ГЛАВА СЕДЬМАЯ
НЕБЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
7-1. МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ
Медь (порядковый номер 29, атомный вес 63,54) обладает высокими тепло- и электропроводностью, дешева и потому имеет широкое применение в различного вида контакторах, работающих при значительных механических усилиях с притирающим действием и при напряжениях, способных пробить окисные пленки. Преимущество меди заключается еще в том, что она имеет высокую теплоемкость, вследствие чего медные контакты меньше подвержены перегреву током, чем серебряные, при отсутствии окисления. По твердости и прочности на разрыв она несколько выше серебра. Медь относится к первой группе (подгруппа «б») четвертого периода системы элементов Менделеева. Недостаток ее — подверженность атмосферной коррозии с образованием окисных и сульфидных пленок, могущих привести к нарушению проводимости контакта. При нагреве медь сильно окисляется, но прочность сцепления окисной пленки с металлом невелика и при проскальзывании контактов в момент замыкания пленка разрушается. При температурах мощной дуги окись меди диссоциирует, обнажая металлическую медь, что препятствует нарушению контакта.
Хотя параметры дуги у меди несколько выше, чем у серебра, и она менее склонна к образованию игл, вследствие окисления медь непригодна для маломощных контактов. Механическое отслаивание и термическое разложение окисной пленки создают большой расход (обгар) медных контактов при больших мощностях, что делает их недостаточно надежными в мощных установках. Поэтому в современной аппаратуре медные контакты заменяются контактами из композиции. Медь имеет, кроме того, низкий ток сваривания, и применение композиций устраняет этот недостаток меди.
Примеси металлов повышают прочность и твердость меди, причем некоторые примеси мало понижают электро- и теплопроводность меди (рис. 7-1) [Л. 7-1].
Рис. 7-1 Влияние примесей на электропроводность меди (Павлек).
Поэтому рекомендуется вводить в медь небольшие примеси серебра и кадмия [Л. 7-2].
Сплавы меди.
Медь имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба. Она образует непрерывный ряд твердых растворов с золотом, никелем, палладием, платиной и некоторыми другими металлами, имеющими одинаковый тип решетки. Исключением является система Сu—Ag, компоненты которой, несмотря на близость параметров решетки и других физических свойств, а также на положение в одной группе периодической системы, образуют сплавы эвтектического типа. Эту систему мы рассматривали со стороны серебра ранее. Растворимость серебра в меди в твердом состоянии 8% при температуре эвтектики (779° С), и она понижается до 0,1 % с охлаждением до комнатной температуры. Поэтому эти сплавы являются стареющими.
Для контактов с целью повышения твердости рекомендуется применять медь с 2-6% Аg. Присадка серебра мало отражается на электропроводности меди уменьшает склонность к свариванию. Добавка до 1,5% Cd еще более улучшает качество контактов.
Растворимость кадмия в меди в твердом состоянии при эвтектической температуре (549° С) — около 3,7% и падает до 0,5% при 300° С. Альфа-сплавы поэтом у способны к остариванию и дисперсионному твердению. Присадка до 1 % кадмия мало влияет на электропроводность меди и уменьшает се свариваемость. Кадмий в 3 раза уменьшает износ меди от истирания, п кадмиевая медь применяется для коллекторных пластин и троллейных проводов.
Было сделано испытание контактов из меди с 1,5% Cd на контакторе тина КПД 103 при постоянном токе 150 а, 220 а и индуктивности цепи 25 мгн. Износоустойчивость контактов из кадмиевой меди оказалась вдвое выше, чем у нелигированной меди, и вдвое меньше (по весу), чем у серебра.
Нагрев контактов номинальным током при установившемся тепловом режиме был того же порядка, что и у медных и серебряных контактов, без тенденции к росту температуры с числом операции размыкание —замыкание. (Проверка на нагрев делалась периодически после каждых 50 тыс. операции (Л. 7-3).
Сплавы Сu—Zn (латуни) применяются главным образом в качестве контактной арматуры. Альфа-латуни, о которых идет речь, содержат до 39% Zn. Они тверже меди, но пластичны; удельное сопротивление их растет с содержанием цинка и при 30% Zn более чем втрое превышает удельное сопротивление меди.
Коррозионная стойкость альфа-латуней не ниже, чем у меди. Для разрывных контактов латунь мало применяется; она применяется главным образом для контактов, работающих со скольжением при значительных механических нагрузках.
Рис. 7-2. Диаграмма состояний сплавов медь — бериллий.
Среди других сплавов меди отметим бериллиевую и хромистую бронзы.
Растворимость бериллия в меди в твердом состоянии при температуре несколько выше 800° С равна 2,1%, а при комнатной 0,16%. Поэтому альфа-твердые растворы сильно стареют, особенно сплав с 2% Be (рис. 7-2).
Поскольку бериллиевая и хромистая бронзы редко применяются в качестве контактов, а служат главным образом в качестве материала для контактной арматуры, они более подробно рассматриваются в гл. 10.
