材料變形量對反應合成AgSnO2材料電接觸性能的影響

劉方方

(廣東科技學院機電工程系,廣東東莞 523083)

材料變形量對反應合成AgSnO2材料電接觸性能的影響

劉方方

(廣東科技學院機電工程系,廣東東莞 523083)

本文研究的是材料變形量對反應合成AgSnO2材料轉移的影響。通過對真應變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的AgSnO2材料在直流、阻性負載條件下的電接觸性能進行了比較,實驗結果表明,對應真應變ε3=18的AgSnO2材料的材料轉移量更小,表現出了更好的抗電弧侵蝕性能。

AgSnO2電接觸材料 反應合成 電弧侵蝕性能 材料變形量

在開關電器中，電觸頭直接承擔分斷和接通電路并承載正常工作電流或在一定的時間內承載過載電流的功能[1]。AgSnO2電接觸材料作為最具有應用前景的電接觸材料而備受關注，作為開關電器中承擔接通和分斷電路的元件，它對開關電器的安全運行起決定性作用。因此研究AgSnO2材料的電接觸性能非常重要。

AgSnO2觸頭材料的制備方法主要有內氧化法、粉末冶金法、化學共沉淀法、反應合成法[2]和高能球磨法等。其中，由昆明理工大學的陳敬超等人成功的用反應合成法所制備的Ag/SnO2電接觸材料中，能夠使銀基體中合成尺寸細小、界面新鮮的SnO2顆粒，由于改變了Ag、SnO2的結合狀態使材料的加工性能和抗熔蝕性能同時得到改善和提高[3]。在一對AgSnO2觸點在電弧侵蝕作用過程中，其中一個觸頭的材料耗損會部分脫離本體散失于周圍空間，部分沉積到另一個觸頭的表面即發生所謂的材料轉移。本文研究的就是材料變形量對反應合成AgSnO2材料的影響作用。

圖1 真應變ε1=6的AgSnO2的材料轉移

圖2 真應變ε2=12的AgSnO2的材料轉移

1 實驗

1.1 材料制備

本實驗采用實驗樣品為反應合成技術制備的AgSnO2電觸點材料。具體制備方法是：以Ag粉、AgSn合金粉、氧化劑為原料，經過充分混合后裝填在塑膠模具中，在冷等靜壓機中以壓力1 5 0～250MPa，時間5～25min為條件，成形為Ф30mm的素坯。素坯在真空反應合成燒結爐中，經過350～850℃、4～8h燒結成SnO2含量為10%的AgSnO2復合材料錠坯，再將擠壓錠坯在溫度為650～850℃、壓力為1000～1200MPa的條件下擠壓成線坯，經拉拔成Ф1.35mm絲材。經不同的材料變形量分別得到真應變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的絲材。用YFC－16冷墩復合觸點機設備制備得到AgSnO2/Cu復合觸點樣品。AgSnO2/Cu復合觸點的外形尺寸分別為：Φ3.0×0.8R＋Φ1.5×1.6(圓點)；Φ3.0×0.8R＋Φ1.5×1.7(平點)。

1.2 電接觸實驗

電接觸實驗參數是：直流、阻性負載，電壓18V，對應電流分別為5A、10A、16A、20A、25A、30A；閉合力80cN，頻率1HZ，觸點間距1.30mm，實驗次數：10000次。

圖3 真應變ε3=17.6的AgSnO2的材料轉移

2 實驗結果分析與結論

根據直流、阻性負載、電壓18V條件下的電接觸實驗結果，制作出真應變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的反應合成AgSnO2材料的轉移量隨電流條件的變化而發生的相應變化示意圖，如圖1、2、3所示。

由圖1可見，對應真應變ε1=6的反應合成AgSnO2材料在一定的電流條件(＜25A)下工作時材料轉移量較小(＜100ng/次)，這表明反應合成技術制備的AgSnO2材料的抗電弧侵蝕性能良好；AgSnO2材料的材料轉移方式轉變的臨界電流值為20.5A，當電流條件＜20.5A時，觸點材料在電弧作用下發生陽極轉移，當電流條件＞20.5A時，觸點材料在電弧作用下的材料轉移方式變為陰極轉移；此外，材料在電流條件＞25A時，材料轉移量急劇變大(可達到270ng/次)。

由圖2可見，對應真應變ε2=12的反應合成AgSnO2材料在一定的電流工作條件(＜25A)下較小(＜120ng/次)，這表明反應合成技術制備的AgSnO2材料的材料轉移量低。材料轉移方式發生反轉的臨界電流條件為17A，當電流條件＜17A時，AgSnO2觸頭材料在電弧作用下發生陽極轉移，當電流條件＞17A時，AgSnO2觸頭材料在電弧作用下材料發生陰極轉移；且材料在轉移方式發生改變以后材料轉移量明顯變大，當電流條件＞25A后轉移量增大很快，數值上達到200ng/次。

圖3所示為對應真應變ε3=18的反應合成AgSnO2材料轉移量隨電流條件的變化規律。由圖2.3可見，在一定的電流工作條件(≤20A)下材料轉移量較小(＜80ng/次)，這表明反應合成技術制備的AgSnO2材料的抗電弧侵蝕性能好；AgSnO2材料的材料轉移方式轉變臨界電流值為16A，當電流條件＜16A時，觸點材料在電弧作用下表現為陽極轉移，當電流條件＞16A時，觸點材料在電弧作用下材料轉移方式變為陰極轉移；材料在轉移方式發生改變以后，當電流條件＞25A轉移量明顯變大，轉移量達180ng/次。

對比圖1、圖2及圖3，可以看出，對于反應合成技術制備的AgSnO2材料在電流＜25A條件下，不同的材料變形量對應的反應合成AgSnO2材料在電弧侵蝕作用下，材料轉移量均較小，表現出良好的抗電弧侵蝕性能。在相同的工作條件下，不同的材料變形量所得的AgSnO2材料的材料轉移方式發生轉變的臨界條件不同，變形量越大，臨界轉移電流值越小。真應變ε1=6的反應合成AgSnO2材料的臨界電流值為20.5A，對應真應變ε2=12的AgSnO2材料的臨界電流值為17A，真應變ε3=18的AgSnO2材料的臨界電流值為16A。這是由于隨著AgSnO2材料的材料變形量的增加，第二組分SnO2顆粒彌散程度更好，使材料的硬度增加，在電弧作用下，氣相電弧和金屬相電弧的相互轉變的臨界點也發生了變化，從而影響了材料轉移方式。

3 實驗結論

通過對比三種不同變形量的AgSnO2材料在發生陰極轉移的材料轉移量，可以得知，對應真應變ε3=18的AgSnO2材料的材料轉移量更小，表現出更好的抗電弧侵蝕性能。這是由于隨著AgSnO2材料的變形量的增加，SnO2顆粒彌散程度更好，從而影響了氣相電弧和金屬相電弧的相互轉變。

[1]喬秀清,申乾宏等.AgSnO2電接觸材料的研究進展[J].材料導報,2013(27):1-2.

[2]陳敬超,等.合成法制備銀-二氧化錫電接觸材料[P].中國:ZL99104491.6,2002.7.

[3]張志偉,陳敬超,等.大塑性變形改善反應合成制備Ag/SnO2材料性能研究[J].稀有金屬材料與工程,2008(2):338-341.

劉方方(1982-),女,廣東東莞人,碩士,講師,主要從事材料制備及性能改善方向的研究。