Introduction
Silver Contact Rivet est un composant clé des appareils électriques basse tension, et ses performances affectent directement la stabilité et la fiabilité du fonctionnement des appareils électriques. Parmi les matériaux d'alliage de contact électrique, les matériaux d'alliage d'argent sont les matériaux de contact électrique les plus importants contenant la plus grande quantité de métaux précieux. Afin d'améliorer les performances des contacts électriques et d'atteindre l'objectif d'économie d'argent, une série de matériaux de contact électrique à base d'argent ont été développés, notamment AgCdO, AgSnO2, AgZnO, AgNi, AgW, AgC, etc. Parmi de nombreux matériaux à base d'argent matériaux de contact, les matériaux de contact AgCdO sont largement utilisés en raison de leurs nombreux avantages tels que la résistance à l'arc, la résistance au soudage, la résistance à l'usure électrique et mécanique, la résistance à la corrosion et la résistance de contact faible et stable. Ils peuvent être utilisés dans une variété d'appareils électriques basse tension avec des courants allant de quelques ampères à plusieurs milliers d'ampères, et sont appelés « contacts universels ». Cependant, comme le Cd est toxique et présente un danger pour le corps humain lors de sa fabrication et de son utilisation, le marché européen a interdit l'utilisation de matériaux de contact AgCdO depuis juin 2006.
AgZnO ÉlectriqueContact ArgentLe matériau est l’un des matériaux alternatifs pour AgCdO. Il s’agit d’un matériau de contact électrique respectueux de l’environnement développé à la fin des années 1960 et au début des années 1970. Le matériau de contact électrique AgZnO présente les caractéristiques de résistance à la combustion, au soudage, à l'usure électrique, de résistance de contact faible et stable, de résistance aux impacts de courant importants, de bonnes performances de rupture, de temps d'arc court, de résistance à la corrosion électrique et de non-toxicité. Par conséquent, il a été utilisé dans les disjoncteurs à air, les disjoncteurs de fuite, les petits disjoncteurs, les contacteurs, les sectionneurs, les commutateurs de transfert et les interrupteurs de protection. La méthode de pré-oxydation de la poudre d'alliage produit des matériaux de contact en oxyde de zinc argenté respectueux de l'environnement. Il est facile à traiter et possède d’excellentes propriétés électriques. Il s'agit d'un nouveau type de matériau de contact offrant de larges perspectives de marché.
Des poudres d'alliage AgZnO avec différentes teneurs en argent ont été préparées par un processus de pré-oxydation de poudre d'alliage. Des fils présentant les mêmes spécifications d’état ont été obtenus après pressage isostatique, frittage, extrusion et étirage. Les propriétés mécaniques et physiques, les structures métallographiques, etc. ont été comparées et les différences de structures métallographiques et de propriétés mécaniques et physiques de fils de différents contenus ont été analysées. Les propriétés électriques des rivets intégrés en fil ont été testées et les propriétés électriques des matériaux de contact AgZnO avec différents contenus ont été analysées, fournissant ainsi une référence pour le développement et l'application des matériaux de contact de ce système.
1 Méthode expérimentale
Le test a été préparé en utilisant des plaques d’argent à 99,99 % et des lingots de Zn à 99,99 % provenant du même lot. Les échantillons ont été préparés par la méthode de pré-oxydation de poudre d'alliage et transformés en fils par fabrication de poudre d'atomisation, pré-oxydation de poudre d'alliage, pressage isostatique, frittage, extrusion, étirage et autres processus. Les propriétés mécaniques et physiques des fils ont été testées et comparées ; les rivets ont été intégrésContact électrique argentéfabricant, et les spécifications des rivets étaient : point dynamique R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10 point statique F3×0.6(0.25)+1.5×0.6E, assemblé en relais, et la durée de vie électrique a été vérifiée sous AC 250 V/10 A.
La résistance des échantillons a été testée par un testeur de groupe à faible résistance à courant intelligent TH2512B ; la structure métallographique des matériaux a été analysée au microscope métallographique L150 ; la dureté des échantillons a été mesurée par le testeur de microdureté vidéo DHV-1000Z ; la résistance à la traction des échantillons a été mesurée par une machine d'essai électronique universelle ; la morphologie de la microstructure des échantillons et la morphologie de la surface des échantillons de rivets après l'essai ont été observées au microscope électronique à balayage (MEB) ; la durée de vie électrique a été vérifiée par un système de test de charge résistive AC.
2 Résultats et analyse
2.1 Analyse de la structure métallographique
La figure 1 montre les structures métallographiques de la section transversale et des sections longitudinales des fils finis de AgZnO(8), AgZnO(10) et AgZnO(12) avec différentes teneurs en ZnO (a et b sont AgZnO(8), c et d sont AgZnO(10), et e et f sont AgZnO(12)). Par comparaison, on peut voir que la méthode de pré-oxydation de la poudre d'alliage peut préparer avec succès un AgZnO uniforme (8-12). Le ZnO est dispersé et uniformément réparti dans la matrice Ag, mais il y a très peu d’agrégation de ZnO. Avec l'augmentation de la teneur en ZnO, le nombre de particules de ZnO par unité de surface augmente et le phénomène d'agrégation des particules à l'intérieur du matériau a tendance à augmenter, mais la distribution globale des tissus reste relativement uniforme.
2.2 Analyse des propriétés mécaniques et physiques
La figure 2 montre la probabilité de distribution des propriétés mécaniques et physiques de fils d'un diamètre de 1,920 mm à l'état recuit. La figure 2 (a) montre la probabilité de distribution de résistivité. On peut constater qu’avec l’augmentation de la teneur en ZnO, sa résistivité a une tendance à la hausse significative. La résistivité de l'oxyde métallique d'argentPoints de contact Argentle matériau est contrôlé par des paramètres tels que la composition du matériau, la fraction volumique d'oxyde, la taille des particules et sa distribution dans la matrice Ag [10]. Avec l'augmentation de la teneur en ZnO, la fraction volumique de ZnO augmente, l'augmentation des interfaces de particules entraîne une diffusion accrue des électrons à l'intérieur du matériau et la résistance du corps du matériau augmente progressivement ; La figure 2 (b) montre la probabilité de distribution de dureté. On peut constater qu’avec l’augmentation de la teneur en ZnO, la dureté a une tendance à la hausse significative. En effet, la teneur en oxydes métalliques distribués dans la matrice Ag augmente et l'effet de renforcement de la dispersion des particules est amélioré. De même, le renforcement par dispersion entraîne une tendance à la hausse significative de la résistance à la traction, comme le montre la figure 2 (c). En résumé, avec l’augmentation de la teneur en ZnO dans le matériau AgZnO, la résistivité, la dureté et la résistance à la traction du matériau ont une tendance à la hausse significative.
2.3 Vérification de la durée de vie électrique
Les rivets ont été fabriqués à partir de fil recuit de 1,920 mm de diamètre, avec les spécifications deContacts électriques en argent: point dynamique (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) et point statique (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E). Les rivets ont été post-traités et assemblés en relais pour vérifier la durée de vie électrique. Les conditions de test sont présentées dans le tableau 1. La figure 3 montre les données de durée de vie électrique des relais en AgZnO(8), AgZnO(10) et AgZnO(12). On peut voir que dans les conditions de 250 V et 10 A, dans l'intervalle de confiance de 95 %, la durée de vie électrique du matériau AgZnO(8) est la plus longue, avec une durée de vie électrique moyenne de 202 029 fois ; la durée de vie électrique du matériau AgZnO(10) se situe entre AgZnO(8) et AgZnO(12), avec une durée de vie électrique moyenne de 149 941 fois ; le nombre de durées de vie électriques évaluées du matériau AgZnO (12) est le plus faible, à 98 665 fois.
Une comparaison complète montre que dans des conditions de faible courant inférieur à 20 A, les trois matériaux peuvent répondre à l'exigence de durée de vie électrique de 100,000 fois, mais avec l'augmentation de la teneur en ZnO dans le matériau de contact AgZnO, ses contacts en argent pour le relais la durée de vie électrique montre une tendance à la baisse.
2.4 Analyse de l'apparition des contacts défaillants
Pendant le processus de fermeture et de déconnexion du contact, en raison de l'influence de la décharge d'arc et de la chaleur Joule, la surface du contact subit un processus de fusion et de solidification partielle, entraînant l'incapacité du contact à se déconnecter normalement, appelé soudage par contact [10]. La figure 4 montre l'apparence et les composants du spectre énergétique des contacts défaillants dans des conditions de 250 V/10 A. Les figures 4 (a, d, g) sont des photos MEB de la morphologie d'aspect contact de AgZnO (8), AgZnO (10) et AgZnO (12) en fin de vie. Les figures 4 (b, e, h) sont les positions de défaillance correspondantes, et les figures 4 (c, f, i) sont les données des composantes du spectre énergétique de la zone de défaillance. Par comparaison, on constate que la position de rupture du contact AgZnO (8) se situe au bord du contact, qui contient une forte teneur en Cu. À la fin de la durée de vie du contact, la couche d'argent a été complètement consommée et la couche de cuivre participe au contact, ce qui conduit finalement à un échec du soudage par contact. La position de rupture du contact AgZnO (10) est proche du bord du contact, qui contient une teneur élevée en Cu. La position de rupture d'AgZnO (12) est située à l'intérieur de la surface de travail et la position de liaison contient une teneur élevée en Cu. À mesure que la teneur en ZnO dans le matériau de contact augmente, la viscosité du bain fondu augmente, ce qui ne favorise pas l'écoulement. La position de rupture a tendance à se déplacer de l’extérieur de la surface de travail de contact vers l’intérieur.
L'érosion de l'arc se produit à la surface du contact pendant le processus de fermeture et d'ouverture, c'est-à-dire la perte de matière causée par l'évaporation et les éclaboussures du matériau dues à la surchauffe locale du contact sous l'action de l'arc. L'érosion par arc est essentiellement un processus métallurgique physique tel qu'un chauffage, une fusion, une vaporisation, un écoulement et une solidification rapides sur la surface de contact, entraînant un ramollissement, des éclaboussures, un écoulement, des fissures, etc. sur la surface de contact [10-12]. L'érosion par arc de contact est principalement affectée par les processus de fusion, de vaporisation et de solidification. Lors du processus de fusion, la micro-zone de la surface de contact fond et modifie la structure d'origine. Poussé par la force de l'arc et la force mécanique, le métal fondu s'écoule à un certain débit, provoquant des éclaboussures et une perte de matière.
Comme le montre la figure 4 (a, d, g), après le test AgZnO (8), la surface de contact a été ablatée relativement plate et uniforme, avec quelques pores, et il y avait beaucoup d'éclaboussures autour de la surface de travail, qui s'est accumulé autour des contacts. Étant donné que le nombre de tests était le plus important, les éclaboussures étaient graves, entraînant la perte complète de la couche d'argent sur la surface de travail des contacts en argent du relais, et la couche de cuivre s'est rompue après le contact. Après le test AgZnO (10), il y avait des pores évidents sur la surface de contact et il y avait moins d'éclaboussures autour des contacts ; après le test AgZnO (12), la surface de travail du contact était gravement fissurée et la matrice de cuivre fondue a éclaboussé la surface de travail, provoquant l'échec du soudage. En comparant les figures 4 (a, d, g), on peut voir qu'avec l'augmentation de la teneur en ZnO, la tendance à la fissuration de la surface de rupture du contact augmente, provoquée par le refroidissement et le retrait du contact. Une fois l'arc éteint, la surface de contact refroidit rapidement, le bain de fusion superficiel se solidifie et la phase liquide se transforme en phase solide, et la surface se solidifie et se rétrécit. Des études ont montré que les fissures et les trous formés à la surface des contacts en oxyde métallique d'argent entraîneront inévitablement un relâchement de la structure de la surface, ce qui à son tour augmentera l'érosion de l'arc et la résistance de contact. Avec l'augmentation de la teneur en ZnO, la tendance aux fissures et aux pores augmente, le degré d'érosion par arc augmente, la résistance de contact devient plus élevée, l'augmentation de la température est anormale et la structure interne lâche entraîne une défaillance du contact.
Une comparaison complète montre qu'avec l'augmentation de la teneur en ZnO, lorsque le matériau de contact AgZnO (8-12) échoue, la position du contact se déplace de l'extérieur vers l'intérieur de la surface de travail, et la tendance aux fissures et aux pores sur le contact la surface augmente, entraînant une diminution de la durée de vie électrique du contact.
3Conclusions
La méthode de pré-oxydation de poudre d'alliage peut préparer avec succès des matériaux de contact électrique avec une teneur en ZnO de 8 % à 12 %. Avec l'augmentation de la teneur en ZnO, la résistivité, la dureté et la résistance à la traction ont tendance à augmenter, et l'agrégation des particules de ZnO à l'intérieur du matériau a tendance à augmenter ; dans des conditions de faible courant inférieur à 20 A, avec l'augmentation de la teneur en ZnO, la durée de vie électrique a tendance à diminuer et les performances de vérification de la durée de vie électrique des contacts en matériau AgZnO(8) sont les meilleures, qui peuvent atteindre plus de 200,{{ 6}} fois ; avec l'augmentation de la teneur en ZnO, sous l'action de l'arc, la fissuration superficielle et la porosité des contacts électriques en argent augmentent et la durée de vie électrique a tendance à diminuer.
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