现代防雷技术中的内部防雷

开关装置与焊接机非自耗电极之接触组件材料

在电路开路和闭路的时候，因为大功率电流的切换，开关装置接触组件的工作表面会因为此过程中出现的高功率电弧作用而受到损坏。为了避免接触点的快速损坏，造成开关失效，接触组件的材料必须要具备很好的耐电弧性、机械强度、导热与导电性。以铜、银、难熔金属为主要成分的假合金以铜、银和难熔金属为主要成分的假合金复合材料能够符合上述的要求。这种材料的制品是以粉末冶金的方法制成的。此材料的不均匀显微结构（请见图一）通常含有两个主要的结构组成：难熔成分（浅色的结构组成）与易熔成分（深色的结构组成）。当难熔组成的含量增加到体积百分比50％或更多的时候，难熔成分会形成构架组织。为了促进它烧结的过程，以及铜、银的渗入，我们在材料内加入少量周期表VIII族的金属。难熔组成的坚固构架被渗满铜和银的毛细管所穿透，这使得复合材料除了具有很好的抗电蚀能力之外，还非常坚固，不易被熔接。为了改善散热，防止接触点的过热（尤其是开关使用频率非常高、且电流功率很大的情况下），接触组件的实体选用铜所作成，其工作表面则加上一层耐电弧金属陶瓷作为保护。保护层的最佳厚度是3～5公厘。图一钨银基材假合金的显微结构（150倍）随着易熔成分的增加，材料的可塑性也随之提高，于是我们可以使用温或冷塑性变形法把它作成带状或杆状的成品。此时假合金具有金相与结晶的组织结构，以及各向异相的性质。为了让这种材料的组件更容易焊接在固定接点弹簧或是其它支承组件的机件的表面，在制造过程中会再加上厚度约图一钨银基材假合金的显微结构（150倍）钨银基体假合金钨含量50～70％重量百分比的假合金性质列于表一。这种材料作成的接触组件具有很好的耐电蚀、耐磨特性，比银制的相同组件还要高出3～10倍。它们的过渡电阻比银制品大一些，可是电阻值非常稳定，而且在使用过程中电阻变化非常小。从这种材料可以作成各种形状的接触组件：具平面或柱状工作表面的矩形、正方形的板片，具球状或平面工作表面的圆盘；护框，接头、弯管以及其它复杂形状的机件（请见图二）。表一材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/m破断强度,MPa伸长率，％KMK-A6013.512000.04135003KMK-A6113.520000.04545001图二钨银基体假合金作成的各种复杂形状制品编号KMK-A60假合金的制品具有颇高的塑性，可用在开闭非常频繁的高负载低电压开关装置，如接触器、启动器、继电器等等。编号KMK-A61假合金则是多用于制作高电压空气或油开关里的断开接点。钨铜基体假合金含少量镍合金添加剂之钨、铜基体假合金的性质列于表二：表二材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/m破断强度,MPa伸长率，％KMKB2012.014000.0751000.95KMKB2114.021000.0860000.90KMKB2315.524000.106800--MSV-7014.318500.048----钨铜假合金广泛地使用于制造高电压油开关的断开接点。在高负载低电压的设备之中，因为电弧的形成，使得接触组件在高温下与周围介质发生作用而形成不导电的薄膜；但使用钨铜假合金制作的接触器、启动器等，在闭路的状态下，会因大冲击负载的作用而能够将这些不导电的薄膜破坏并除去。假合金具有特殊的组成与结构、具有高耐电蚀性、在受火花放电作用时会发生铜选择蒸发，这些因素使得假合金电极适合用来加工硬质合金及其它材料。各种不同的添加剂更是大幅地提高了放电加工的生产效率。除此之外，具构架结构的钨铜假合金在相当大的温度范围内拥有很高的耐热性，因此可以用来作为焊接机的电极，点焊和对焊一些耐热的钢、镍、钴、铜、这些元素的合金，和难熔金属（钼、钨、铌）。使用烧结复合材料制作的电极，能够提高焊接的效率跟质量，以及大幅延长焊接头的工作寿命达5～20倍。最显著的效果是用此假合金来包覆馈电线出口的焊嘴，因为馈电线的出口受到熔池的影响很大。镍、铁与钨合金图三编号TS-5合金的显微结构（图三编号TS-5合金的显微结构（30倍）钨与镍、铁合金的性质列于表三：表三材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/m破断强度,MPa伸长率，％TS-5172800.15950010-15钼铜假合金以钼、铜为主要成分的构架结构假合金的性质列于表四。其钼含量分别为50、80％。表四材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/m破断强度,MPa伸长率，％KM-BM509.513000.028544900.5KM-BM8010.122000.04737100.01假合金具有很高的耐电蚀性，坚固又具足够的塑性，耐磨，能承受冲击负载与摩擦的作用。它们可以用各种变形法将制品做成细丝或带状的形状，然后经模锻做成接触组件。对于高负载、切换频繁的高压或低压开关设备而言，因为该假合金具有高耐电蚀性、耐磨性，能承受机械作用、且它有相对上够低的电阻（在组件接合良好的情况下）等特性，使得它成为无法取代的材料。钼银假合金以钼、银为主要成分的假合金的性质列于表五。其钼含量分别为50、80％。材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/m破断强度,MPaKM-AM5010.212000.03852000KM-AM8010.217000.0573720此假合金具有：高导电、导热性、高塑性，同时有足够的硬度、能承受磨耗跟冲击负载的作用，足够高的抗电蚀性。它们可以藉强压变形法用来制作高电压、或者是低电压、中、高负荷的电子开关系统。弱电流装置触点材料在小功率的电流换向装置我们使用断开接点与滑动接触。这些装置可以在自动控制系统里执行非常多的功能，例如控制不同气候条件下的静止或移动物体。对这种接触设计的其中一个基本要求是：在小触点压力下，触点电阻必须是微小且稳定（时间上）的。使用粉末冶金方法所制造的贵重金属（银、金、铂）基材材料具有相当好的运行特性。断开接点被均匀地磨耗，而不会形成赘生物或者焊口，具有良好的抗腐蚀性；滑动接触能耐久承受机械磨损。粉末冶金法能够让我们在材料成分里加入其它强化添加物、润滑填充料或其它掺合物，而使材料获致特定的性质，例如减磨或热稳定性。然而，必须注意的是，在各种弱电流装置（外表为圆盘、锥状、圆柱、半球形、薄片等形状，具固定弹簧的尾榫）中使用的组件是由很细的金属丝或带材所做成的，它们必须在低温也具有很高的塑性，所以在复合接触材料之中允许加入的添加剂容积非常地有限。以银为主要成分的电接触材料这种复合材料是以银或银钯合金及金属添加剂之粉末冶金法所制成。合金掺杂剂与填充料在制造原始粉末的过程中加入材料，或者是以细微粉末的形式与之机械混合。经低温挤压、轧制、拉伸形成紧密的半制品后，再把材料做成线材或带材。过程中材料获得纤维结构，而掺杂剂与填充料粒子则沿着变形作用力的方向拉长（见图四）。复合材料的性质列于表六。由电接触材料可以制作：图四以银为主要成分，编号SrPdCaF2合金的显微结构。直径5～0.1图四以银为主要成分，编号SrPdCaF2合金的显微结构。此接触器可在弱电流设备中作为断开接点与滑动接触。它们的工作模式列于表七。把润滑填充剂（如，二硫化钼）加入经VIII族金属强化的银材料之中，可让接触使用在空气中或真空中运作的仪器（SrKoDsM-3*（译注）作者用的俄文编号，Sr应是表银（serebro），N*（译注）作者用的俄文编号，Sr应是表银（serebro），N—镍，Zl—金，S—锑，M—钼。表六材料编号密度，103kg硬度，MPa单位电阻，/mPdSrN-70-510~111000~11000.14~0.16SrN-309.5~9.8750~8000.02~0.03SrKoDsM-1-310~10.2800~8500.02SrPdZlS-211.4~11.51500~16000.20~0.21SrPdCaF2-29.5~9.71000~11000.16~0.18表七断开接点材料编号电流强度,A电压,V触点压力,N建议使用研磨材料PdSrN-70-510-6~210-6~3600.05~0.5SrN-30,PdSr-70,PdSrN-70-5,SrG-3SrN-3010-3~10010-6~3600.05~0.5PdSr-70,SrN-30,PdSrN-70-5,SrG-3,银,SrNG-29-3滑动接触材料编号电流强度,A电压,V触点压力,N建议使用研磨材料PdSrN-70-510-6~210-6~360.05~1.0PdV-20,镍铬合金,PlM-8,PlI-10;B