Ag-30W的电弧行为高速摄像及表面侵蚀研究

采用高速摄像的方法,研究了直流条件下Ag-30W电接触材料电弧行为的基本特征和规律。通过扫描电镜技术,探讨了在电弧烧蚀触头表面的微观组织形貌、元素分布等特征。结果表明,电弧演化经历快速起弧、稳定燃烧和迅速熄灭3个过程。电弧烧蚀触头表面形貌由以钨为骨架、银为包裹层的大量凸丘组成。在电弧作用下,银包裹层可以有效保护钨骨架不被烧损,同时减少钨与空气的接触,减轻凸丘处电弧燃烧造成的侵蚀。     

AgSnO2电接触材料熔桥行为的高速摄像研究

本研究以AgSnO₂电接触材料为研究对象,借助高速摄像技术并与电接触试验机组成电接触-高速摄像试验体系,观测电触头对在不同负载条件下熔桥行为的基本特征和规律,并进行定量测量研究,同时通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对熔桥行为后触头表面的微观结构和元素分布进行分析。结果表明,AgSnO₂触头熔桥演化行为可分为接触区域熔化、熔桥稳定存在和熔桥失稳及断开三个阶段,熔桥和电弧现象可以同时存在,并且存在一定的协同和竞争关系,AgSnO₂触头材料的熔桥尺寸为微米级(0.027-0.295 mm),熔桥直径随电流的增大而增大,熔桥长度随电流的增大而减小,熔桥演化行为过程中熔桥形状依次表现为墩粗型、圆柱型和哑铃型,熔桥行为会改变触头的表面形貌和元素分布。     

Ag-GNPs 新型电接触材料的制备及其电接触行为

为阐明Ag-GNPs新型电接触材料的电弧侵蚀行为,采用粉末冶金技术制备了石墨烯纳米片质量分数为0.5%~2.0%的Ag-GNPs新型电接触材料,研究了Ag-GNPs材料的微观结构、密度、电导率,分析了材料电弧侵蚀后的质量损耗、表面形貌,探讨了材料的电弧侵蚀机制。实验结果表明,高含量的GNPs降低Ag-GNPs材料的密度和导电率,但可显著增加其力学性能。GNPs的密度与含量对熔池表面元素再分布有重要影响。高含量的GNPs更容易团聚和降低Ag-GNPs材料的电接触性能,特别是当Ag-GNPs材料中GNPs含量超过1.5%。GNPs含量为1.5%的Ag-GNPs电接触材料具有最佳的抗电弧侵蚀性能,DC 25/15A条件下电弧侵蚀后其质量损耗最低、侵蚀坑最浅。     

AgSnO2电接触材料的制备和直流电弧侵蚀形貌特征

采用反应合成和热挤压方法制备出新型银二氧化锡电接触材料，运用X-ray分析了AgSnO2(10)材料的物相组成。在直流条件下进行AgSnO2(10)触点的电寿命实验，利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等实验手段对触点烧损后熔层表面进行元素成分分析，研究了熔层表面的微观组织结构。归纳出AgSnO2(10)材料的4种侵蚀形貌特征。     

Ni含量对AgNi电接触材料性能和电弧特性的影响

AgNi触头是一种工业上应用最广泛的电接触材料。采用粉末冶金方法制备了不同Ni含量的AgNi电接触材料,在直流阻性负载条件下(24 V,20 A,DC)测试触点电弧侵蚀行为。利用扫描电子显微镜、力学性能测试以及电接触测试系统研究Ni含量对AgNi触头材料的微观组织、电弧侵蚀形貌、力学性能、电接触性能的影响,揭示AgNi触头的电弧侵蚀机理。结果表明：Ni在Ag基体中呈纤维状弥散分布,随着Ni含量增加AgNi材料的强度和电阻率都增大,但塑性下降;随着Ni含量增加,AgNi触点接触电阻显著增加,抗熔焊性能下降。AgNi触点燃弧时间随Ni含量增加波动增大,但平均燃弧时间和燃弧能量没有明显增大,AgNi30的最大燃弧能量随分断次数增加明显。除了AgNi10以外,AgNi触点材料转移方向为阳极向阴极转移,转移量随Ni含量增加先增大后减小,电弧侵蚀后触点形貌为阳极形成凹坑而阴极形成凸点,且随着Ni含量增加,凹坑和凸点大而集中。     

纯银触头熔桥行为高速摄像研究

采用自主设计的电接触-高速摄像试验系统,在直流单分断模式下对纯银触头在电接触过程中所发生的熔桥行为进行观测,从而在不同的电流条件下对电接触过程中熔桥的形貌尺寸进行研究,同时通过SEM对电接触熔桥行为作用后纯银触头的表面进行形貌分析。结果表明,在DC 10 V(8~20 A)条件下,纯银触头在电接触过程中形成的熔桥有圆柱型和哑铃型2种形貌,并且其尺寸为微米级;熔桥的直径和长度都随电流的增大而呈现出先减小后增大的趋势,10~15 A范围内纯银触头在电接触过程中不易形成熔桥,电接触过程中电弧可能先于熔桥而产生,并且熔桥和电弧现象可以同时存在。     

反应合成AgSnO2电接触材料的电弧侵蚀特性研究

抗电弧侵蚀性能是衡量电接触材料好坏的一个重要指标.本文对采用反应合成技术制备的AgSnO2电接触材料进行电接触试验,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对AgSnO2(10)材料在直流、阻性负载条件下的电弧侵蚀特征进行研究.结果表明,反应合成法制备的AgSnO2(10)电接触材料在电流≤20A条件下,材料由阴极向阳极转移;电流＞20A条件下,材料的转移方向反转.归纳出电弧侵蚀后的AgSnO2(10)的表面形貌特征.     

不同方法制备的AgSnO2TiB2 电接触材料的微观结构和电弧侵蚀行为

分别采用球磨法、可溶性淀粉模板法和滤纸模板法制备了AgSnO₂TiB₂复合粉末,并利用火花等离子体烧结技术（SPS）制备了块体材料。对Ag4%SnO₂4%TiB₂（质量分数）电接触材料的物理性能和电弧侵蚀特性进行了研究。结果表明,模板的空间限域效应有效地改善了增强相在基体中的均匀分散,提高了Ag4%SnO₂4%TiB₂接触材料的导电率和硬度。与球磨法相比,滤纸模板法和淀粉模板法制备的Ag4%SnO₂4%TiB₂复合材料的电导率分别增加了12.18倍和9.60倍, 显微硬度分别增加了17.10%和33.94%。滤纸模板更有利于SnO₂和TiB₂的均匀分散,减少集中电弧侵蚀和飞溅损失,因此具有更好的抗弧蚀性。     

Cu/TiBN电接触材料的导电性及抗电弧侵蚀机理

采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料,它兼有陶瓷性和金属性,电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相,采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料,系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明,与TiN相比,TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时,Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好,重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时,在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物,这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能,在电接触行业中拥有广阔的应用前景。     

不同电流下钯触头材料熔桥行为研究

用自制的电接触-高速摄像试验系统观测了钯触头材料在直流单分断模式下的电接触过程中的熔桥行为,用SEM分析触头表面形貌。结果表明,熔桥演化过程可分为熔桥形成、熔桥拉长和熔桥断开3个阶段,历时约2.08 ms;熔桥的形状有哑铃型和圆柱型2种,其尺寸为微米级,并且熔桥断开时具有针尖状的特征;熔桥行为会侵蚀触头表面形成具有熔池和凸丘等特征的表面特征;熔桥的直径和长度随电流的增大均呈现出先增大后减小的趋势,在熔桥形成之前可能有电弧出现,在DC 6 V的分断电压下,钯触头材料的理想工作电流不宜大于14 A。     

Influence of operation number on arc erosion behavior of Ag/Ni electrical contact materials

Arc erosion behavior of Ag/Ni materials with different operation numbers was investigated by OM, 3DOP and SEM. The results indicated that the arc erosion of Ag/10Ni electrical contact material fabricated by sintering? extrusion technology was more and more serious with the operation numbers increasing from 1000 to 40000. With the same operation numbers, the arc erosion on anode was more serious than that on cathode. Besides, the pores preferred to emerge around the arc effect spot during the first 10000 operations. And the morphology of the molten silver on cathode and anode was different due to the action of gravity and arc erosion. Furthermore, the relationships among arc energy, arc time, welding force, electric resistivity, temperature and mass change on contacts were discussed, which indicated that the mass loss on cathode was mainly caused by the fracture of molten bridge.     

Arc erosion behavior of a nanocomposite W-Cu electrical contact material

The erosion behavior of a nanocomposite W-Cu material under arc breakdown was investigated. The arc erosion rates of the material were determined, and the eroded surfaces and arc erosion mechanisms were studied by scanning electron microscopy. It is concluded that the nanocomposite W-Cu electrical contact material shows a characteristic of spreading arcs. The arc breakdown of a commercially used W-Cu alloy was limited in a few areas, and its average arc erosion rate is twice as large as that of the former. Furthermore, it is also proved that the arc extinction ability and arc stability of the nanocomposite W-Cu material are excellent, and melting is the major failure modality in the make-and-break operation of arcs.     

热压法制备Ag-TiB_2触头材料的组织及性能研究

采用热压法制备了不同TiB_2粒度增强的Ag-4%TiB_2(质里分数)触头材料,研升了TiB_2粒度大小对Ag-4%TiB2触头材料组织及性能的影响。利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对Ag-4%TiB_2触头材料的组织和电弧侵蚀后的形貌进行了表征,对致密度、硬度及导电率进行了测量。结果表明:热压法有助于提高Ag-4%TiB_2触头材料的致密度。随着TiB_2粒径的减小,硬度先增大后减小,导电率不断增大。细小弥散分布的TiB_2颗粒有助于改善耐电弧侵蚀性,侵蚀面积较大,蚀坑浅,燃弧时间短。     

掺杂对WCu电触头材料电弧特性的影响

利用粉末冶金技术制备出分别掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce (质量分数)的WCu电触头材料,采用高速摄影技术和抗电弧烧蚀实验探讨不同掺杂元素对钨铜电触头材料电弧特性的影响.结果表明:真空击穿时,WCu电触头材料的电弧演化过程可以分为起弧、稳定燃烧和灭弧3个阶段;掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce的WCu电触头材料的电弧寿命比未掺杂的长,截流值小;等离子云体积大,颜色浅,在样品表面燃烧区域大,电弧分散,燃弧能量分散;电弧燃烧稳定,无放射状光芒.含有掺杂元素的WCu电触头材料的抗电弧烧蚀性能均得到明显改善;其中最明显的为WCu-B电触头材料,其抗烧蚀性能提高了近30%.     

银基稀土电接触材料的研究进展和展望

贵金属电接触材料广泛应用于电子、电器、航空、航天等领域中,其中银基电接触材料因具有优异的电接触性能和较低的价格,是贵金属电接触材料中用途最广的电接触材料。稀土因具有特殊的物理化学性质,使其在材料研究领域有着“工业维他命”的称谓。通过往银中添加少量稀土不仅能提升银合金的力学性能,还可提高材料的耐电弧烧蚀性、抗熔焊能力、抗氧化能力等电接触性能。本文总结了银稀土电接触材料的主要种类、制备方法、添加稀土数目,及稀土对组织结构和电学性能的影响。介绍了银稀土电接触材料性能的部分测试方法,最后提出了银稀土电接触材料研究中待解决问题和研究发展趋势。     

不同SnO2含量的AgSnO2触头材料电弧侵蚀行为研究

采用粉末冶金法制备了不同SnO2含量的AgSnO2触头材料,研究了SnO2含量对AgSnO2触头材料电弧侵蚀行为的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）表征了AgSnO2触头材料电弧侵蚀形貌,对影响AgSnO2触头材料电弧侵蚀的因素进行了分析。结果表明：在电弧侵蚀过程中侵蚀优先发生在SnO2区域。随SnO2含量增多,燃弧时间依次增加,侵蚀面积逐渐减小,侵蚀坑变深,金属喷溅增强。     

纳米相包覆AgC5电触头材料

采用化学镀技术，在高能球磨所得纳米石墨粉上包覆银，制得纳米晶银／石墨包覆粉体，经冷压、烧结、复压工序，制备了AgC5触头材料。采用此新工艺制备的触头材料与常规工艺制得的相比，在力学和物理性能等方面有了较大的提高。分断实验表明：将纳米技术应用到银／石墨触头材料的制备中，使材料的抗电弧磨损性能有了较大的改善。