Меню

Электротехнические контакты из меди

Электротехнические контакты из меди

2.3. Металлы и сплавы для электрических контактов

Различают три основные группы этих проводниковых мате­ри­­алов: для токоведущих и упругих элементов контактных устройств; для изготовления слаботочных контактов; для сильноточных контактов.

Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элеме­н­тов контактных устройств. Для изготовления контактов-деталей (штырей и гнезд) при­бо­рных разъемов и упругих элементов пе­ре­­ключателей и якор­ных реле используют латуни и бронзы.

Латуни — это сплавы системы Cu-Zn с содержанием 10. 40% ци­­нка. Цинк кристаллизуется в ГПУ решетку и характеризуется ог­ра­ниченной растворимостью в меди. Практическое применение на­­шли сплавы Л85 и Л80, содержашие 15 и 20% Zn, со­от­ве­т­ст­вен­­­­но. Удельное сопротивление латуней r =(0,05. 0,06) × 10 -6 Ом × м, что в 3 раза превышает сопротивление чистой меди. Латунь хо­ро­­­шо обрабатывается дав­ле­нием, паяется и сваривается. Об­ла­да­­­ет сравнительно невысокими упругими свойствами, которые, выше чем у чистой меди.

Бронзы характеризуются более высокими упругими свой­ст­ва­ми, чем ла­­туни. К бронзам относятся сплавы системы Cu-Sn (3. 6% Sn). Находят также применение алю­ми­ни­­е­­вые бронзы Cu-Al (около 5% Al), а также кремнистые бронзы Cu-Si (1. 3% Si). Оло­во, алюминий, кремний, так же, как и цинк, об­­­ладают огра­ни­чен­ной растворимостью в меди. Для улучше­ния ха­­­рактеристик бронз в них, кроме перечисленных элементов, до­ба­­­вляют в не­боль­шом количестве фосфор, цинк, никель, ма­р­га­нец, железо.

Сплавы бронзы в технической документации обозначаются бу­к­ва­ми Бр с указанием дополнительных легирующих элементов и их ко­нцентрации. При этом пользуются следующими условными обоз­на­чениями легирующих элементов: О-олово, А-алюминий, К-кре­м­ний, Ф-фосфор, Ц-цинк, Н-никель, Мц-марганец, Ж-железо, Б-бе­риллий, Т-титан.

Широкое практическое применение нашли бро­нзы марок БрОЦ4-3 (содержит 4% Sn и 3% Zn), БрА7 (7% Al), БрКМц3-1 (3% Si и 1% Mn), БрБ2 (2% Be) — бериллиевая бронза. После тер­мо­обработки изделия из бронзы имеют в 1,25. 1,5 раза более вы­сокий модуль упругости, чем латуни. Однако удельное элек­т­ри­ческое сопротивление лент, пру­жин, токоведущих деталей из бро­нзы выше, чем у латуни при­мерно в 2 раза и составляет (0,09. 0,27) × 10 -6 Ом × м.

Для изготовления нетоковедущих элементов контактных уст­ройств используют прецизионные (т. е. точные) пружинные сплавы и ста­­­ли на основе железа марок 36НХТЮ (36% Ni, остальное Fe, Cr, Ti, Al), 40КНХМВ (40% Co, остальное Fe, Ni, Cr, Mo, W) и др. От­ме­­­тим, что в отличие от обозначений бронз в обозначениях марок спла­вов на основе железа ис­по­ль­зу­­ется несколько иная система ко­ди­­­рования легирующих эле­ме­н­тов, входящих в состав сплава, в час­т­­ности, Х-хром, Ю-алюминий, К-кобальт, М-молибден, В-воль­ф­рам.

Материалы для изготовления слаботочных контактов. Ла­ту­н­ные и бронзовые контакты в процессе эксплуатации до­во­­­ль­но бы­стро покрываются изолирующими пористыми плен­ка­ми оки­с­лов, прорастающими вглубь сплава, а также суль­фид­ны­ми (сер­ни­стыми) пленками, возникающими вслед­­ствие хи­ми­чес­ко­го ре­а­ги­рования материала контакта-детали с серой, всегда при­сут­ст­ву­ющей в атмосфере промышленных предприятий и го­родов. По­­явление плохо прово­дящих электрический ток пленок ведет к зна­­­чительному воз­растанию переходного со­про­тивления в месте кон­­та­к­ти­ро­вания контактов-деталей. По­э­тому контакты из ла­ту­ни и брон­зы малопригодны для со­е­ди­не­ния и коммутации эле­к­три­­­ческих цепей, в которых протекают не­большие токи (менее 0,5 А) при малых напряжениях (8. 25 В) на разомкнутых кон­та­к­тах. Электрические контакты, пред­на­зна­ченные для ком­му­тации ма­лых токов (коммутируемый ток око­ло 10 -8 . 10 -6 А) на­зывают «сухи­ми» контактами.

Читайте также:  Реакция сахара с медью

Для снижения переходного сопротивления латунные и бро­н­­­зо­вые контакты-детали покрывают тонким слоем специаль­ного ко­н­­тактного металла с высокой температурой плавления, устой­чи­­­вого к влиянию окисления. Слой защитного металлического по­­­крытия наносится на поверхность контакта-детали обычно пу­­тем электрохимического осаждения. Толщина покрытия со­с­та­­вляет 1. 10 мкм. Для улучшения адгезии (прилипания) на по­ве­р­хность латунного контакта предварительно эле­к­тро­хи­ми­че­с­ким способом наносится слой чистой меди толщиной 1. 2 мкм. Ме­­ханические свойства (например, износостойкость) эле­к­тро­ли­ти­­ческих покрытий гораздо выше, чем объемных материалов.

В при­­борных разъ­емах для покрытий обычно используются зо­ло­то, серебро, палладий, сплав серебро-палладий.

Наиболее широкое применение получили контактные по­к­ры­­­тия из серебра (Ag). Используется серебро марок Ср999. 999,9. Се­­ребро является полублагородным металлом. Это мягкий ма­­те­ри­ал белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК ре­шетку. Те­м­пе­ра­­тура плавления серебра равна 960,5 о С, удельное эле­к­т­ро­­со­п­ро­тивление составляет 0,016 × 10 -6 Ом × м, плотность 10,5 × 10 3 кг/м 3 . Не­до­стат­ком серебра является склонность к образованию те­м­ных пле­нок сульфида Ag2S в результате взаимодействия с вла­­жным се­ро­во­дородом. Добавление палладия в количестве 20% (сплав СрПд-20) повышает коррозионную стойкость сере­б­ра.

Золото (Au) применяют для покрытий при очень высоких тре­­­­­бо­­ва­ниях к надежности электрического контакта. Исполь­зу­е­т­ся зо­­лото марок Зл999. 999,9. Золото пластичный металл жел­­­то­го цвета, кристаллизуется в ГЦК решетку. Температура пла­­в­ле­ния золота равна 1063 о С, удельное электросопротивление равно 0,022 × 10 -6 Ом × м, плот­ность 19,3 × 10 3 кг/м 3 . Для увеличения тве­р­до­с­ти и износостойкости золотого покрытия применяются сплавы си­­­с­темы золото-серебро, например ЗлСр600-400 (60% Au, 40% Ag), а также сплавы системы золото-никель ЗлН95-5 (95% Au, 5% Ni). Применяется также золотое покрытие с зернами графита, что не только повышает износостойкость покрытия, но и снижа­ет ко­э­­ффициент трения при соединении или разъединении контактов-деталей разъема.

Палладий (Pd) не относится к благородным металлам, но об­ла­­дает хорошими электрическими свойствами и в 4. 5 раз де­ше­в­ле, чем золото. В качестве контактного покрытия используется па­­л­ладий марок Пд99,7. 99,8. Палладий кристаллизуется в ГЦК ре­­­шетку, температура плавления равна 1554 о С, удельное элек­т­ро­­со­п­ро­тив­ление составляет 0,1 × 10 -6 Ом × м, а плотность 12,2 × 10 3 кг/м 3 . Недостатком палладиевого покрытия яв­ляется склонность к образованию на его поверхности изо­ли­ру­ющих органических пленок при взаимодействии с ор­га­ни­чес­ки­ми соединениями.

Для изготовления покрытий разрывных электрических кон­та­­ктов коммутационных устройств (переключателей и реле) чи­с­тые металлы обычно не применяются, что связано с тре­бо­ва­ни­я­ми к повышенной износостойкости контактных материалов. Ко­н­­та­к­ты переключателей и реле должны иметь высокую твер­до­сть, сла­бую эрозию (разрушение поверхности) при ком­му­та­ции эле­ктри­чес­ких цепей с током. В данном случае широкое при­ме­­не­ние на­хо­дят сплавы систем Ag-Au, Ag-Cd, Ag-Pt, Ag-Pd-Cu, Au-Ag, Au-Ag-Mg-Ni.

Читайте также:  Реакция взаимодействия гидроксида меди 2 с муравьиной кислотой

В чистом виде для покрытия разрывных контактов ис­по­ль­зу­­­ет­ся лишь платина (Pt). Платина — это пластичный металл бе­ло­­го цве­та, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура пла­в­ле­­ния платины составляет 1773 о С, удельное эле­к­т­ро­со­про­ти­в­ле­ние достигает 0,105 × 10 -6 Ом × м, плотность равна 21,4 × 10 3 кг/м 3 . На воз­ду­хе платина не окисляется и не образует сер­нис­тых пле­нок. Твер­дость платины почти в два раза выше, чем у серебра и зо­ло­та. Платина имеет пониженную способность к ду­го­об­ра­зо­ва­нию при размыкании контактов, находящихся под элек­т­ри­чес­ким на­п­ряжением, и является одной из лучших ос­нов при по­лу­че­нии кон­тактных сплавов. Практическое при­ме­не­ние получили спла­вы систем Pt-Ni, Pt-Ir и Pt-Rh. Никель, ири­дий и родий об­ра­зуют с платиной твердые растворы.

Иридий (Ir) — редкий металл, кристаллизующийся в ГЦК ре­­шетку, имеет температуру плавления 2410 о С и удельное элек­т­ро­­­­­­­сопро­тив­ле­ние 0,054 × 10 -6 Ом × м. Плотность иридия 22,4 × 10 3 кг/м 3 , а твердость почти в четыре раза выше, чем у платины. До­ба­­­­­вка иридия в платину в количестве 10. 25% позволяет по­лу­чить сплавы марок ПлИ-10 (10% Ir) и ПлИ-25 (25% Ir). Кон­та­к­т­ные сплавы этих марок характеризуются повышенной тве­р­до­с­тью и увеличенным в 2 раза удельным элек­тро­со­про­ти­в­ле­ни­ем по сра­внению с платиной.

Родий (Rh) применяется как самостоятельный контактный ма­те­­риал. По своим характеристикам он близок к иридию, но га­ль­ва­нические покрытия из родия обладают исключительной тве­р­до­стью и износостойкостью. Их твердость в 10 раз выше, чем у се­ребра или золота. Поэтому родий используется для по­кры­тия ко­нтактов-деталей герметизированных контактов (гер­ко­нов), из­готавливаемых из железо-никелевых сплавов.

В таблице 2.2 приведены значения основных физических параметров часто применяемых контактных материалов и сплавов.

Проводниковые материалы для сильноточных контактов. В ко­­н­тактных устройствах, предназначенных для силь­ното­ч­ных це­пей, в которых протекают токи более 0,5 А (при на­пря­же­нии на ра­­­зомкнутых контактах более 25 В), кон­та­­кты-де­­­тали используются преимущест­вен­но из ком­по­зи­ци­он­ных ма­те­ри­­алов, получаемых методами порошковой ме­тал­лу­р­гии.

Основные физические параметры контактных материалов [18]

Источник

Материалы, используемые для изготовления электрических контактов

От материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надежность работы.

Требования, предъявляемые к материалам контактных соединений:

2. Стойкость против коррозии.

3. Стойкость против образования пленок с высоким r.

4. Малая твердость материала, для уменьшения силы нажатия.

5. Высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях.

7. Высокая дугостойкость (температура плавления).

8. Высокое значение тока и напряжения, необходимые для дугообразования.

9. Простота обработки и низкая стоимость.

Перечисленные требования противоречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям.

Читайте также:  Уравнение реакции восстановления меди алюминием

Для контактных соединений применяются следующие материалы:

Медь. Удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионной стойкости. Оксиды меди имеют низкую проводимость. Медь — самый распространенный контактный материал, используется как для разборных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях применяют антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей.

В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может использоваться и для дугогасительных контактов. При малых контактных нажатиях (Р

Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Оксиды серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро используется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы. В контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей).

Серебро обычно применяется в виде накладок — вся деталь выполняется из меди или другого материала, на который приваривается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую поверхность.

Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшими проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью.

Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится (не следует завышать контактное нажатие). Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.

Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют оксидных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление.

Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой температуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, и другие применяются при малых токах для контактов с большой частотой размыкания. При средних и больших токах они используются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и более.

Металлокерамика — механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого. При этом один из металлов имеет хорошую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает высокую дугостойкость с относительно хорошей проводимостью.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Adblock
detector