我国环保型电触头材料研发现状及实际应用

我国环保型电触头材料研发现状及实际应用

桂林电器科学研究所桂林金格电工电子材料科技有限公司李恒一、环保型触头应用的迫切性欧盟《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》（RoHS）有害物质法规要求豁免项（至2010年）铅<1000ppm

荧光管、玻璃、高温焊料等镉<100ppm电触头、电镀汞<1000ppm荧光灯及灯具六价铬<1000ppm碳钢中的防腐剂，电冰箱制冷剂中的防腐剂聚溴联苯<1000ppm多溴二苯醚<1000ppmRoHS指令对触头材料的影响及应对策略RoHS指令对触头材料的影响:银氧化镉（AgCdO），广泛应用于塑壳断路器、微型断路器、继电器、接触器中，目前其市场占有率高达40%以上（2006年）。银氧化铅（AgPbO），没有商业化应用。少量的Pb可能会以杂质的形式存在于Ag中，但含量一般低于50ppm。应对策略：新设计的电器应采用环保型触头，不再使用银氧化镉，原有的电器如有需要出口欧盟的，需要做好替代的准备工作。二、环保型触头种类和应用环保型触头材料是指不含镉（Cd）和铅（Pb）的触头材料。包括：银氧化锡（AgSnO2）银氧化锡氧化铟（AgSnO2In2O3）银氧化锌（AgZnO）银镍（AgNi）银钨（AgW）银炭化钨（AgWC）银石墨（AgC）

替代银氧化镉（AgCdO）的材料

大多数情况下替代银氧化镉材料的是银氧化锡（AgSnO2）材料和银氧化锡氧化铟（AgSnO2In2O3），主要应用场合是25A以上的接触器和继电器。银氧化锌（AgZnO）在某些特定场合也能替代银氧化镉（AgCdO），如在一些200A以下的的断路器和20A左右的继电器中使用。在25A以下的接触器、继电器和断路器的辅助触头，一般用银镍（AgNi）来替代银氧化镉（AgCdO）。在微型断路器中，用银石墨（AgC）来替代银氧化镉。三、替代银氧化镉的几种主要触头材料的特点和研发现状1、银氧化锡（AgSnO2）优点：其抗熔焊性好，耐电弧侵蚀，在直流条件下材料转移少，AC1和AC4寿命高于银氧化镉。缺点：接触电阻大，触头温升高，AC3寿命短，加工费用较高。研发方向：通过添加不同的微量添加物，如WO3、MoO3、Bi2O3、CuO等氧化物，来改善其接触电阻；通过改进加工方式和加入添加物，提高电寿命；通过改进触头形状设计和加工工艺，降低加工费用。开发一系列的采用不同添加物和不同加工工艺的银氧化锡来在各个场合替代银氧化镉。国内现状：已开发出WO3、MoO3、Bi2O3、CuO、In2O3等添加物，在添加物种类上与国外基本上是一样的，差距在于对这些添加物作用机理的认识。这需要大量的应用试验来积累，国内在这方面才刚起步。在加工方式上面，国内的加工方式很多，但目前已实现商业化的加工方式基本上与国外的加工方式类似。主要原因是目前国内生产的电器有许多都是直接引进国外的产品或在原有基础上进行改进而来，触头材料也与国外类似。

国内加工方式国外类似加工方式应用领域和范例混粉法混粉法（欧洲）接触器，如3TF、Tesys系列雾化法内氧化法（日本）继电器，如HF140FF包覆法化学共沉积（欧洲）继电器，如SKF112DM机械合金化法机械合金化法没有大规模商用反应合成法无没有大规模商用总体上看，国内已开发出一系列银氧化锡材料，性能上达到国外九十年代的水平，能满足大多数应用的需要。桂林金格公司银氧化锡触头材料特点触头材料及工艺加工方法

材料特点及应用场合AgSnO2(8)A1C1-ASE雾化挤压

氧化物颗粒细小，材料强度、硬度较高，加工性、抗熔焊性及耐磨损性等综合性能良好，适用于中小电流继电器AgSnO2(10)A1C1-ASE雾化挤压AgSnO2(10)C1E2-ASE雾化挤压AgSnO2(12)A1C1-ASE雾化挤压氧化物颗粒细小，材料强度、硬度较高，加工性、抗熔焊性及耐磨损性等综合性能良好，适用于中大电流继电器AgSnO2(12)C1E2-ASE雾化挤压AgSnO2(14.5)C1E2-ASE雾化挤压氧化物颗粒细小，材料强度、硬度高，抗熔焊及抗材料转移性能优异，适用于大电流继电器和汽车继电器AgSnO2(8)C1-MSE混粉挤压

氧化物颗粒细小，材料强度、硬度较低，加工性能优异，适用于中小电流继电器5AgSnO2(8)K1-MSE混粉挤压AgSnO2(10)C1-MSE混粉挤压AgSnO2(10)K1-MSE混粉挤压AgSnO2(12)C1-MSE混粉挤压氧化物颗粒中等，材料强度、硬度较低，加工性能良好，适合应用于中小电流继电器和小功率接触器AgSnO2(12)K1-MSE混粉挤压AgSnO2(12)A2C1-MSE混粉挤压氧化物颗粒中等，材料强度、硬度较低，加工性能良好，适合应用于中等功率接触器AgSnO2(12)G1-MSE混粉挤压AgSnO2(12)A1K1-MSE混粉挤压氧化物颗粒中等，材料强度、硬度较低，抗熔焊性优异，适合于中大功率接触器AgSnO2(7)In2O3(3)-IOE内氧化挤压

氧化物颗粒细小，材料强度、硬度较高，抗材料转移性能良好，适用于中小电流继电器和汽车继电器AgSnO2(8)In2O3(4)-IOE内氧化挤压2、银氧化锡氧化铟（AgSnO2In2O3）

优点：抗熔焊性能好，强度和硬度高，抗材料转移性能突出。缺点：接触电阻较大，价格高，受原材料In价格的影响大。研发现状：

通过改进加工方式，应用大挤压比工艺替代内氧化工艺。改进了其内氧化组织的均匀性，使得其接触电阻有所减小。

内氧化工艺挤压工艺改进工艺，减少了In2O3的添加量，使In2O3的使用量从3%以上降低到1%以下，并引入其他的添加物，降低了成本。3、银银氧化化锌（（AgZnO））优点：：具有抗抗熔焊焊、耐耐电磨磨损性性好，，抗大大电流流冲击击能力力强，，价格格适中中。缺点：：通用性性不强强，应应用不不多，，对其其性能能的研研究不不够深深入。。研发现现状：：采用用用雾化化挤压压工艺艺代替替内氧氧化工工艺，，提高高了触触头组组织的的均匀匀性。。在氧氧化物物含量量上增增加了了主元元素ZnO的含含量，，开发发出AgZnO（10））和AgZnO（12））等新新牌号号，并并且添添加了了WO3、、Bi2O3、CuO等微微量元元素，，降低低了触触头温温升，，提高高了触触头材材料的的分断断能力力。4、银银镍（（AgNi）优点：：接触电电阻低低而稳稳定，，直流流下材材料转转移小小，价价格低低廉。。缺点：：抗熔焊焊能力力低，，只适适宜用用在25A以下下场合合。研发现现状：：开发出出含添添加物物的银银镍材材料，，增强强了材材料的的抗熔熔焊性性，提提高了了材料料在高高温环环境下下的使使用寿寿命。。目前在在小电电流应应用场场合，，银镍镍触头头材料料是银银氧化化镉材材料的的主要要替代代材料料。5、银银石墨墨（AgC）优点：：极优良良的抗抗熔焊焊性（（在短短路电电流下下也不不熔焊焊）。。接触触电阻阻低，，有很很强的的分断断能力力。缺点：：耐电磨磨损性性能较较差，，加工工也很很困难难，价价格较较高。。研发现现状:采用挤挤压工工艺的的银石石墨开开始替替代模模压烧烧结工工艺，，其密密度高高，导导电性性好，，在微微型断断路器器（DZ47））中AgC开始始逐步步替代代AgCdO。。模压烧烧结工工艺挤挤压压工艺艺从欧洲洲的状状况看看，AgC系列列触头头材料料不仅仅在微微型断断路器器中应应用，，其在在塑壳壳断路路器中中的应应用也也越来来越多多，如如schneider的的CompactC系系列塑塑壳断断路器器，从发展展趋势势来看看，今今后国国内AgC的应应用将将更多多。最最近对对于AgC材料料的研研发主主要集集中在在提高高其塑塑性上上，以以便加加工出出一些些复杂杂形状状的触触头和和自动动焊接接用的的AgC型型材。。从实实验室室的研研究情情况看看，网网络状状AgC和和采用用碳纤纤维的的AgC都都可能能会在在几年年后出出现。。电器型号CompactC100NCompactC160NC160HCompactC250NC250HCompactC400NC630NCompactC800NC1000NC1250N动触头AgNi40AgNi40AgZnO8AgNi40AgNi40AgWC40AgNi40静触头AgC5AgC5AgZnO8AgC5AgC4Ni2AgC4Ni2四、采采用环环保型型触头头替代代银氧氧化镉镉触头头过程程中的的一些些体会会对于原原有的的定型型了的的电器器，替替代工工作往往往并并不是是简单单地将将银氧氧化镉镉触头头换下下，把把其它它环保保型的的触头头直接接装上上去就就可以以了的的，而而是还还要对对一些些电器器设计计的参参数进进行改改动，，以发发挥新新材料料的优优点，，弥补补其不不足。。对于新新设计计的电电器，，电器器设计计师最最好在在设计计的开开始阶阶段，，就与与触头头材料料的研研发人人员密密切配配合，，选择择合适适的触触头。。因为为实际际上并并没有有所谓谓的万万能的的、最最好的的触头头材料料，而而只有有最适适合某某种电电器的的触头头材料料。电电器设设计的的过程程中很很重要要的一一部分分工作作就是是寻找找合适适的触触头。。这就就需要要电器器制造造厂商商与触触头材材料制制造厂厂商共共同努努力，，不断断改进进设计计和工工艺、、不断断积累累经验验。在选用用环保保型触触头的的过程程中，，不仅仅要关关注触触头材材料本本身的的性能能，还还应同同时关关注触触桥、、铆接接、焊焊接等等相关