeniu: Tvrdosť meďnatého a odolnosť proti opotrebeniu sú lepšie ako striebro, ale stále dostatočné na uspokojenie potrieb samotných aplikácií s vysokým zaťažením. Preto sa meď často používa v kombinácii s tvrdými kovmi, aby sa ďalej zvýšila jej odolnosť proti opotrebeniu.
Volfrám (W): Zvýšený odpor opotrebovania a vysoký odpor voči teplote
Volfrám je bod s vysokým trhom, vysokovýkonný kov, ktorý sa často používa na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu a vysokej teplotnej odolnosti zliatin.
Vplyv na vodivosť: Volfrám má zlú elektrickú vodivosť, takže pridanie volfrámu do zliatiny mierne zníži celkovú vodivosť. Optimalizáciou pomeru však môže byť vyvážený vzťah medzi vodivosťou a odolnosťou proti opotrebeniu.
Vplyv na odolnosť proti opotrebeniu: Vysoký tvrdosť volfrámu a rezistencia na abláciu z neho robí ideálny materiál na posilnenie. Napríklad v zliatinách striebra-tungsten (AG-W) môžu volfrámové častice účinne odolať erózii ARC a mechanické opotrebenie.
Nikel (Ni): Vylepšenie pevnosti a rezistencie na oxidáciu je nikel tvrdý kov s dobrou oxidačnou odolnosťou a odolnosťou proti korózii a často sa používa na zlepšenie mechanickej pevnosti a odolnosti proti opotrebeniu zliatinov.
Vplyv na vodivosť: Nikel má nízku vodivosť, takže pridanie niklu do zliatiny zníži celkovú vodivosť. Ale v primeranom rozsahu je možné tento účinok kontrolovať optimalizáciou vzorca.
Vplyv na odolnosť proti opotrebeniu: Pridanie niklu významne zlepšuje tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu zliatiny, najmä vo vysokofrekvenčnom prepínaní alebo vysokomprúdovom prostredí.
Tin (SN) a olovo (PB): Zlepšenie zvárania CIN a olovo sa často používajú v kontaktných materiáloch s nízkym napätím na zlepšenie výkonu zvárania a zníženie odporu kontaktu.
Vplyv na vodivosť: Tin a olovo majú vysokú vodivosť, čo pomáha udržiavať dobrý kontaktný výkon.
Vplyv na odolnosť proti opotrebeniu: Cín a olovo majú nízku tvrdosť a relatívne slabú odolnosť proti opotrebeniu, takže sa zvyčajne používajú iba ako pomocné komponenty.
Vodivosť a opotrebovanie zliatinových elektrických kontaktných materiálov sú výsledkom kombinovaného účinku viacerých kovových prvkov. Tu je niekoľko bežných stratégií optimalizácie:
Zliatiny na báze striebra (napríklad Ag-W, Ag-Cu, Ag-Ni):
Striebro poskytuje vysokú vodivosť, volfrámu, meď alebo nikel zvyšuje odpor opotrebenia a vysokú odolnosť voči teplote.
Použiteľné pre vysoké napätie a vysokorýchlostné prostredie.
Zliatiny na medi (napríklad Cu-W, Cu-Ni):
Copper znižuje náklady a udržiava dobrú vodivosť, volfrámu alebo nikel zlepšuje odolnosť proti opotrebeniu.
Použiteľné na scenáre aplikácie stredného a nízkeho napätia.
Kompozitné materiály (napríklad AG-W-C, AG-NI-CE):
Kombinácia výhod viacerých prvkov na dosiahnutie najlepšej rovnováhy vodivosti, odolnosti proti opotrebeniu a odporu ablácie.
Použiteľné na špeciálne polia s vysokými výkonnostnými požiadavkami.

Presným reguláciou podielu každého komponentu je možné navrhnúť zliatinové elektrické kontaktné materiály, ktoré spĺňajú konkrétne požiadavky na aplikáciu. V budúcnosti budú vedci s vývojom nových materiálových technológií naďalej skúmať efektívnejšie vzorce a procesy na podporu vývoja elektrických kontaktných materiálov smerom k vyššej výkonnosti.