不同电器的任务和使用条件,对电接触材料的性能要求不同。对触头材料性能的要求如下:
(1)尽可能高的导电和导热性能。电阻率要低,导热系数要大。电阻率小,触头处于闭合状态时的接触电阻小,相应的热损耗小。导热系数大,可以加强触头和导体的散热,使电接触表面温度降低,各种有害的氧化膜不易形成,保持接触电阻的稳定,在开始分断时使触头间不易形成金属桥。良好的散热还可以降低生弧条件,使金属不易汽化和熔化,降低触头的电磨损。
(2)良好的机械性能。材料应有适当的强度和硬度,摩擦系数要小。好的机械强度可使电接触坚固耐用,在机械力和电动力的作用下不至于引起变形,这对牵引电器尤为重要。材料的弹性和塑性也应适中,弹性大的触头容易在闭合过程中产生较严重的振动,同时弹性大的材料加工困难。塑性大的材料易引起严重变形和机械磨损。摩擦系数小,可减小机械磨损。
(3)良好的化学性能。电接触材料要具有很好的化学稳定性,在常温下不易氧化,或者氧化物的电阻尽量小,耐腐蚀。
触头材料分三类:纯金属材料、合金材料和金属陶冶材料。
1.纯金属材料
(1)银(Ag):银是高质量的触头材料,具有高的导电和导热性能。银在常温下不易氧化,其氧化膜能导电,在高温下易分解还原成金属银。如Ag2O在200℃时分解,AgO在100℃时分解。氧化膜电阻率较高。可见,银触头能自动清除氧化物,接触电阻低且稳定,允许温度较高。银的缺点是熔点低,硬度小,不耐磨。由于银的价格高,因此仅用于继电器和小功率接触器的触头或用于接触零件的电镀覆盖层。
(2)铜(Cu):铜是广泛使用的触头材料,导电和导热性熊仅次于银。铜的硬度较大,熔点较高,加工容易,价格低廉。铜的缺点是易氧化,其氧化膜的导电性很差,当长时间处于较高的环境温度下,氧化膜不断加厚,使接触电阻成倍增长,甚至会使电流通路中断。因此,铜不适用于作非频繁操作电器的触头材料,对于频繁操作的接触器,电流大于150 A时,氧化膜在电弧高温作用下分解,可采用铜触头,并制成单断点指式触头,在触头分、合过程中有研磨过程,以清除氧化铜薄膜。
(3)铂(Pt):铂是贵金属,化学性能稳定,接触电阻也非常稳定。铂的导电和导热性能差,在触头开始分断时容易产生金属桥,使触头上形成毛刺。铂价格昂贵,资源缺乏,因此不采用纯铂作继电器的触头材料,一般用铂的合金作小功率继电器的触头。
(4)钨(W):钨的熔点高,硬度大,耐电弧,钨触头在工作过程中几乎不会产生熔焊。但是,钨的导电性能较差,接触电阻大,易氧化,特别是与塑料等有机化合物蒸气作用,例如在封闭塑料外壳内的钨触头生成透明的绝缘表面膜,而且此膜不易清除。因此,除少数特殊场合(如火花放电间隙的电极)外,一般不采用纯钨作触头材料。
2.合金材料
由于纯金属本身性能的差异,将它们以不同的成分相配合,构成金属合金或金属陶冶材料,使触头的工作性能得以改进。(www.xing528.com)
(1)银铜合金:适当提高银铜合金的含铜量,可提高其硬度和耐磨性能。但是,含铜量不宜过高,否则会和铜一样易于氧化,接触电阻不稳定。银铜合金熔点低,一般不用作触头材料,主要用作焊接触头的银焊料。
(2)银钨和钯铜:银钨和钯铜都有较高的硬度,比较耐磨,抗熔焊。有时用于小功率电器及精密仪器仪表中。
(3)钯铱合金:钯铱合金使用较广泛,铱有效地提高了合金的硬度、强度及抗腐蚀能力。
3.金属陶冶材料
金属陶冶材料是由两种或两种以上的彼此不相熔合的金属组成的机械混合物,其中一种金属有很高的导电性(如银、铜等),作为材料中的填料,称为导电相;另一种金属有很高的熔点和硬度(如钨、镍、钼、氧化镉等),在电弧的高温作用下不易变形和熔化,称为耐熔相,这类金属在触头材料中起着骨架的作用。这样,就保持了两种材料的优点,克服了各自的缺点,是比较理想的触头材料。
常用的金属陶冶材料有以下几种:
(1)银-氧化镉:氧化镉在银中不仅起到增加强度和硬度的作用,还能大大提高抗弧能力。它可塑性好,易加工,因此是一种较为理想的触头材料。
(2)银-氧化铜:银-氧化铜与银-氧化镉相比,耐磨损,抗熔焊性能好,无毒,使用寿命长,价格便宜。
(3)银-钨:银-钨具有银的良好的导电性,同时又具有钨的高熔点、高硬度、耐电弧腐蚀、抗熔焊等特性,常用作电器的弧触头材料。银-钨的缺点是接触电阻不稳定,随着开闭次数的增加,接触电阻增大,其原因在于分断过程中,触头表面产生三氧化钨、钨酸银等电阻率较高的薄膜。
(4)银-石墨:银-石墨材料的导电性能好,接触电阻低,抗熔焊,在短路电流下也不会熔焊,其缺点是电磨损大。
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