ＡｇＮｉ等触头材料的表面劣化研究李震彪，程礼椿（电力工程系）摘要介绍了触头材料静熔焊实验 结果，分析了材料表面的成分变化规律和形貌状态，指出在静熔焊条件下，接触熔化区中的低熔点 金属含量与其原始含量相比明显增多，而高熔点金属含量减少。对于含Ｗ很高的ＡｇＷ材料，其熔 区表面呈颗粒状，而ＡｇＣｕ熔区呈水纹状。探明了熔化变形面积与接触加热能量及材料性质参数 有关且其变形大小与静熔焊概率大小一致。关键词电触头材料；
表面劣化；
材料成分；静熔焊分类 号ＴＭ５０１；ＴＭ８电触头材料的表面劣化现象会造成触头的接触可靠性降低、电寿命缩短等不 良后果。引起表面劣化的主要原因是，在触头间开会电弧或接触焦耳热的作用下，触头表面受热而 引起变形、侵蚀和材料成分变化等等，进而破坏了触头的正常工作。因此表面劣化规律的研究对于 新型触头材料的开发与电器可靠性的提高具有重要意义。表面劣化现象有两个方面：ａ，
表面形貌 的劣化，如表面凹凸程度、金属流变多少、变形面积大小等等；ｂ．材料成分变化，如成分含量的 前后变化大小、成分分布的均匀性等。本文主要分析在接触焦耳热的作用下触头静熔焊及表面的劣 化规律。１触头静熔焊实验本实验是在ＡＳＴＭ触头实验机上完成的。电流为６００Ａ，通电时间 为０．１ｓ，触头尺寸扒ｍｍ，触头压力１Ｎ，触头开断力０．８Ｎ，每种材料配对进行三组实验 ，记录每组的熔焊次数并计算其静熔焊概率。实验结果见表１；该实验结果表明，触头材料配对时 其抗静熔焊能力的大小顺序为：ＡｇＷ，Ａｇ，ＡｇＣｕ，ＡｇＦｅ，Ａｇ－ＡｇＮｉ，ＡｓＮｉ ．即ＡｇＷ抗静熔焊能力最强，而ＡｓＮｉ最差。静熔焊现象的产生预示着触头表面发生了较严重 的劣化，如接触区域熔化、表面凹凸不平等。文献［１」的研究表明，材料的熔点、比热、电阻率 、硬度等许多参数影响着触头的静熔焊能力，不同的材料参数将具有不同的劣化时间和劣化程度。 李震彪，男，１９６３年生，副教授；武汉，华中理工大学电力工程系（４３００７４）。湖北省 自然科学基金资助项目。２表面劣化分析２．１表面材料成分分布表２为利用能谱仪对ＡｇＦｅ等 材料发生静熔焊后的表面成分变化的测试结果。该结果表明，在熔焊发生区域低熔点金属的含量增 高，高熔点金属的含量减少。如表２中的ＡｇＦｅ触头（第１组），两触头表面的Ａｇ含量分别从 原来的８９．６４％和８９．７５％提高到９１．１８％和９３．９２％；而Ｆｅ的含量分别从原 来的８．１７％和７．９２％降低到７．３６％和４．７１％，ＡｇＣｕ和ＡｇＷ等材料亦有此规 律（仅仅ＡｇＷ第１组触头２例外）。２．２材料表面形貌的分析图１为ＡｇＷ，ＡｇＦｅ和Ａｇ Ｃｕ触头材料熔焊后的表面形貌照片。从图中可以看出ＡｇＷ的熔化变形面积最小，而ＡｇＦｅ最 大。图２为ＡｇＷ和ＡｇＣｕ熔焊区的微观形貌图。ＡｇＷ表面材料呈颗粒状，而ＡｇＣｕ表面材 料呈水纹状。表３是ＡｇＦｅ等触头材料静熔焊后的表面变形面积直径（每种材料进行三次配对实 验，然后取六个触头熔化区直径的平均值）．表３表明，触头变形面积由小到大的顺序为ＡｇＷ， ＡｇＣｕ，ＡｇＦｅ，ＡｓＮｉ．该顺序与材料抗静熔焊能力的大小顺序一致。触头材料的变形面 积主要受两方面影响：一是材料的性质参数，如熔点、比热、密度、传热系数等；二是加热热源强 弱，如Ｉ２Ｐｄ（Ｉ为电流，Ｐｄ为电阻率）．ＡｇＷ材料中Ｗ的含量很高（占７５％），所以其 硬度较高，加热热源较强。但因Ｗ的熔点（３４００℃）远远高于其他金属（如Ａｇ的为９６１℃ ），所以ＡｇＷ仍较难熔［２，３］．如图２的熔区材料微观形貌图所示，ＡｇＷ表面呈颗粒状分 布，说明其熔化很不充分，图中颗粒可能是熔化了的Ａｇ凝固在Ｗ的粒子上而形成的颗粒团，同时 ＡｇＷ熔区这种松散的颗粒团具有很低的焊接强度，故ＡｇＷ材料的抗熔焊能力很强。图２中的Ａ ｇＣｕ材料熔区微观形貌呈水纹状，表明了ＡｇＣｕ熔区已发生了较充分的熔化，同时这种熔化充 分的表面易形成牢固的接触焊接，所以ＡｇＣｕ与ＡｇＷ相比具有相对较弱的抗熔焊能力；３结论 ａ，对于ＡｇＦｅ等触头材料，接触熔化区中的低熔点金属含量与其原始含量相比明显增高，而高 熔点金属含量减少。ｂ．材料表面熔化变形面积与材料的抗静熔焊能力有对应关系。熔焊概率高的 材料其熔化变形面积大，熔化变形面积与材料性质参数及接触加热能量有关。ｃ．含Ｗ量很高的Ａ ｇＷ材料，其熔区表面呈颗粒状；而ＡｇＣｕ熔区表面呈水纹状。ｄ．触头表面金属成分含量的变 化和表面形貌的劣化改变了触头材料原有的热、电性质参数，从而影响了触头的正常电性能。参考 文献｜｜１李震彪，张冠生，秦庆生．电触头材料抗静熔焊能力的研究，中国电机工程学报，１９ ９４，１４（１）：３４～３９２李震彪，程礼椿，邹积岩．直流短弧对继电器触点材料的劣化， 机床电器，１９９４（１）；１０～１２３刘先曙，电接触材料的研究和应用，北京：国防工业出 版社，１９７９．ＯｎｔｈｅＣｏｎｔａｃｔＳｕｒｒａｃｅＤｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆＣ ｏｎｔａｃｔＭａｔｅｒｉａｌｓＡｇＮｉ，ＡｇＦｅ，ＡｇＣｕ，ＡｇＷ￥ＬｉＺｈｅｎｂｉａ ｏ；ＣｈｅｎｇＬｉｃｈｕｎＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇｏｆｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌｓａ ｒｅｒｅｐｏｒｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｒｅａｎａ－ ｌｙｚｅｄ．Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｃｏｎｔｅｎ ｔｏｆｍｅｔａｌｓｗｉｔｈａｌｏｗｅｒｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓｉｎ－ｃｒｅａｓｅｄ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｏｎｅ，ｂｕｔｔｈａｔｏｆｍｅｔａｌｓｗ ｉｔｈａｈｉｇｈｅｒｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｇｏｅｓｔｈｅｏｔｈｅｒｗａｙｒｏｕｎｄ． Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｚｏｎｅｉｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｔ ａｔｅｆｏｒＡｇＣｕｍａ－ｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｍｅｌｔｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒ ｅａｉｓｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｈｅａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｕ ｒｆａｃｅ，ｔｈｅｍｅｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏ ｎｉｓｉｄｅｎｔｉｃａｌｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏ ｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌ；ｓｕｒｆａｃｅｄｅｔｅｒｉ ｏｒａｔｉｏｎ；ｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃｆｕｓｉｏｎｗｅｌ ｄｉｎｇＬｉＺｂｅｎｂｉａｏ，Ｄｒ．；Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃ．ＰｏｗｅｒＥｎｇ．，Ｈ． Ｕ．Ｓ．Ｔ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ．AgNi等触头材料的表面劣化研究@李 震彪，程礼椿$华中理工大学电力工程系电触头材料；表面劣化；材料成分；静熔焊介绍了触头材 料静熔焊实验结果，分析了材料表面的成分变化规律和形貌状态，指出在静熔焊条件下，
接触熔化 区中的低熔点金属含量与其原始含量相比明显增多，而高熔点金属含量减少。对于含Ｗ很高的Ａｇ Ｗ材料，其熔区表面呈颗粒状，而ＡｇＣｕ熔区呈水纹状。探明了熔化变形面积与接触加热能量及 材料性质参数有关且其变形大小与静熔焊概率大小一致。１李震彪，张冠生，秦庆生．
电触头材料 抗静熔焊能力的研究，中国电机工程学报，１９９４，１４（１）：３４～３９２李震彪，程礼椿 ，邹积岩．直流短弧对继电器触点材料的劣化，机床电器，１９９４（１）；１０～１２３刘先曙 ，电接触材料的研究和应用，北京：国防工业出版社，１９７９．湖北省自然科学基金ｕｒｒａｃ ｅＤｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｔａｃｔＭａｔｅｒｉａｌｓＡｇＮｉ，ＡｇＦｅ，Ａ ｇＣｕ，ＡｇＷ￥ＬｉＺｈｅｎｂｉａｏ；ＣｈｅｎｇＬｉｃｈｕｎＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｘ ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｒｅｐｏｒｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｓ ｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｒｅａｎａ－ｌｙｚｅｄ．Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈ ｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｍｅｔａｌｓｗｉｔｈａｌｏｗｅｒｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔｉｓｉｎ－ｃｒｅａｓｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｏｎｅ ，ｂｕｔｔｈａｔｏｆｍｅｔａｌｓｗｉｔｈａｈｉｇｈｅｒｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｇｏｅｓ ｔｈｅｏｔｈｅｒｗａｙｒｏｕｎｄ．Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｚ ｏｎｅｉｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｔａｔｅｆｏｒＡｇＣｕｍａ－ｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｍｅｌ ｔｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｅａｉｓｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｈｅ ａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅｍｅｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓａｎｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｉｄｅｎｔｉｃａｌｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒ ｉａｌ；ｓｕｒｆａｃｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ；ｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏ ｎ；ｓｔａｔｉｃｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇＬｉＺｂｅｎｂｉａｏ，Ｄｒ．；Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃ．ＰｏｗｅｒＥｎｇ．，Ｈ．Ｕ．Ｓ．Ｔ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ．AgNi等触头材料的表面劣化研究@李震彪，程礼椿$华中理工大学电力工程系电触头材料；表面劣化；材料成分；静熔焊介绍了触头材料静熔焊实验结果，分析了材料表面的成分变化规律和形貌
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