Контактные материалы. Основные свойства

Контактные материалы используются для изготовления контактов, которые делятся на зажимные, сварные, скользящие, разрывные.

Наиболее ответственными являются разрывные и скользящие контакты.

Основные факторы, повреждающие материалы контактов:

Коррозия – химический процесс окисления с образованием изоляционных пленок между контактами. При ударе или сжатии контактов эта пленка может быть разрушена, постепенно вызывая разрушение контакта.

Эрозия – дуга между контактами, вызывает перенос материала с одного контакта на другой с образованием игл, наростов, кратеров на контактах, а так же испарение и разбрызгивание металла контакта. Почти не зависит от температуры контактов. При повышенных нагрузках приводит к обгоранию контактов.

Сваривание– соприкосновение между контактами происходит в нескольких контактных точках. При увеличении плотности тока в этих точках может произойти сваривание контактов.

Механический износ – проскальзывание, трение и т.п. Материалы должны иметь повышенную твердость и прочность, должны легко обрабатываться, допускать сварку, иметь низкую стоимость.

1. Разрывные контакты. Материалы контактов при размыкании-замыкании подвергаются разрушающему воздействию коррозии и эрозии.

1.1 Контактные сплавы.

Материалы контактов данного вида делят по составу на группы с учетом функциональных свойств:маломощные контакты, используемые при небольших напряжениях и токах, в состав которых большей частью входят благородные металлы (стойкие к окислению и коррозии). Для сильно нагревающихся контактов используют тугоплавкие металлы и их сплавы:

Сплав золото + никель: имеет высокую твердость, стойкость к эрозии, к свариванию, склонны к окислению только при мощной дуге.

Сплав золото + цирконий: имеет высокую твердость, стойкость к эрозии, к свариванию, высокая стойкость к окислению.

Сплав платина + иридий: ПтИ-10 стойки к коррозии и эрозии, к свариванию.

Сплав серебро + кадмий: образует окись кадмия, при высоких температурах выделяется газ, гасящий дугу, имеет пониженную температуру плавления.

СК22Н1: серебро + кадмий + никель

 А так же: серебро + золото + никель                            серебро + золото + медь

             серебро + никель                                             серебро + золото + платина

             вольфрам + молибден (тугоплавкий)

Применение: контакты, реле, вибрационные регуляторы напряжения, вибропреобразователи, низковольтные выключатели малой мощности.

1. 2 Контактная металлокерамика – используется при высоких напряжениях и токах, когда возникает термическое действие дуги, т.е. происходит испарение и разбрызгивание металла.

Это механический сплав двух фаз: тугоплавкой – с высоким удельным сопротивлением и легкоплавкой – с низким удельным сопротивлением; которые не сплавляются между собой. Если легкоплавкая составляющая становится жидкой, то она не вытекает, так как удерживается в порах тугоплавкой капиллярными силами. Получают металлокерамику спеканием смеси металлических порошков. Широко используется металлокерамика на основе серебра в сочетании с другими металлами и окислами.

Сплавы:

СН29Г3:  68% серебро + 29% никель + 3% углерод(графит) - сплав мало подвержен эрозии, обладает устойчивостью контактного сопротивления (оксидная пленка на основе никеля защищает металл от дальнейшего окисления), повышенной твердостью и износоустойчивостью.

СОК12: 88% серебро + 12% окись кадмия( CdO ) – сплав характеризуется способностью гашения электрической дуги (при температуре около 900°С происходит разложение С), повышенной проводимостью – за счет того, что не происходит появления оксидной пленки, легко поддается обработке.

СОМ10: 90% серебро + 10% окись меди( C и O ) – сплав характеризуется повышенной твердостью и стойкостью к износу, способностью гашения электрической дуги при более высоких температурах, предыдущий сплав (при отключении больших токов), обладает небольшим удельным сопротивлением.

Известны так же сплавы:

СВ – 30: серебро + вольфрам

СГ – 3: серебро + графит

МВ – 50: медь + вольфрам

МГ – 5: медь + графит

В мощных контактных устройствах иногда один контакт сделан из сплава серебро + графит (мягкий), а второй серебро + никель (твердый). При деформации одного контакта вторым, увеличивается площадь контактирования и уменьшается опасность сваривания контактов.

Сплав серебро + никель целесообразно использовать в сильно индуктивных цепях, когда токи при коммутации примерно в 10 раз возрастают по сравнению с рабочими токами, допускается 1 срабатывание контакта в 1 секунду.

При токах от 30¸300 А, используют сплав СОК12.

Сплав серебро + вольфрам используют в мощных системах, где велика опасность сваривания и коррозии контактов.

Скользящие контакты.

подразделяются:

2.1 Электроугольные контактные материалы – используются в основном для изготовления электрощеток. Щетки изготавливаются из углеродистых веществ (кокс, графит, сажа), связки (каменноугольная и синтетические смолы), пропиточных материалов с добавлением различных металлов (медь, свинец, олово, серебро и т.п.) для увеличения проводимости щеток. Углеродистые материалы сначала прокаливают (кроме сажи и графита), удаляют из их состава летучие компоненты, смешивают с металлическим порошком и связкой, прессуют заготовки, далее из ни вырезают щетки. Щетки пропитывают смолами и восками для увеличения влагостойкости и уменьшения коэффициента трения. Для увеличения механической прочности и проводимости щетки еще пропитывают расплавленными металлами.

Г1¸Г3 - графитные

УГ2 - угольнографитные

М1¸М2 – металлографитные

ЭГ2¸ЭГ83 – электрографитированные

Применяются в электрических машинах средней и большой мощности.

2.2 Металлические контактные материалы (пружинные). К ним относятся: кадмиевая и кадмиево-оловянистая бронза, обладающие повышенной прочностью, твердостью и упругостью.

Применяются в потенциометрах, переключателях и других элементах электроаппаратуры.

Скользящие контакты используются: в электрических генераторах, двигателях, автотрансформаторах, потенциометрах.