低压电器用稀土合金触头材料的电性能测试

0　引　言
　　近年来,一些低压电器上使用的Ag/CdO触头材料由于在制造和使用过程中对环境及人体有危害,已逐渐被Ag/SnO2等新型触头材料所取代[1,2]。但在应用中发现,Ag/SnO2的接触电阻和温升在相同条件下要比Ag/CdO高,且在AC3操作条件下,Ag/SnO2触头的电寿命较低[3～6],使其推广应用受到限制。因此,有必要进一步研发性能优良的新型Ag2氧化物触头材料[7～9]。
　　触头材料应具有抗熔焊、抗电弧侵蚀和接触电阻小等性能。试验结果表明,触头材料的添加物应具有以下作用:
　　(1)在Ag的熔化温度范围内金属氧化物易于分解,分解时将消耗电弧能量使电弧容易熄灭。此外,除分解温度外,金属氧化物颗粒大小也影响其分解难易程度,一般来说,颗粒尺寸越小,在电弧作用下越易分解。因此,研究超细金属氧化物是触头材料添加物的发展方向。
　　(2)金属氧化物在电弧作用下不会迅速汽化或升华,添加物也应有类似的热稳定性。这样Ag熔池中悬浮的金属氧化物颗粒将增大其粘度,降低Ag的“喷溅侵蚀”。另外,金属氧化物颗粒在熔池中只有被熔化Ag润湿才能悬浮,在很多应用条件下需要加入添加物才能使其被熔化的Ag润湿,这是因为添加物能改变金属氧化物2熔化Ag系统的表面张力特性,增进其润湿性。
　　(3)电弧熄灭后,当Ag溶液凝固时,悬浮在Ag溶液中的氧化物被重新分配到Ag基体中。这样,就不会在触头表明形成氧化层,不会使接触电阻增加。
1　试　验
　　1.1　Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3复合粉的制备采用化学共沉淀法制备Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3复合粉。试样化学成分如表1所示。
　　首先,将Ag、La、Sn、Bi屑按成分比配料、混合后,用1∶1的HNO3溶解,得AgNO3、La(NO3)3、SnO2(因Sn(NO3)4不稳定,可直接分解为SnO2+N2+O2)、Bi(NO3)3的乳白色混合液,经过滤后用Na2CO3作为共沉淀剂,使混合液以SnO2微粒为核心发生共沉淀,可得均匀分散的Ag2CO3、La2(CO3)3及Bi2(CO3)3的共沉淀物,将共沉淀物用去离子水过滤、洗涤以去掉Na+及NO-3,最后将共沉淀物烘干后,于420°C焙烧,即可得Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3超细复合粉。经初步测定,复合粉可完全通过400目筛网(粒度<38μm)。La2O3作为难分解的金属氧化物以增大Ag液粘度,减少材料的飞溅侵蚀;加入Bi2O3改善了Ag液对SnO2、La2O3的润湿性。
1.2　试验方法
　　采用电接触触点材料综合参数测试仪测试Ag/La2O3+SnO2+Bi2O3的电性能。测试仪硬件结构如图1所示。核心是1台计算机,实验触点安装在专门设计的夹具上,触点的分断及接触压力调节靠步进/分断装置获得,通过压力传感器测量力学参数的变化,接触电阻则通过恒流源及相应的接触电阻放大电路进行处理,测试及控制信号通过计算机接口卡与测控软件进行数据交换。硬件部分主要提供测试系统的检测、信号放大及处理、驱动等,并提供测试精确度保障。
　　

　　在进行触点材料电接触特性研究中,通过实验架台可模拟触点在闭合、开启过程中,在设定的闭合压力、触点间距、动作频率、分断比等条件下,检测燃弧电流、燃弧电压、燃弧时间、燃弧能量、熔焊力、闭合冲力、接触电阻、触点弹跳等的变化情况,以确定触点材料成分、电弧、环境气体、形状、硬度、电路条件等多种因素对电接触特性的影响,以便为材料研制、触点配对、触点的应用、机械设计等提供依据。
　　将试品做成直径为5mm的铆钉形状。试验参数采用:DC17V,20A;接触压力0.8N;间距2.0mm。
1.3　试验结果
　　试验进行到5000多次时,因阳极端焊接固定铆钉脱落,试验终止。试验后触头表面照片如图2所示。由图可见,触头从边缘开始烧蚀。试验前后触头质量变化如表2所示。试验后观察触头表面有黑色覆盖物,应为难分解的金属氧化物La2O3,该氧化物增加了Ag液的粘度,降低了材料的飞溅侵蚀,使得该触头材料磨损量很小。

　　记录的燃弧能量、时间波形如图3所示。表3为部分试验数据。曲线及试验数据表明,有燃弧能量尖峰的出现,主要取决于燃弧时间,燃弧时间越长燃弧能量越大。

　　将Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3的试验结果与Ag/CdO进行对比。实验参数取DC17V,20A,接触压力018N;间距2.0mm。Ag/CdO的燃弧能量时间波形如图4所示。表4为部分试验数据。

2　结束语
　　由本文测试结果可知,Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3与Ag/CdO相比,由于添加了难分解的氧化物La2O3,增加了Ag液的粘度,降低了材料的飞溅侵蚀,使触头磨损量很小。氧化物颗粒细小,在电弧作用下易分解,消耗电弧能量,使电弧容易熄灭。Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3其他方面的性能是否优于Ag/CdO还有待于进一步研究。
 
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