Jak ovlivňuje složení elektrických kontaktních materiálů ze slitiny jejich vodivost a odolnost proti opotřebení?

Elektrické kontaktní materiály z slitiny jsou nepostradatelnou klíčovou součástí moderních elektrických zařízení a jsou široce používány v zařízeních, jako jsou přepínače, relé a jističe. Výkon těchto materiálů přímo ovlivňuje provozní účinnost a životnost elektrického zařízení. Mezi nimi jsou vodivost a odolnost proti opotřebení dva základní indikátory pro měření výkonu elektrických kontaktních materiálů slitiny. Tyto dvě vlastnosti jsou určeny hlavně složením materiálu. Následuje podrobně diskutovat o účincích různých kovových prvků a jejich proporce na vodivost a odolnost proti opotřebení.

Stříbro (AG): Zlepšit vodivost a odolnost proti korozi
Stříbro je jedním z nejčastěji používaných základních kovů v elektrických kontaktních materiálech slitiny kvůli jeho extrémně vysoké elektrické a tepelné vodivosti. Stříbro má také dobrou odolnost proti korozi a může udržovat stabilní výkon ve vlhkém nebo znečištěném prostředí.

Účinek na vodivost: Stříbro má extrémně vysokou elektrickou vodivost (asi 63% IAC), takže slitiny na bázi stříbra obvykle vykazují vynikající elektrickou vodivost.

Účinek na odpor opotřebení: Čistá stříbro má nízkou mechanickou pevnost a snadno se nosí kvůli tření. Aby se zvýšila odolnost proti opotřebení, obvykle se přidávají další tvrdé kovy (jako je wolfram, nikl, měď atd.) Za vytvoření kompozitního materiálu.
Měď (CU): zlepšená vodivost a snížené náklady
Měď je relativně levný kov s vynikající elektrickou vodivostí a často se používá jako náhrada nebo doplněk ke stříbra.
Dopad na vodivost: Elektrická vodivost mědi je na druhém místě pouze na stříbro (asi 59% IAC), což může významně snížit náklady na materiál při zachování vysoké elektrické vodivosti.
Dopad na odolnost proti opotřebení: Tvrdost mědi a odolnost proti opotřebení jsou lepší než stříbro, ale stále nedostatečné k uspokojení potřeb samotných aplikací s vysokým zátěží. Proto se měď často používá v kombinaci s tvrdými kovy, aby se dále zvýšil odolnost proti opotřebení.
Wolfram (W): Zvýšená odolnost proti opotřebení a odolnost proti vysoké teplotě
Wolfram je kov s vysokou pevností, který se často používá ke zlepšení odolnosti proti opotřebení a odolnost slitin s vysokou teplotou.
Dopad na vodivost: Tungsten má špatnou elektrickou vodivost, takže přidání wolframu do slitiny mírně sníží celkovou vodivost. Optimalizací poměru však může být vztah mezi vodivostí a odporem opotřebení vyvážený.
Dopad na odolnost proti opotřebení: Vysoká tvrdost a ablační odpor Tungstenu z něj činí ideální materiál zesílení. Například ve slitinách stříbrných tungstenů (AG-W) mohou částice wolframu účinně odolávat obloukové erozi a mechanickému opotřebení.
Nickel (NI): Zlepšit nikl pevnost a oxidační odolnost je tvrdý kov s dobrou oxidační odolností a odolnost proti korozi a často se používá ke zlepšení mechanické pevnosti a odolnosti proti opotřebení slitin.
Účinek na vodivost: Nickel má nízkou vodivost, takže přidání niklu do slitiny sníží celkovou vodivost. Ale v přiměřeném rozsahu lze tento účinek ovládat optimalizací vzorce.
Účinek na odolnost proti opotřebení: Přidání niklu významně zlepšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení slitiny, zejména ve vysokofrekvenčním přepínacím nebo vysokofrekvenčním prostředí.
Tin (SN) a olovo (PB): Zlepšení výkonu svařování a olova se často používají v kontaktních materiálech s nízkým napětím ke zlepšení výkonu svařování a snížení odolnosti proti kontaktu.
Účinek na vodivost: Tin a olovo mají vysokou vodivost, což pomáhá udržovat dobrý kontaktní výkon.
Účinek na odolnost proti opotřebení: Cín a olova mají nízkou tvrdost a relativně špatnou odolnost proti opotřebení, takže se obvykle používají pouze jako pomocné složky.
Vodivost a odolnost proti opotřebení elektrických kontaktních materiálů je výsledkem kombinovaného účinku více kovových prvků. Zde je několik běžných optimalizačních strategií:
Slitiny na bázi stříbra (jako je Ag-W, Ag-Cu, Ag-Ni):
Stříbro poskytuje vysokou vodivost, wolfram, měď nebo nikl zvyšuje odolnost proti opotřebení a odolnost proti vysoké teplotě.
Použitelné na prostředí s vysokým napětím a vysokým proudem.
Měděné slitiny (jako je Cu-W, Cu-Ni):
Měď snižuje náklady a udržuje dobrou vodivost, wolfram nebo nikl zlepšuje odolnost proti opotřebení.
Použitelné na scénáře aplikace středního a nízkého napětí.
Kompozitní materiály (jako je Ag-W-C, Ag-Ni-CE):
Kombinace výhod více prvků k dosažení nejlepší rovnováhy vodivosti, odolnosti proti opotřebení a ablační odolnosti.
Použitelné na speciální pole s vysokými požadavky na výkon.

Přesně ovládáním podílu každé složky lze navrhnout elektrické kontaktní materiály slitiny, které splňují specifické požadavky na aplikaci. V budoucnu budou vědci s vývojem nových materiálových technologií i nadále zkoumat efektivnější vzorce a procesy na podporu vývoje elektrických kontaktních materiálů směrem k vyššímu výkonu.