2-7. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА, ВЛИЯЮЩИЕ ИА ИЗНОС МОЩНЫХ КОНТАКТОВ
Рис. 2-13. Эрозия контактов при действии дуги большого тока. а — серебро; б — медь.
Как мы видели, правее точки в на рис. 2-1 эрозия контактов определяется преимущественно термическим действием дуги. Потери металла в этой области с увеличением тока растут быстрее, чем в области б—в. В результате контакты из чистых металлов или сплавов оказываются оплавленными и сильно деформированными, с большими потерями материала (рис. 2-13). Работа контактов часто сопровождается привариванием их друг к другу. Контакты из неблагородных металлов, кроме того, окисляются дугой с нарушением контактной проводимости. Для мощных контактов ни металлы, ни сплавы не оказываются достаточно износоустойчивыми. Повышение износоустойчивости мощных контактов достигается путем применения многофазных систем, так называемых композиций или псевдосплавов.
Износоустойчивость контактных композиций основана на их микроструктуре и правильном сочетании компонентов. Микроструктура контактных композиций представляет собой тонкую равномерную смесь двух фаз, из которых одна обладает значительно большей тугоплавкостью, чем другая (например, вольфрам и серебро). При переходе одной из фаз в жидкое состояние она силами капиллярного давления удерживается в порах тугоплавкой фазы.
Испарение жидкой фазы из капилляров также затруднено вследствие того, что упругость пара в капиллярах в случае вогнутого мениска понижена, причем относительное понижение упругости пара в капиллярах прямо зависит от капиллярного давления.
Величина капиллярного давления равна:
Рис. 2-14. Термическая проба композиции серебро—вольфрам 55/45 (1000° С, 1 мин в воздухе).
Отсюда видно, что чем тоньше микроструктура композиций, тем больше их износоустойчивость.
На рис. 2-14 дана композиция W—Ag после испытания образцов термической пробой. Из образца с крупнозернистой микроструктурой при 1 0000 С вытекло значительно больше серебра в виде капель, чем из образца с тонкой микроструктурой.
Компоненты контактных композиций должны обладать следующими свойствами:
1) один из компонентов (А) должен быть прежде всего электроприводным, так как он несет нагрузку током; 2) второй компонент (В) должен быть механически прочным и значительно более тугоплавким, чем первый; электропроводность его играет второстепенную роль; 3) оба компонента не должны практически сплавляться между собой в интервале температур, в котором возможен нагрев контактных точек при работе; 4) компонент А должен смачивать компонент В.
Вследствие того, что композиции представляют собой физическую смесь компонентов, физические свойства их могут быть рассчитаны на основании теории смесей.
Скалярные свойства — плотность, теплоемкость — не зависят от структуры и слагаются аддитивно.
Теоретически зависимость этих свойств от объемного состава композиций должна выражаться прямой линией. В действительности наблюдаются отклонения от прямой вследствие пористости, внутренних напряжений, загрязнения примесями, образующими с основными компонентами твердые растворы, а также вследствие частичной сплавляемости компонентов.
Векториальные свойства -электро- и теплопроводность и др. — зависят от структуры и подчиняются законам стационарных потоков. При этом различают два типа структур композиций: 1) когда включения компонента В изолированно сидят в матрице компонента А и 2) когда оба компонента образуют два взаимно переплетающихся скелета. Расчет свойств производится соответственно по разным формулам [Л. 2-19].
На уровень свойств композиций влияют способы их получения и обработки, а также происхождение компонентов. Так, медь восстановленная и медь электролитическая оказывают разное влияние на твердость композиций. Проковка после спекания увеличивает плотность и твердость композиций. Тем не менее общий характер зависимости свойств композиций от состава даст возможность ориентироваться в ожидаемых свойствах при изготовлении композиций разного состава.
У прессованных композиций иногда наблюдается анизотропия свойств вдоль и поперек направления прессования.
Если обозначить γ1 — электропроводность композиции вдоль направления прессования, а γ2 — поперек направления прессования, то отношение (в процентах) γ1/γ2 обозначает степень анизотропии композиции.
Степень анизотропии для некоторых композиций по данным (Л. 2-20) приведена в табл. 2-7.
Мы видим, что в композициях величина и форма менее электропроводного компонента играют существенную роль в создании анизотропии свойств, которая в отдельных композициях (серебро—графит, серебро—вольфрам) достигает 25—50%. Спекание спрессованных композиций существенно уменьшает анизотропию электропроводности.
Таблица 2-7
