AgWC30电接触材料的电弧行为研究

对电弧基本行为的研究一直是电接触材料领域的研究重点,本研究以AgWC30触头为研究对象,借助高速摄像的手段,观测电触头对在不同工作条件下,电弧行为的基本特征和规律,并进行了定量测量研究。结果表明,电弧演化阶段经历起弧、稳定燃烧、迅速熄灭3个过程。起弧阶段存在多点起弧特征,并伴有明显的金属熔滴的喷溅行为,稳定燃烧阶段出现电弧的产生、长大和合并行为,最后电弧迅速熄灭。通过扫描电镜对燃弧后触头表面的形貌分析,判断触头表面存在以WC为骨架覆Ag的大量凸丘,凸丘与熔桥的产生和断裂行为有密切关系,触头分断过程中熔桥和电弧可同时存在,并存在一定的协助作用。     

细晶W-25Cu-2.0 mass%La_2O_3合金电接触性能

采用包套热挤压法制备了稀土氧化镧掺杂W-25Cu-2.0 mass%La_2O_3合金,在JF04C型电接触试验机上测试了稀土掺杂钨铜合金的接触电阻、燃弧时间、燃弧能量等电接触性能,利用钨灯丝扫描电镜对电接触材料阴阳两极电弧侵蚀形貌进行了微观分析。结果表明:稀土钨铜合金触头材料接触电阻较纯钨铜合金明显减小,且接触电阻不随接触电压的增大而增大;燃弧能量和燃弧时间随着接触电压的增大而增大,且波动性变大;闭合过程中的燃弧能量和燃弧时间均大于断开过程。电弧侵蚀后材料转移方向为阳极向阴极转移;电弧侵蚀形貌为阳极表面出现微小凹坑、阴极表面产生微小凸起;阳极触头表面出现富W区,阴极触头表面出现富Cu区,La_2O_3主要聚集在富W区。     

磁控溅射CuCrMo薄膜耐126kV20kA电弧烧蚀性能

提升真空断路器 CuCr 触头的抗电弧烧蚀能力是决定其能否应用于高压真空灭弧室的核心关键,尚未见有效触头材料或表面涂层改性技术使 CuCr 触头应用于 126 kV 以上真空灭弧室的报道。基于 CuCrMo 薄膜的优异电气性能,对沉积 CuCrMo 薄膜的真空灭弧室触头进行 126 kV 下的抗电弧烧蚀研究,并进行开断寿命的工程验证。采用磁控溅射技术在 CuCr50 真空触头片表面沉积 5 μm 厚的 CuCrMo 薄膜,对其进行 126 kV 20 kA 电流下 23 次的电寿命试验。利用 XRD、SEM 和 3D 共聚焦显微镜研究电弧烧蚀后表面形貌。研究结果表明：沉积 CuCrMo 薄膜的触头片,在纵向磁场和 126 kV 20 kA 条件下可有效分散电弧,较未镀膜触头片有更小电弧电流密度;经过 23 次电寿命试验后,表面烧蚀程度比未镀膜的触头片轻,表面粗糙度降低,提高了触头的开断寿命。为表面改性真空断路器 CuCr 触头在高电压大电流真空灭弧室的应用提供了有效工程依据。     

热旋锻法制备的钨铜线材的烧蚀性能

以松装熔渗热旋锻技术制备的钨铜线材为电极和被烧材料分别进行烧蚀实验,研究其烧蚀特性。利用带能谱的扫描电镜分析钨铜线材烧蚀前后的组织形貌、物相组成和质量变化。结果表明:钨铜线材由钨和铜两相组成,钨颗粒镶嵌在铜相中形成致密的网络状结构。作为电极,线材沿横向和纵向均有铜相飞溅、挥发,仅留下近球状的钨骨架,线材的烧蚀速率较大。作为被烧材料,在靠近电极附近,铜相挥发完全,线材钨骨架裸露在电弧高温作用下形成脆性的氧化物,呈针状结构;而在远离电极区域的线材表面出现龟裂现象,同时线材的烧蚀速率较小。     

纤维结构W/Cu触头材料的制备

采用织网叠层法,以钨丝为纬线,铜丝为经线编织二维网,将网与铜坯叠放在一起,于真空烧结炉中熔渗的真空熔渗工艺制备纤维结构W/Cu触头材料。试验给出了该工艺的主要工艺参数。与粉末冶金制造的W/Cu触头材料的烧蚀性能作对比,从触头表面在电弧烧蚀后的熔层形貌分析表明,纤维结构W/Cu触头材料呈现较好的抗烧蚀特性。     

混粉法和包覆法制备的AgSnO_2电接触材料表面电弧烧蚀

采用扫描电子显微镜(SEM)、表面电子探针显微分析仪、电接触性能试验机等手段,研究了混粉法和包覆法制备的AgSnO_2电接触材料在直流条件下(DC 24 V/15 A),铆钉触头表面的电弧烧蚀情况。对材料的表面烧蚀机理、金属转移情况,以及电寿命等进行了讨论。结果表明,包覆法制备的AgSnO_2电接触材料具有较强的耐电弧侵蚀能力与较少的材料转移量。     

直流负载条件下Cu-Cr-Zr-Ag合金的电侵蚀特性

直流负载下触头的电侵蚀特性分析有助于深入研究其电弧侵蚀机理。通过对Cu-Cr-Zr-Ag合金触头进行电性能实验,研究了25 V/15 A直流负载条件下,合金触头的电侵蚀情况。采用电接触试验机和扫描电镜,研究了合金材料的电弧侵蚀机理,表面形貌,微观结构和材料转移现象。结果表明:Cu-Cr-Zr-Ag合金触头具有优异的抗熔焊性能,合金触头的电弧侵蚀微观形貌表现为浆糊状凝固物和气泡,且在触头侵蚀表面存在微裂纹。直流负载条件下动静触头间会发生明显的材料转移现象。     

纤维结构W/Cu触头材料电弧烧蚀性能的研究

研究了W／Cu系列触头材料的电弧烧蚀性能。在相同条件下，对粉末冶金W／Cu触头材料及纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能以及不同直径纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能进行了对比。研究发现细纤维结构的W／Cu触头材料抗电弧烧蚀性能最好。     

纯银触头熔桥行为高速摄像研究

采用自主设计的电接触-高速摄像试验系统,在直流单分断模式下对纯银触头在电接触过程中所发生的熔桥行为进行观测,从而在不同的电流条件下对电接触过程中熔桥的形貌尺寸进行研究,同时通过SEM对电接触熔桥行为作用后纯银触头的表面进行形貌分析。结果表明,在DC 10 V(8~20 A)条件下,纯银触头在电接触过程中形成的熔桥有圆柱型和哑铃型2种形貌,并且其尺寸为微米级;熔桥的直径和长度都随电流的增大而呈现出先减小后增大的趋势,10~15 A范围内纯银触头在电接触过程中不易形成熔桥,电接触过程中电弧可能先于熔桥而产生,并且熔桥和电弧现象可以同时存在。     

热压烧结制备La混杂纳米复合AgSnO2电接触合金

利用化学共沉淀和热压烧结等方法制备出纳米复合Ag-SnO_2和La掺杂Ag-SnO_2触头合金,对合金触头进行物理性能测试、真空耐电压和电弧烧蚀实验,并利用冷场发射扫描电镜(FESEM)对电性能实验前后组织进行分析.结果发现:纳米复合AgSnO_2电接触合金保持了制粉时纳米SnO_2颗粒的形貌和粒度,尤其是含La掺杂的电接触材料,其氧化物粒度更细,分布更均匀.随氧化物粒度的减小,电接触材料的硬度和电阻率增加、耐电压强度降低、耐电弧烧蚀速率减小.     

直流条件下W-15wt%Cu电接触材料燃弧特性研究

研究了W-15wt%Cu电接触材料在直流条件电弧作用下电极表面元素分布、材料微观组织形貌;探讨了电接触材料在直流电弧作用下的转移和腐蚀机理。结果表明:直流电弧引起阳极表面熔化、Cu离子向阴极转移并在阴极表面沉积;金属氧化物在电弧高温作用下分解成单元素,吸收了电弧能,有利于灭弧;同时W颗粒悬浮在阳极Cu微小熔池中,增加了熔融Cu的粘度,有利于降低Cu熔滴的飞溅,减少了电弧烧损。W-15wt%Cu复合电接触材料显示出良好的综合电性能。     

大变形Ag/Ni20纤维复合电接触材料电弧侵蚀及形貌特征

采用包覆挤压、集束挤压、大变形冷拉拔等大变形技术制备出Ag/Ni20纤维复合电接触材料,研究该材料在直流条件下触点的电弧侵蚀,利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等方法分析电弧侵蚀后触点表面微观结构和元素分布,归纳出大变形Ag/Ni20纤维复合电接触材料具有浆糊状凝固物、珊瑚状结构、骨架结构、孔洞或气孔、裂纹等5种电弧侵蚀形貌特征。     

不同粒度银粉的Ag-TiB2 触头材料电弧侵蚀行为

采用不同粒度的银粉和放电等离子烧结工艺制备了Ag-4% TiB₂（质量分数,下同）触头材料,测量了Ag-4% TiB₂触头材料的致密度、导电率和硬度,并在真空下对Ag-4% TiB₂触头材料进行了电弧侵蚀实验。采用扫描电子显微镜对Ag-4% TiB₂触头材料电弧侵蚀后的表面形貌进行了表征,采用TDS-2014双通道数字存储示波器记录了燃弧波形,并计算了燃弧时间,对电弧侵蚀机理进行了探讨。结果表明,Ag-4% TiB₂触头材料的致密度、导电率和硬度均随着Ag粒度的降低而增加。另外,采用细银粉制备的Ag-4% TiB₂触头材料具有较长的燃弧时间、较大的侵蚀面积和较浅的蚀坑,表明细小的Ag颗粒有助于电弧分散,能够提高材料的耐电弧侵蚀性能。     

AgCuO电触头材料的接触电阻及电弧侵蚀形貌分析

采用原位反应合成法制备CuO含量为10%的AgCuO电触头材料,使用接触电阻参数测试仪对试样在不同电流条件下开闭次数与接触电阻的关系进行研究,并通过扫描电镜对试样的阴/阳极表面微观形貌进行电侵蚀特性分析。结果表明,低电流条件下AgCuO电触头材料的接触电阻基本都是先升高,然后在某一开闭次数时急剧下降,最后基本趋于一定值,且AgCuO电触头材料接触电阻会随着试验电流的增加而逐渐降低;当电流达到25A时,AgCuO电触头材料的接触电阻最低,且随开闭次数的增加其接触电阻变化不大,材料的接触电阻表现出极佳的稳定性。电弧侵蚀后的形貌分析发现,阳极表面呈凹凸状,并有气孔和裂纹,而阴极表面呈现浆糊状尖峰结构。     

Bi掺杂纳米AgSnO2的耐电弧侵蚀性能研究

AgSnO2在使用过程中温升过高以及抗侵蚀性和抗熔焊性差。采用溶胶-凝胶法制备掺杂Bi元素的纳米复合AgSnO2电接触合金,对合金进行电弧侵蚀试验,通过扫描电镜对合金电弧侵蚀后的形貌、燃弧能量和燃弧时间进行观察和分析。结果发现,与无掺杂的纳米复合AgSnO2合金相比,Bi元素的加入改善了Ag对SnO2的浸润性,避免了因SnO2富集形成绝缘层使接触电阻升高,从而提高触头材料电性能、电寿命,抗熔焊、耐电弧烧损的能力。     

AgSnO2电接触材料的制备和直流电弧侵蚀形貌特征

采用反应合成和热挤压方法制备出新型银二氧化锡电接触材料，运用X-ray分析了AgSnO2(10)材料的物相组成。在直流条件下进行AgSnO2(10)触点的电寿命实验，利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等实验手段对触点烧损后熔层表面进行元素成分分析，研究了熔层表面的微观组织结构。归纳出AgSnO2(10)材料的4种侵蚀形貌特征。     

Influence of operation number on arc erosion behavior of Ag/Ni electrical contact materials

Arc erosion behavior of Ag/Ni materials with different operation numbers was investigated by OM, 3DOP and SEM. The results indicated that the arc erosion of Ag/10Ni electrical contact material fabricated by sintering? extrusion technology was more and more serious with the operation numbers increasing from 1000 to 40000. With the same operation numbers, the arc erosion on anode was more serious than that on cathode. Besides, the pores preferred to emerge around the arc effect spot during the first 10000 operations. And the morphology of the molten silver on cathode and anode was different due to the action of gravity and arc erosion. Furthermore, the relationships among arc energy, arc time, welding force, electric resistivity, temperature and mass change on contacts were discussed, which indicated that the mass loss on cathode was mainly caused by the fracture of molten bridge.     

热等静压制备AgZnO电触头材料的组织和性能研究

利用热等静压技术,采用混粉法制备高含量ZnO的AgZnO(12)电接触材料,研究了材料的显微组织,测试了电接触性能。利用扫面电镜(SEM)、金相显微镜(OA)表征了材料的微观形貌和电弧作用后的触点表面形貌。结果表明,热等静压技术能够有效的提高AgZnO(12)的烧结坯致密度;热等静压制备的AgZnO(12)丝材软态抗拉强度达到292 MPa,延伸率达到16%,比同状态下常规烧结的丝材分别提升了5.4%和28%,显微硬度值为80.3,没有明显的变化;AgZnO(12)加工硬化率高,随加工变形延伸率急剧下降;在直流阻性负载下的电弧作用后阳极形貌平整,材料侵蚀以喷溅为主,阴极形貌有富银的凝固凸点,周边形成金属凝固铺层;材料转移为阳极往阴极转移,接触电阻低而稳定,有很好的应用前景。