Серебряно-никелевые контакты были разработаны впервые в 1939 г. [Л. 8-6] для тяжело нагруженных реле телефонного типа, для которых серебро и платина оказались непригодными вследствие эрозии и сваривания, а вольфрам и композиции серебро — вольфрам или серебро-молибден — из-за окисления и необходимости применять высокие контактные давления.
В настоящее время серебряно-никилевые контакты имеют значительное распространение в СССР и за границей, где они выпускаются под разными марками: эльконайт 55 и 56 (США и Англия), эльмет сильвунг L1 и L2 (Австрия), 015 и 030 ASKO (Чехословакия). Содержание никеля в разных марках колеблется от 15 до 45% по весу. Последний состав соответствует равному объемному содержанию серебра и никеля.
Характеристики серебряно-никелевых композиций приведены в приложениях и на рис. 8-9.
Роль скелета в композициях серебро—никель выполняет никель, который практически не сплавляется с серебром (рис, 8-10). Хотя температура плавления никеля значительно ниже, чем вольфрама или молибдена, все же при расплавлении серебра контакты из композиции серебро—никель оказываются термостойкими.
Серебряно-никелевые композиции обладают рядом выгодных технологических свойств; они пластичны и допускают холодную ковку, прокатку и волочение до значительных степеней деформации, а также пайку на контактодержателе без серебряного подслоя [Л. 8-7 и 8-8].
Рис. 8-9. Свойства композиции серебро—никель. Механические характеристики определены при сжатии (Альтман и др.).
Рис. 8-10. Микроструктура композиции серебро—никель 60/40X100.
Серебряно-никелевые контакты обычно изготовляются из металлических порошков серебра и никеля по схеме: смешивание порошков в заданной пропорции, прессование, спекание ниже точек плавления обоих компонентов, допрессование с целью уплотнения и придания контактам окончательной формы и отжиг для снятия внутренних напряжений и рекристаллизации.
Средняя величина зерен никеля при такой технологии достигает 100—200 мк.
С целью получения особо тонкой микроструктуры контакты иногда изготовляются из смеси металлов, полученной путем восстановления осажденной смеси окислов серебра и никеля. Средняя величина зерен никеля при этом равна 10—20 мк, а по литературным данным — не более 1 мк. Такая микроструктура названа псевдоэвтектической и обладает рядом преимуществ. Контакты при этом изнашиваются более равномерно, чем контакты с обычной зернистостью. Твердость их более высока.
Рис. 8-11. Физические свойства композиций серебро— никель.
1 — твердость по Бринеллю; 2 — электропроводность; 3 — плотность.
Как уже отмечалось, серебряно-никелевые композиции пластичны и могут быть вхолодную прокатаны в полосы и протянуты в проволоку небольших (до 0,5 мм) диаметров. У контактов, изготовленных из деформированных вхолодную заготовок, сказывается структурный фактор: при зернах (волокнах), направленных перпендикулярно контактной поверхности, электропроводность более высока, чем у контактов с поперечной волокнистостью.
При работе контактов с дугой у серебряно-никелевых композиций резко выражены структурные изменения в слое, прилегающем к рабочей поверхности, что было рассмотрено нами ранее в гл. 2.
Некоторые физические свойства серебряно-никелевых композиций представлены на рис. 8-11. Там же даны пунктиром, рассчитанные по закону аддитивности, прямые для компактных смесей серебра никеля.
Экспериментальные точки также лежат вдоль прямых, однако выше или ниже теоретических.
Плотность композиций ниже теоретической является следствием пористости, неизбежной в металлокерамических изделиях.
Твердость у композиций оказалась выше теоретической, а проводимость — ниже, что можно объяснить незначительной растворимостью никеля в твердом серебре. Более низкая электропроводность может быть объяснена также наличием пор в композициях.
Надо отметить, что твердость мелкозернистых композиций, полученных из восстановленной смеси окислов серебра и никеля, заметно выше, чем у полученных из металлических порошков. Это следует связать с дисперсностью их структуры, так как известно, что твердость двухфазных смесей увеличивается с их дисперсностью.
На рис. 8-9 и в приложениях даны свойства серийных серебряно-никелевых контактов. Плотность, электро- и теплопроводность композиций с увеличением содержания никеля падают, а твердость и механическая прочность растут с небольшими отклонениями от аддитивности.
Серьезным является вопрос о свариваемости серебряно-никелевых контактов. Металлический никель по стойкости к свариванию стоит значительно ниже таких металлов, как вольфрам и молибден.
Свариваемость серебряно-никелевых контактов зависит от тока и содержания никеля. При токах в несколько ампер свариваемость контактов не нарушает работы аппаратов, но с увеличением нагрузки, а также с увеличением содержания никеля свариваемость сильно возрастает. Поэтому применение таких композиций для мощных контактов, требующих в целях повышения износоустойчивости повышенного содержания никеля, ограничивается их свариваемостью. Ток сваривания у серебряно-никелевых композиций, как и у других материалов, повышается с увеличением контактного нажатия (рис. 8-3).
Эрозия серебряно-никелевых контактов обнаруживается при сравнительно малых токах, но с увеличением тока рост ее идет медленно.
1 Растворимость никеля в серебре при 922 С составляет 0,102 % и сильно падаете понижением температуры.
На рис. 8-12 показана эрозия контактов, выраженная в объемных единицах, в зависимости от величины постоянного тока 110 в после 400 000 включений.
Рис- 8-12. Эрозия контактов из разных материалов.
1 — сплав серебро — золото 00/10; 2 — платина; 3 — сплав серебро—палладий 90/10; 4 — серебро; 5 — вольфрам; 6 — композиция серебро—никель.
Испытания контактов, проведенные в цепях с малым током, показали, что контакты из композиции серебро—никель, сохраняя малое контактное сопротивление, по износу значительно превосходят композиции с вольфрамом или молибденом (табл. 8-1).
Особый интерес представляет пленка окислов на контактной поверхности серебряно-никелевых контактов. У них даже при воздействии контактных дуг контактное со противление сохраняется небольшим. Сравнительное испытание при 36 в, 4 а постоянного тока показало [Л. 3-5], что, тогда как композиции медь—вольфрам, серебро—вольфрам и серебро—молибден нарушили проводимость контакта после 104—106 включений, контакты из композиций серебро—никель работали безотказно.
Как мы видели, на контактах из первых трех композиций имелись стекловидные пленки, которые и привели к нарушению проводимости контакта.
На серебряно-никелевых композициях имелись окислы в виде тонкой пленки или рыхлого осадка, но в общем контактные поверхности сохранили металлический вид.
Исследование смесей окиси серебра с трехокисью молибдена или вольфрама, а также с окисью никеля показало, что первые более легкоплавки, чем смеси, содержащие окись никеля. Температура плавления смеси окиси серебра с трехокисью молибдена 600° С, с трехокисью вольфрама 800° С. При сплавлении образуются вольфраматы и молибдаты серебра. Смесь окиси серебра с окисью никеля не дает сплавленной пленки даже при температуре плавления серебра. Этим и можно объяснить более устойчивое контактное сопротивление у серебряно-никелевых композиций по сравнению с серебряно-молибденовыми или серебряно-вольфрамовыми.
Рис. 8-13. Перегрей контактов из разных материалов при длительном протекании тока.
СНт— тонкозернистая композиция серебро—никель; СНк — то же крупнозернистая.
Окисляющиеся контакты, например медные, при длительном нагреве током ухудшают проводимость и перегреваются выше нормы вследствие образования пленки окислов. Серебряно-никелевые контакты наряду с другими испытывались в течение 360 ч, по 8 ч ежедневно, при непрерывном протекании тока 140 а, 50 гц при напряжении 40 в и контактном нажатии 0,25 кГ [Л. 8-8]. Величина падения напряжения в контактах и их нагрев измерялись по схеме, изображенной на рис. 8-13.
Результаты даны на рис. 8-13 и 8-14, из которых видно, что сопротивление и перегрев серебряно-никелевых контактов лежат несколько выше, чем у контактов из серебра и ОК-15, но в допустимых пределах. Для сравнения там же приведены кривые для меди, показывающие сильный рост контактного сопротивления и нагрева контактов при длительном протекании тока.
Рис. 8-14. Падение напряжения на контактах при длительном протекании тока.
