W jaki sposób skład stopu elektrycznego materiałów kontaktowych wpływa na ich przewodność i odporność na zużycie?

Aluminiowe materiały kontaktowe elektryczne są niezbędnym kluczowym elementem nowoczesnego sprzętu elektrycznego i są szeroko stosowane w urządzeniach takich jak przełączniki, przekaźniki i wyłączniki. Wydajność tych materiałów bezpośrednio wpływa na wydajność operacyjną i żywotność urządzeń elektrycznych. Wśród nich przewodność i odporność na zużycie to dwa podstawowe wskaźniki do pomiaru wydajności materiałów kontaktowych ze stopu. Te dwie cechy są głównie określone przez skład materiału. Poniżej szczegółowo omówi wpływ różnych elementów metalu i ich proporcje na przewodność i odporność na zużycie.

Srebro (AG): Popraw przewodność i odporność na korozję
Srebro jest jednym z najczęściej używanych metali podstawowych w stopowych materiałach kontaktowych elektrycznych ze względu na niezwykle wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Srebro ma również dobrą odporność na korozję i może utrzymać stabilną wydajność w wilgotnych lub zanieczyszczonych środowiskach.

Wpływ na przewodność: srebro ma wyjątkowo wysoką przewodność elektryczną (około 63% IAC), więc stopy na bazie srebra zwykle wykazują doskonałą przewodność elektryczną.

Wpływ na odporność na zużycie: czyste srebro ma niską wytrzymałość mechaniczną i można go łatwo zużywać z powodu tarcia. Aby zwiększyć odporność na zużycie, zwykle dodawane są inne twarde metale (takie jak wolfram, nikiel, miedź itp.) W celu utworzenia materiału kompozytowego.
Miedź (CU): poprawa przewodności i obniżone koszty
Miedź jest stosunkowo niedrogim metalem o doskonałej przewodności elektrycznej i jest często stosowana jako substytut lub suplement do srebra.
Wpływ na przewodność: Przewodność elektryczna miedzi wynosi drugie miejsce tylko z srebrem (około 59% IAC), co może znacznie obniżyć koszty materiału przy zachowaniu wysokiej przewodności elektrycznej.
Wpływ na odporność na zużycie: twardość i odporność na zużycie miedzi są lepsze niż srebro, ale wciąż niewystarczające, aby zaspokoić potrzeby samych zastosowań o wysokim obciążeniu. Dlatego miedź jest często stosowana w połączeniu z twardymi metalami w celu dalszego zwiększenia odporności na zużycie.
Tungsten (W): Zwiększona odporność na zużycie i oporność na wysoką temperaturę
Tungsten jest metalem o wysokiej wytrzymałości o wysokiej wytrzymałości, który jest często stosowany w celu poprawy odporności na zużycie i oporności wysokiej temperatury stopów.
Wpływ na przewodność: wolfram ma słabą przewodność elektryczną, więc dodanie wolframu do stopu nieznacznie zmniejszy ogólną przewodność. Jednak, optymalizując stosunek, związek między przewodnością a odpornością na zużycie można zrównoważyć.
Wpływ na odporność na zużycie: Wysoka twardość i opór ablacji Tungsten sprawiają, że jest to idealny materiał wzmacniający. Na przykład w stopach srebra-tungsten (AG-W) cząstki wolframowe mogą skutecznie odpierać erozję łukową i zużycie mechaniczne.
Nikiel (NI): Poprawa wytrzymałości i odporności na utlenianie jest twardym metalem z dobrą odpornością na utlenianie i odpornością na korozję i jest często stosowany do poprawy wytrzymałości mechanicznej i odporności na zużycie stopów.
Wpływ na przewodność: Nickel ma niską przewodność, więc dodanie niklu do stopu zmniejszy ogólną przewodność. Ale w rozsądnym zakresie efekt ten można kontrolować, optymalizując formułę.
Wpływ odporności na zużycie: Dodanie niklu znacznie poprawia twardość i odporność na zużycie stopu, szczególnie w środowiskach o wysokiej częstotliwości lub środowiskach o wysokiej prądu.
TIN (SN) i ołowiu (PB): Poprawa wydajności spawania cyny i ołowiu są często stosowane w materiałach kontaktowych o niskim napięciu w celu poprawy wydajności spawania i zmniejszenia odporności kontaktowej.
Wpływ na przewodność: cyna i ołów mają wysoką przewodność, co pomaga utrzymać dobrą wydajność kontaktu.
Wpływ na odporność na zużycie: cyna i ołów mają niską twardość i stosunkowo słabą odporność na zużycie, więc są one zwykle stosowane tylko jako elementy pomocnicze.
Prowadzenie i odporność na zużycie materiałów kontaktowych stopu są wynikiem połączonego efektu wielu elementów metalowych. Oto kilka typowych strategii optymalizacji:
Stopy na bazie srebra (takie jak AG-W, AG-CU, AG-NI):
Srebro zapewnia wysoką przewodność, wolfram, miedź lub nikiel zwiększa odporność na zużycie i oporność w wysokiej temperaturze.
Mające zastosowanie do środowisk wysokiego napięcia i wysokiego prądu.
Stopy na bazie miedzi (takie jak Cu-W, Cu-Ni):
Miedź obniża koszty i utrzymuje dobrą przewodność, a wolfram lub nikiel poprawia odporność na zużycie.
Mające zastosowanie do scenariuszy aplikacji średniego i niskiego napięcia.
Materiały kompozytowe (takie jak AG-W-C, AG-NI-CE):
Łączenie zalet wielu elementów, aby osiągnąć najlepszą równowagę przewodności, odporność na zużycie i odporność na ablację.
Mające zastosowanie do dziedzin specjalnych o wysokiej wydajności.

Dzięki precyzyjnemu kontrolowaniu proporcji każdego komponentu można zaprojektować stopowe materiały kontaktowe elektryczne, które spełniają określone wymagania dotyczące aplikacji. W przyszłości, wraz z rozwojem nowych technologii materialnych, naukowcy będą nadal badać bardziej wydajne formuły i procesy promujące rozwój materiałów kontaktowych elektrycznych w kierunku wyższych wydajności.