Hvordan påvirker sammensetningen av legerings elektriske kontaktmaterialer deres ledningsevne og slitestyrke?

Legering av elektriske kontaktmaterialer er en uunnværlig nøkkelkomponent i moderne elektrisk utstyr og er mye brukt i enheter som brytere, reléer og effektbrytere. Ytelsen til disse materialene påvirker direkte driftseffektivitet og levetid for elektrisk utstyr. Blant dem er konduktivitet og slitasje motstand to kjerneindikatorer for å måle ytelsen til legeringslegerings elektriske kontaktmaterialer. Disse to egenskapene bestemmes hovedsakelig av sammensetningen av materialet. Følgende vil diskutere i detalj effekten av forskjellige metallelementer og deres proporsjoner på konduktivitet og slitestyrke.

Sølv (AG): Forbedre konduktivitet og korrosjonsmotstand
Sølv er en av de mest brukte basemetaller i legerings elektriske kontaktmaterialer på grunn av dets ekstremt høye elektriske og termiske ledningsevne. Silver har også god korrosjonsmotstand og kan opprettholde stabil ytelse i fuktige eller forurensede miljøer.

Effekt på konduktivitet: Sølv har en ekstremt høy elektrisk ledningsevne (ca. 63% IACs), så sølvbaserte legeringer viser vanligvis utmerket elektrisk ledningsevne.

Effekt på slitestyrke: Rent sølv har lav mekanisk styrke og bæres lett på grunn av friksjon. For å forbedre slitestyrken, blir andre harde metaller (for eksempel wolfram, nikkel, kobber, etc.) vanligvis tilsatt for å danne et sammensatt materiale.
Kobber (CU): Forbedret konduktivitet og reduserte kostnader
Kobber er et relativt rimelig metall med utmerket elektrisk ledningsevne og brukes ofte som erstatning eller supplement til sølv.
Effekt på konduktivitet: Kobberens elektriske ledningsevne er bare nest etter sølv (ca. 59% IACs), noe som kan redusere materialkostnadene betydelig samtidig som de opprettholder høy elektrisk ledningsevne.
Effekt på slitasje motstand: Kobberens hardhet og slitestyrke er bedre enn sølv, men fortsatt utilstrekkelig til å imøtekomme behovene til høye belastningsapplikasjoner alene. Derfor brukes kobber ofte i kombinasjon med harde metaller for å forbedre slitasjemotstanden ytterligere.
Tungsten (W): Forbedret slitasje motstand og høy temperaturmotstand
Wolfram er et metall med høy smelting, høy styrke som ofte brukes til å forbedre slitestyrken og høye temperaturmotstanden til legeringer.
Effekt på konduktivitet: Tungsten har dårlig elektrisk ledningsevne, så å legge wolfram til legeringen vil redusere den generelle konduktiviteten litt. Ved å optimalisere forholdet kan imidlertid forholdet mellom konduktivitet og slitestyrke balanseres.
Effekt på slitasje motstand: Wolfrets høye hardhet og ablasjonsmotstand gjør det til et ideelt forsterkningsmateriale. For eksempel, i sølv-tungsten (AG-W) legeringer, kan wolframpartikler effektivt motstå lysbue erosjon og mekanisk slitasje.
Nikkel (Ni): Forbedre styrke- og oksidasjonsresistens Nikkel er et hardt metall med god oksidasjonsmotstand og korrosjonsmotstand, og brukes ofte til å forbedre den mekaniske styrken og slitestyrken til legeringer.
Effekt på konduktivitet: Nikkel har lav konduktivitet, så å legge nikkel til legeringen vil redusere den generelle konduktiviteten. Men innen et rimelig område kan denne effekten kontrolleres ved å optimalisere formelen.
Effekt på slitestyrke: Tilsetningen av nikkel forbedrer betydelig hardheten og slitestyrken til legeringen, spesielt i høyfrekvente bytting eller høystrømsmiljøer.
Tinn (SN) og bly (PB): Forbedre sveiseytelses tinn og bly brukes ofte i lavspent kontaktmaterialer for å forbedre sveiseytelsen og redusere kontaktmotstanden.
Effekt på konduktivitet: tinn og bly har høy konduktivitet, noe som hjelper til med å opprettholde god kontaktytelse.
Effekt på slitestyrke: Tinn og bly har lav hardhet og relativt dårlig slitestyrke, så de brukes vanligvis bare som hjelpekomponenter.
Konduktiviteten og slitestyrken til legering av elektriske kontaktmaterialer er resultatet av den kombinerte effekten av flere metallelementer. Her er noen vanlige optimaliseringsstrategier:
Sølvbaserte legeringer (som AG-W, AG-CU, AG-NI):
Silver gir høy konduktivitet, wolfram, kobber eller nikkel forbedrer slitemotstanden og høy temperaturmotstand.
Gjelder for høyspenning og høye strømmiljøer.
Kobberbaserte legeringer (som Cu-W, Cu-Ni):
Kobber reduserer kostnadene og opprettholder god ledningsevne, wolfram eller nikkel forbedrer slitestyrken.
Gjelder for middels og lavspenningsapplikasjonsscenarier.
Komposittmaterialer (for eksempel AG-W-C, AG-ni-CE):
Ved å kombinere fordelene med flere elementer for å oppnå den beste balansen mellom konduktivitet, slitasje og ablasjonsmotstand.
Gjeldende for spesielle felt med høy ytelsesbehov.

Ved å kontrollere andelen av hver komponent, kan legeringslegeringer elektriske kontaktmaterialer som oppfyller spesifikke applikasjonskrav utformes. I fremtiden, med utvikling av ny materialteknologi, vil forskere fortsette å utforske mer effektive formler og prosesser for å fremme utvikling av elektriske kontaktmaterialer mot høyere ytelse.